CN115493466B - 基于杆射流群的岩石快速爆破开挖方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于杆射流群的岩石快速爆破开挖方法，硬岩具有第一临空面和第二临空面，包括以下步骤：沿第一轨迹设置多个杆射流爆破结构，所述第一轨迹位于距离第一临空面为杆射流爆破结构直径2～3倍的区域；控制多个杆射流爆破结构在预设时间内起爆，形成新的第一临空面；基于新的第一临空面，沿第二轨迹设置多个杆射流爆破结构爆破；重复以上步骤，直至开挖至目标范围及深度，该爆破开挖方法适用在应急抢险危石爆破、小方量岩石爆破开挖、隧道快速爆破掘进的场合。

Description

基于杆射流群的岩石快速爆破开挖方法

技术领域

本发明具体涉及一种基于杆射流群的岩石快速爆破开挖方法，属于聚能爆破技术领域。

背景技术

隧道是公路、铁路等建设的重点和关键工程，随着铁路建设的发展和科技的进步，隧道开挖方法得到了迅猛发展。比较常用的开挖方法有钻爆法、盾构法和掘进机法。由于钻爆法对地质条件适应性强，开挖成本低，特别适用于坚硬岩石隧道、破碎岩石隧道及大量短隧道的施工，因此钻爆法仍是当前国内外常用的隧道开挖方法。但是岩石硬度越大，其隧道施工越难，且效率低。如对岩石坚固性系数f＝6～10以砂岩、板岩为主的隧道爆破开挖，其掏槽眼采用现有的一种斜眼楔形掏槽布置方式。

公开号为109813189A的中国专利，公开了一种硬岩隧道爆破开挖方法，通过钻机设置大量的掏槽眼、辅助眼、周边眼、底眼和空眼，并填放炸药进行爆破开挖，这种方式在应急抢险危石爆破或小方量岩石爆破开挖或隧道快速爆破掘进等具有两个以上临空面的岩石快速开挖中并不适用的。公开号为113216951A的中国专利，公开了一种深部硬岩矿山非爆破机械化开采方法，虽然提高了开挖精度，但是需要的时间较长，不利于应急抢险危石爆破，快速高效对硬岩进行开挖。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于杆射流群的岩石快速爆破开挖方法，不需要钻孔，对具有两个以上临空面的岩石快速开挖

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

本发明提供一种基于杆射流群的岩石快速爆破开挖方法，所述硬岩具有第一临空面和第二临空面，包括以下步骤：

沿第一轨迹设置多个杆射流爆破结构，所述第一轨迹位于距离第一临空面为杆射流爆破结构直径2～3倍的区域；

控制多个杆射流爆破结构在预设时间内起爆，形成新的第一临空面；

基于新的第一临空面，沿第二轨迹设置多个杆射流爆破结构爆破；

重复以上步骤，直至开挖至目标范围及深度。

进一步的，所述杆射流爆破结构距离第二临空面的间距为杆射流爆破结构直径的2～3倍。

进一步的，所述多个杆射流爆破结构之间，相邻间距为杆射流爆破结构直径的6～10倍。

进一步的，所述杆射流爆破结构通过支架结构固定到所述第二临空面的外侧。

进一步的，所述第一临空面与所述第二临空面之间夹角为45-90°，所述杆射流爆破结构的射流方向垂直于第二临空面。

进一步的，所述第一临空面围成闭合图形。

进一步的，所述第一轨迹及第二轨迹围绕闭合图形设置。

进一步的，所述预设时间小于10微秒。

进一步的，处于第一轨迹的若干个所述杆射流爆破结构通过等长度的导爆索及微秒雷管控制，同时起爆。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

本发明提供一种基于杆射流群的岩石快速爆破开挖方法，不需要使用钻孔工具在临空面上钻孔，开挖使用场合不受限制，同时能够节省作业时间；

本发明利用杆射流群布置在具有第一临空面和第二临空面的待开挖硬岩临空面，将第一临空面围成闭合图形，第一轨迹及第二轨迹围绕闭合图形设置，利用杆射流的侵彻性能造成的岩石间应力的相互叠加影响，使裂缝延伸至临空面，形成岩石的破碎，促进开挖完成；

第一临空面与第二临空面之间夹角为45-90°，杆射流爆破结构的射流方向垂直于第二临空面，利用杆射流聚能装药在靠近临空面的位置成孔时，裂隙朝临空面方向优势发展并贯穿临空面形成岩石破碎；

