[發明專利]一種微波輻射輔助硬巖定向斷裂控制爆破方法

在審

• 申請號: 202110015885.2
• 申請日: 2021-01-07
• 公開（公告）號: CN114739244A
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 粟登峰;朱強;陳星明;譚寶會;賈子征;關陶;袁家禎;牟風霜
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: F42D1/00
• 分類號: F42D1/00;F42D3/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種微波輻射輔助硬巖定向斷裂控制爆破方法，屬于工程控制爆破技術領域。該方法包括選址、成孔、微波輻射激勵、高壓射流割縫、洗孔、裝藥、封孔和起爆8個步驟。它的原理是首先對預定致裂方向巖體施加微波輻射激勵作用，促使硬巖內部發生晶間與晶內斷裂，誘導其內部微裂隙生成、擴展，并弱化硬巖的力學強度。隨后采用高壓射流技術沿預定致裂方向切割出導向縫槽，并通過冷?熱交替作用進一步弱化巖體力學強度。最終降低爆破過程中硬巖巖體爆生裂紋的起裂壓力，使爆生裂紋沿預定致裂方向優先起裂、擴展，同時減少對非開挖方向巖體的爆破損傷。該方法能夠降低炸藥單耗、減少炸藥成本、能夠有效控制硬巖爆生裂紋起裂擴展方向、有效控制超欠挖、并能降低對保留巖體的爆破損傷。

技術領域

本發明涉及控制爆破領域，尤其是一種適用于硬巖巷道掘進的定向控制爆破方法，屬于工程控制爆破技術領域。

背景技術

長期以來，鉆爆法以其獨特的優勢被廣泛應用于各類巷（隧）道掘進工程當中，一直是國內外巷（隧）道掘進施工的主要方法。通常而言，理想的巷（隧）道爆破開挖工作需要達到兩個目的：第一是最大限度地利用爆炸能量對開挖區域的巖石進行有效的破碎，從而便于后續鏟裝及運輸作業。第二則是盡可能地降低非開挖區域圍巖的爆破損傷，并保證巷道輪廓面的成型，進而減少后期的支護運營費用。為了實現這兩個目的，國內外學者針對性地提出并發展了巖石定向斷裂控制爆破技術，例如切槽爆破技術、切縫藥包爆破技術和聚能爆破技術等。該類技術的基本原理是采取特定的方法來改變炸藥爆炸時所產生能量的傳播途徑，使巖石爆生裂紋沿著預定的方向擴展，進而實現定向控制爆破并相應地減少非開挖區域圍巖的爆破損傷。然而，將傳統的巖石定向控制爆破技術應用于硬巖巷道掘進時將不可避免地面臨增大炸藥能量以提高巖石破碎效果和降低炸藥以減少對非開挖區域圍巖爆破損傷的兩難抉擇。這是由于隨著巖石強度的增加，往往需要增加炸藥爆炸能量才能實現巖石的有效破碎，但是增加炸藥爆炸能量后將會不可避免地加劇非開挖區域圍巖的爆破損傷，使巖體的力學性能劣化、強度降低、巖體完整性變差，影響巷道斷面的成型效果并降低地下巖體工程結構的穩定性。長期以來，由于未能正視爆破對圍巖損傷而引起的安全事故屢有發生。因此，研發高效、安全、低損傷的硬巖定向控制爆破技術具有重要的理論和現實意義。

發明內容

本發明針對傳統硬巖爆破技術存在的問題，同時結合微波輻射破巖技術選擇性加熱、體積加熱和安全無污染等特點提出了一種安全可靠、效果良好的微波輻射輔助硬巖定向斷裂控制爆破方法。該方法的原理是首先對預定致裂方向巖體施加微波輻射激勵作用，促使硬巖內部晶間結構發生改變，誘導其內部微裂隙生成、擴展，并弱化硬巖的力學強度。隨后采用高壓射流技術沿預定致裂方向切割出導向縫槽，并通過冷-熱交替作用進一步弱化巖體力學強度。最終降低爆破過程中硬巖巖體爆生裂紋的起裂壓力，使爆生裂紋沿預定致裂方向優先起裂、擴展，同時減少對非開挖方向巖體的爆破損傷，其具體措施如下：

a. 選址：根據巖體工程地質情況和設計方案，確定爆破作業施工區域；

b. 成孔：根據設計方案施工鉆孔并清理鉆孔內的巖屑、水及其他雜質；

c. 微波輻射激勵：在鉆孔徑向方向上沿預定致裂方向對硬巖巖體施加微波輻射激勵作用，促使硬巖巖體內部晶間結構發生改變并誘導其內部初始微裂隙發育擴展，降低硬巖巖體力學強度；

d. 高壓射流割縫：利用高壓射流技術在炮孔裝藥段兩側沿鉆孔軸向切割導向縫槽，并進一步降低硬巖巖力學強度。在炮孔封孔段沿鉆孔徑向切割形成環向縫槽；

e. 洗孔：清理高壓射流割縫完畢后鉆孔內的巖屑、水及其他雜質，并降低鉆孔溫度；

f. 裝藥：將藥卷及起爆雷管按照設計方案送入鉆孔，采用徑向不耦合裝藥和反向起爆方式；

g. 封孔：將連接炸藥卷與電子雷管起爆系統相連使用粘土和砂子封孔，并保證起爆系統完好；

h. 爆破：檢查起爆系統安全性，確認無誤后采用電力起爆系統進行起爆。

與現有技術相比，本發明一種微波輻射輔助硬巖定向斷裂控制爆破方法具有如下優點：