[發(fā)明專利]一種基于掌子面切槽的應(yīng)力解除爆破方法

有效

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• 申請日: 2014-10-21
• 公開（公告）號: CN104390538A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 嚴鵬;謝良濤;盧文波;陳明;王高輝
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號: F42D3/04
• 分類號: F42D3/04;F42D1/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 溫珊姍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及巖土工程技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種基于掌子面切槽的應(yīng)力解除爆破方法。

背景技術(shù)

巖爆是水利水電工程、礦山、交通等領(lǐng)域深埋地下洞室開挖或深部采礦過程中圍巖發(fā)生的一種劇烈動力破壞現(xiàn)象，是開挖誘發(fā)的開挖空間周圍巖體的突然破壞，并伴隨著受壓巖石的應(yīng)變能的突然釋放，往往是一種以巖片彈出、大量巖石坍塌或礦震的形式表現(xiàn)出來的動力現(xiàn)象。

由于巖爆的危害很大，從20世紀60年代開始，國內(nèi)外許多學(xué)者對此作了大量的研究。總的看來，采用的方法有兩大類：一是控制炮孔的形狀，二是調(diào)整裝藥的結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上切槽爆破技術(shù)也應(yīng)運而生。切槽爆破通過產(chǎn)生的裂隙能有效的控制爆破過程中應(yīng)變能的釋放，使高應(yīng)力得以解除。然而，切槽施工工藝相對復(fù)雜，尤其在高地應(yīng)力區(qū)，有時無法切出理想的槽腔而給施工帶來不便。

應(yīng)力解除爆破方法是一種通過超前鉆孔和適量裝藥的方式對圍巖結(jié)構(gòu)進行改造，使設(shè)計部位的小部分巖體的剛度（變形模量等）降低，使鉆孔及爆破影響范圍內(nèi)的巖體變?yōu)檩^弱的傳力介質(zhì)，變形加大，使局部圍巖內(nèi)的能量分布狀態(tài)得到調(diào)整，應(yīng)力集中程度得到改善，集中區(qū)向深部轉(zhuǎn)移，從而達到防治巖爆的目的。然而，傳統(tǒng)的應(yīng)力解除爆破法僅僅著眼于使用炸藥的爆破能量來對目標區(qū)域（即隧洞開挖后的圍巖應(yīng)力集中區(qū)）的巖體進行損傷或松動，忽略了對圍巖本身所儲存的應(yīng)變能的利用，另外，傳統(tǒng)應(yīng)力解除法一般還需要單獨鉆孔，且大多是斜孔，施工成本和難度都較大。

傳統(tǒng)切槽爆破法和傳統(tǒng)應(yīng)力解除法對深部巖體開挖具有很大的局限，且現(xiàn)有的切槽爆破和應(yīng)力解除爆破法還處于經(jīng)驗階段，解除爆破的起爆網(wǎng)路并沒有針對應(yīng)力解除爆破法自身的特點進行優(yōu)化。因此，傳統(tǒng)切槽以及應(yīng)力解除爆破法還有較大的提升空間。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種基于掌子面切槽的應(yīng)力解除爆破方法，該方法在傳統(tǒng)切槽爆破法和傳統(tǒng)應(yīng)力解除爆破法的基礎(chǔ)上，不需要單獨布孔，而是將原來的掘進爆破孔進行適當(dāng)?shù)闹嘏藕涂咨罴哟螅瞥鲆粋€橢球面型掌子面及弧形爆破松動區(qū)，從而實現(xiàn)應(yīng)力解除和掘進開挖同步進行，且能充分利用圍巖本身所儲存的應(yīng)變能的新的施工工藝。

一種基于掌子面切槽的應(yīng)力解除爆破方法，包括如下步驟：

步驟一，獲得待開挖隧洞橫斷面的大主應(yīng)力和小主應(yīng)力方向；

步驟二，依照以單響藥量為核心控制指標的鉆爆設(shè)計方案在待開挖的隧洞掌子面上進行布孔、鉆孔及裝藥；在鉆孔時炮孔深度從內(nèi)到外逐級遞減，取掏槽孔深度為原掏槽孔深度的2.0～3.0倍，最外圈炮孔深度與原孔深相當(dāng)，炮孔輪廓呈類似弧形；

步驟三，根據(jù)開挖區(qū)地應(yīng)力的大小和方向?qū)υ蜻M的爆破網(wǎng)絡(luò)進行優(yōu)化，炮孔起爆順序重排，增加各微差段中聯(lián)入大主應(yīng)力方向的炮孔數(shù)，以達到在掌子面切出一個與大主應(yīng)力方向近似垂直的空槽，并在此基礎(chǔ)上逐段起爆各段炮孔，從而即達到應(yīng)力解除，又達到掘進要求；

步驟四，將炸藥裝入爆破孔，正常掘進段裝藥結(jié)構(gòu)與原爆破設(shè)計相同，應(yīng)力解除段連續(xù)裝藥，裝藥量不多于鉆孔超深的1/3；

步驟五，采用微差起爆方法按排順次起爆開挖爆破孔。

上述待開挖隧洞橫斷面的大主應(yīng)力和小主應(yīng)力方向根據(jù)地質(zhì)勘探資料獲得。

所述的炮孔均是原來掘進爆破孔孔深增加后的爆破孔，且均是直孔。

上述掌子面切槽與爆破開挖掘進在同一網(wǎng)絡(luò)中并利用同一炮孔完成，同時利用爆炸荷載和深部巖體本身儲存的應(yīng)變能損傷圍巖，增大圍巖的能量釋放率，從而達到應(yīng)力解除。

所述某一段大/小主應(yīng)力方向的炮孔是指該微差段中炮孔連線與大/小主應(yīng)力方向夾角為70°～90°的炮孔。

本發(fā)明一種基于掌子面切槽的應(yīng)力解除爆破方法的優(yōu)點是：

鑒于傳統(tǒng)的應(yīng)力解除爆破法僅考慮利用爆炸荷載來損傷圍巖，局部釋放應(yīng)力，需要單獨布置斜孔，獨立聯(lián)網(wǎng)以及傳統(tǒng)掏槽爆破施工的繁雜，本發(fā)明方法在原來掘進爆破網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上根據(jù)隧洞橫斷面形狀和工程區(qū)域初始地應(yīng)力的方位和大小對爆破孔進行重排以及加大炮孔深度，從而達到在掌子面上切槽的應(yīng)力解除效果。本發(fā)明在利用爆炸荷載損傷圍巖的同時，充分利用深部巖體本身儲存的應(yīng)變能來進一步損傷圍巖，以期產(chǎn)生橢球面型掌子面及盡可能大的弧形爆破松動區(qū)，增大圍巖的能量釋放率，從而達到防治巖爆的最佳效果。

本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于高地應(yīng)力條件下礦山、水利水電、交通等領(lǐng)域的深埋隧洞開挖或深部采礦過程中強烈?guī)r爆的主動防治，能大幅提升巖爆防治的效果，應(yīng)用前景廣闊。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施例的圓型掌子面的爆破孔布置橫剖面圖；

圖2為圖1的A-A向剖面圖；