设置多个杆射流爆破结构按照一定参数设置并同时起爆时，杆射流形成的应力场相互叠加，破碎岩石方量更大、效率更高，适合应用在应急抢险危石爆破、小方量岩石爆破开挖、隧道快速爆破掘进等不能使用钻孔工具的场合。

附图说明

图1是本发明实施例所示的杆射流爆破结构设置于第二临空面的结构示意图；

图2是本发明实施例所示的杆射流爆破结构的结构示意图；

图3是本发明实施例所示的杆射流爆破结构在距离第一临空面相同间距的排布示意图；

图4是本发明实施例所示的三个杆射流爆破结构被同时引爆的结构示意图；

图5是本发明实施例所示的杆射流爆破结构形成杆射流群在具有第二临空面的隧道爆破示意图；

图6是图5所示的杆射流群爆破后的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

基于目前对于隧道开挖以及小方量岩石爆破开挖的不足，尤其是对于不方便钻孔设备展开或要求快速作业的条件，本发明提出一种基于杆射流群的岩石快速爆破开挖方法，主要应用在应急抢险危石爆破、小方量岩石爆破开挖、隧道快速爆破掘进等具有两个以上临空面的岩石快速开挖。

实施例一

如图1所示，为本发明实施例所示的杆射流爆破结构设置于第二临空面的结构示意图，图中的杆射流爆破结构10包括JPC聚能装药结构，其中，JPC聚能装药结构包括药壳11、喇叭口型药型罩12、装药结构13以及导爆雷管14，喇叭口型药型罩12装配到药壳11的第一端，用于封装药壳11内的装药结构13，导爆雷管14设置于药壳11的第二端。

JPC是聚能杆式侵彻体，为射流抛射体装药，是爆炸成形弹丸的一种特殊形式，与普通爆EFP相比，本发明通过调整爆炸系统、装药设计和重金属，爆炸形成长杆型弹丸，杆式侵彻体飞行速度高、断面动能比大，穿甲能力强，侵彻厚度接近聚能射流。

为了将JPC聚能装药结构固定到临空面上，在JPC聚能装药结构的外部设有能将其稳定在目标位置的支架结构20，目的是保持杆射流爆破结构10固定位置，并能在爆破时保持稳定，直至射流形成。

可实施的，支架结构20包括一个套设在杆射流爆破结构10外的支撑环，以及固定到支撑环外壁的三个支撑脚，其中支撑脚的第二端均连接到第二临空面。

具体的，支撑脚和支撑环为金属材质焊接形成，本实施例选用不锈钢材质，在具体的实施例中，在支撑脚的底部设有穿孔，可使用铆钉将支撑脚固定到临空面。

另一种实施例，在其他的实施例中，支撑脚和支撑环也可适用工程塑料制成。

实施例二

基于上述的单个杆射流爆破结构10以及其支架结构20，本发明提出一种基于杆射流群的岩石快速爆破开挖方法，具体包括以下步骤：

步骤1、沿第一轨迹100设置多个杆射流爆破结构；

步骤2、控制多个杆射流爆破结构10在预设时间范围T内起爆；

重复步骤1和步骤2，直至开挖至目标范围及深度；

其中，定义待爆破硬岩具有第一临空面102和第二临空面101，距离第一临空面102为W的区域为第一区域，第一轨迹处于第一区域内，杆射流爆破结构10距离第二临空面101的间距为h，相邻的杆射流爆破结构之间的间距为a。

定义杆射流爆破结构10的直径为D，

h=（2～3）D ；

L=（4.4～6.6）D ；

W=（5～7）D；

a=（6～10）D。

如图3所示，在具体的实施例中，杆射流爆破结构10通过支架结构20固定到第二临空面101的外侧，并控制杆射流爆破结构10距离第二临空面的间距为h。其中，射流爆破结构10距离第二临空面的间距h为炸高，当炸高小于2倍装药直径时，射流弹丸成型不完全，其速度和长径比仍在快速变化中，侵彻深度和穿孔直径等侵彻效果随炸高变化而发生较大改变；当炸高达到2-3的杆射流爆破结构10直径D时，射流成型性能已经基本稳定时，侵彻效果变化逐渐减小，趋向于稳定，有利于控制爆炸效果。

在具体的实施方式中，第一临空面102与第二临空面101具有45-90°夹角，例如天然形成的第一临空面102或使用掏槽爆破形成的第一临空面102，爆破开挖时，在第二临空面101布置多个杆射流爆破结构10形成杆射流群，并在爆破时，使多个杆射流形成的应力场叠加，使裂隙朝临空面方向优势发展并贯穿临空面形成岩石破碎。

