定向爆破更新(开垦)胶园技术

2007年10月18日
定向爆破更新(开垦)胶园技术

完成时间:1980年4月~1981年1月
工程地点:海南省定安县中瑞农场(原广东省农垦总局海南农垦局中瑞农场)
完成单位:广东省水电厅爆破研究室;铁道部科学研究院爆破研究室
项目主持人:马乃耀 史雅语
项目参加人:李保国 周基福
撰  稿  人:史雅语

1  背景
    胶园更新是大幅度提高天然橡胶胶园单位面积产量,降低成本,提高劳动生产率的关键措施。世界产胶大国马来西亚通过胶园更新,橡胶亩产量从34kg (1951年)提高到67kg(1976年);斯里兰卡通过胶园更新,橡胶亩产量从24.3kg(1959年)提高到52.8kg(1976年);印度通过胶园更新,橡胶亩产量从23.07kg(1960年)提高到50.67kg(1974年)。我国自1904年引种天然橡胶成功,解放后才得以大规模发展天然橡胶,由于发展较晚,主要工作是开荒、扩种,亩产仅30kg左右。在世界28个植胶国中,植胶面积为第四,产量仅为第六(1980年)。

    1973年14号强台风(80m/s)使海南胶园遭到严重损失,风后橡胶亩产量降至12.94kg,为尽快恢复生产,从1976年起开始了大面积胶园更新开垦,按“山、水、胶、林、路”综合治理,取得了一定成绩,但在经济效益上存在着用工多、速度慢、劳动强度大、投资高的问题。为此海南农垦局于1980年委托广东省水电厅爆破研究室和铁道部科学研究院爆破研究室进行定向爆破更新胶园的生产试验研究,在中瑞农场更新胶园149亩。1981年1月广东省农垦总局对试验成果组织了鉴定,并召开了现场会,将该技术在海南、广东湛江等数十个橡胶农场中进行推广。

2  自然环境与开挖要求
    中瑞农场位于海南岛中部母瑞山区,山坡表土层厚约30cm,表土下30~80cm为由花岗岩发育而成的红壤或黄壤,80~150cm为风化破碎岩层,150cm以下为坚硬砂岩或花岗岩。
    更新胶园地段地形复杂,原坡面已破坏,坡度变化很大。技术要求爆破后经人工修整为2~3m行面宽,反倾斜15°,行面水平误差不超过3‰的水平环山行。坡度小于20°的地段开挖方量较少,施工简单,可采取人工开垦;坡度大于35°为不宜植胶地,布置为林段。因此,采用爆破方法开垦环山行地段的山坡坡度最好为20°~35°。植胶规格为9×1.8m:植树穴穴间距1.8m,环山行水平行距9m;每亩地环山行长74m,挖植树穴40个,植胶树40株。
    环山行开挖要求如图1。行面与水平呈β角反坡以利水土保持,开挖时β=12°,植树后要求β=13°~15°。设计内壁坡度60°,实际施工中在70°以上。外沿堆土坡度45°。行宽B随地面坡度α而变:α=20°~25°,B=2.5m;α>25°,B=2.0m。植树穴上、下口分别为0.8×0.8m 和0.6×0.6m的正方形,穴中心深度0.8m,穴中心距内壁坡脚距离在B=2.5m时取0.8m;B=2m时取0.6m。

3  爆破参数选择
    根据环山行开挖要求,决定采用钻孔定向爆破施工,将坡面内的土定向抛出,可以减少开挖方量(抛出部分)、降低劳动强度(爆松部分),爆后得以形成环山行的雏形。由于施工工具所限,钻孔使用洞锹,垂直钻孔,孔深0.9~1.0m;最小抵抗线指向坡侧,W=0.7~0.8m;爆破作用指数n=1.2~1.4;单孔装药量Q由下式计算:

    根据现场漏斗试验,单位炸药消耗量K=1.3kg/m3,每孔装药量为0.9~1.2kg。采用自制铵油炸药,火雷管起爆。
环山行爆破中,在选择爆破孔孔距时,应兼顾其与植树穴穴距之间的关系。显然,如果两者相同,即爆破孔孔与植树穴在同一断面内,则可利用爆破孔周围的破坏范围来开挖植树穴,能大大降低挖穴的劳动强度。但如果爆破孔之间距离太大,爆破后在孔间将形成硬土埂,使环山行不平整。我们选用爆破孔孔距为1.8m,即与植树穴穴距相同,由于采用了较大的n值,保证了孔间全部爆松。
爆破孔在断面内的位置直接影响需要开挖部分被爆松和抛出的比例。合理的孔位要求既能将爆破范围最大限度限制在开挖部分内,又能尽量把需要开挖的部分爆松或抛出。为施工测量方便,经过计算和试验,对不同行宽,选用了不同孔位,确定孔位时以水平桩为基准,孔口离水平基准线的斜距:当B=2m时,取1.5m,当 B=2.5m时,取1.8m。

4  铵油炸药的制作与使用
    二十世纪80年代大部分农场已经用氨水替代硝酸铵作为氮肥使用,因此我们以中瑞农场的现有硝酸铵为原料,配置铵油炸药用于爆破更新胶园中。
    作为农用肥料使用的硝酸铵简称硝铵,外观为小米大小的圆形致密颗粒,一般为白色,有的呈浅黄色,爆炸性能较差。其表面附有一层疏水物质?防湿剂,系由矿质油脂、磷灰土粉、陶土等组成。这一层疏水物质的存在使硝酸铵颗粒无法吸附柴油,简单的采用硝酸铵加柴油混制后,根本没有爆炸性能;而将硝酸铵采用加热方法脱脂后又凝结成块无法碾成粉状。我们经过试验利用木粉吸附解决了这个难题。
铵油炸药配比:硝酸铵92%,柴油4%,木粉4%。
    制作工艺流程:

    效果:根据漏斗试验和实际使用结果,自制的铵油炸药具有雷管感度,可以直接用雷管起爆。在用10%的硝铵炸药作为起爆药时,其爆炸威力已超过当地炸药厂生产的小包散装硝铵炸药。
成本分析:经核算,自制铵油炸药每吨成本为565.81元(农用硝酸铵时价303.6元/吨,柴油时价550元/吨);仅为管装硝铵炸药(时价1400元/吨)的40.4%、散装硝铵炸药(时价1230元/吨)的46%。

5  实践结果
    用爆破方法开挖环山行的施工程序为:砍芭倒树??定水平定标桩(确定植树穴、炮孔位置)??打孔??装药爆破??修整环山行??挖穴回填表土。
    经实测的六个环山行爆破前后断面图计算,采用以上爆破参数,环山行需开挖部分均已爆松,爆破抛出部分占实际开挖断面的比例,当n= 0.8~1.1时,为20~30%;当n>1.4时,均在41%以上,最高达82%。采用爆破方法可以大大加快胶园更新进度。
    通过近3个月的生产实践,在中瑞农场母瑞作业区共爆破更新胶园149亩。经农场有关部门核算,以1979年冬春该农场人工开荒更新2300亩胶园的年终结算为依据,定向爆破更新胶园比人工开垦每亩节约用工12.37个(人工开垦29.7个,爆破开垦17.33个),提高工效41.6%;每亩费用降低 19.08元(人工开垦123.8元,爆破开垦104.79元),降低成本15.4%(两者都未计算砍芭、倒树、挖天沟及修筑林间道路的费用;1979年开荒使用的是外购硝铵炸药,爆破更新采用的是铵油炸药,为便于比较,均采用铵油炸药的单价计算)。
    在植胶穴打孔爆破,使每个植胶穴为土壤疏松,团粒结构加强,有利于水分的渗透和微生物繁殖;爆破时杀死了穴位土壤中一些对胶树有害的病菌和害虫,还能提高土壤的含氮量,对胶树生长有利。在对该成果进行鉴定时,可以明显看出,在爆破更新区域植下的胶树,比其它地方同时植下的胶树发育要快,枝叶繁盛得多。

结语
    在胶园更新中采用爆破技术,当时对我们来说是个新事物,也是个挑战。当时我国农场经济落后,劳动力价格很低,爆破方法更新胶园能否成功,关键在于能否控制成本。从实践结果看,该项目取得了成功。在广东省农垦总局组织召开的鉴定会(含现场会)上,来自海南和湛江地区的二十几家橡胶农场的代表对该项技术,特别是用农用硝酸铵制作铵油炸药的技术表示了浓厚的兴趣,也很快得到了推广。作为工程爆破技术中的一项特例,记入本书以作点缀。