优选的，杆射流爆破结构10的射流方向垂直于第二临空面101。

结合图4所示，第一临空面102围成闭合图形，例如图示的中心形成的类似于梯形的临空面。

第一轨迹100设置成围绕第一临空面102围成的闭合图形，具体的实施例中，为了使形成的隧道轮廓符合要求，第一轨迹100被设置成如图5所示的，顶部呈拱形，下部依照第一临空面102的侧边向外延伸的轨迹。

优选的，第一轨迹100处于第一区域内。

其中，第一区域定义为，距离第一临空面102为5～7倍杆射流爆破结构10直径D的间距范围。

本发明实施例设置杆射流爆破结构10的直径D为35-70mm。

进一步的，为了使杆射流形成的应力场相互叠加，破碎岩石方量更大、效率更高，多个杆射流聚能装药结构10优选按照一定参数设置并同时起爆时，其中，考虑到应力叠加效果，预设时间范围T小于10微秒。

在实施的，处于第一轨迹100的若干个杆射流爆破结构10通过微秒雷管控制同时起爆。

由于微秒雷管的精度差，在优选的实施例中，处于第一轨迹100的若干个杆射流爆破结构10通过等长度的导爆索控制同时起爆，可控制若干个杆射流爆破结构10做到同时起爆。

当第一轨迹100的若干个杆射流爆破结构10爆破后，第一临空面102扩大，形成新的第一临空面102，基于新的第一临空面102布置第二轨迹200，再进行第二次爆破，直至开挖至目标范围及深度。

结合图5所示，杆射流爆破结构10爆破后形成的裂缝300相互延伸至第一临空面102，使岩石破碎。

结合以上实施例，本发明利用杆射流群布置在具有第一临空面102和第二临空面101的待开挖硬岩临空面，利用杆射流的侵彻性能造成的岩石间应力的相互叠加影响，使裂缝延伸至临空面，形成岩石的破碎，完成开挖目的。杆射流聚能装药在靠近临空面的位置成孔时，裂隙朝临空面方向优势发展并贯穿临空面形成岩石破碎。

本发明提供的聚能装药爆炸形成的杆射流在高速侵彻岩石过程中不断冲击形成应力波源，多个应力波源叠加形成的应力波阵面呈圆台状向外传播，当岩石中应力大于岩石破裂强度时会在开孔周围形成裂隙，应力衰减到小于岩石极限破裂强度时，裂隙终止。设置多个杆射流爆破结构10按照一定参数设置并同时起爆时，杆射流形成的应力场相互叠加，破碎岩石方量更大、效率更高。且杆射流直径大于射流、长度和速度优于爆炸成型弹丸，在坚硬岩石中冲击破碎效果明显，适合应用在应急抢险危石爆破、小方量岩石爆破开挖、隧道快速爆破掘进等场合。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于杆射流群的岩石快速爆破开挖方法，所述岩石具有第一临空面和第二临空面，其特征在于，包括以下步骤：

沿第一轨迹设置多个杆射流爆破结构，所述第一轨迹位于距离第一临空面为杆射流爆破结构直径2～3倍的区域；

控制多个杆射流爆破结构在预设时间内起爆，形成新的第一临空面，所述第一临空面围成闭合图形；

基于新的第一临空面，沿第二轨迹设置多个杆射流爆破结构爆破，所述多个杆射流爆破结构之间，相邻间距为杆射流爆破结构直径的6～10倍；

重复以上步骤，直至开挖至目标范围及深度；

所述第一轨迹及第二轨迹围绕闭合图形设置，所述第一临空面与所述第二临空面之间夹角为45-90°，所述杆射流爆破结构的射流方向垂直于第二临空面，所述杆射流爆破结构距离第二临空面的间距为杆射流爆破结构直径的2～3倍。

2.根据权利要求1所述的一种基于杆射流群的岩石快速爆破开挖方法，其特征在于，所述杆射流爆破结构通过支架结构固定到所述第二临空面的外侧。

3.根据权利要求1所述的一种基于杆射流群的岩石快速爆破开挖方法，其特征在于，所述预设时间小于10微秒。

4.根据权利要求1所述的一种基于杆射流群的岩石快速爆破开挖方法，其特征在于，处于第一轨迹的若干个所述杆射流爆破结构通过等长度的导爆索及微秒雷管控制，同时起爆。