[发明专利]一种基于掌子面切槽的应力解除爆破方法

说明书

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，具体的说是一种基于掌子面切槽的应力解除爆破方法。

背景技术

岩爆是水利水电工程、矿山、交通等领域深埋地下洞室开挖或深部采矿过程中围岩发生的一种剧烈动力破坏现象，是开挖诱发的开挖空间周围岩体的突然破坏，并伴随着受压岩石的应变能的突然释放，往往是一种以岩片弹出、大量岩石坍塌或矿震的形式表现出来的动力现象。

由于岩爆的危害很大，从20世纪60年代开始，国内外许多学者对此作了大量的研究。总的看来，采用的方法有两大类：一是控制炮孔的形状，二是调整装药的结构，在此基础上切槽爆破技术也应运而生。切槽爆破通过产生的裂隙能有效的控制爆破过程中应变能的释放，使高应力得以解除。然而，切槽施工工艺相对复杂，尤其在高地应力区，有时无法切出理想的槽腔而给施工带来不便。

应力解除爆破方法是一种通过超前钻孔和适量装药的方式对围岩结构进行改造，使设计部位的小部分岩体的刚度（变形模量等）降低，使钻孔及爆破影响范围内的岩体变为较弱的传力介质，变形加大，使局部围岩内的能量分布状态得到调整，应力集中程度得到改善，集中区向深部转移，从而达到防治岩爆的目的。然而，传统的应力解除爆破法仅仅着眼于使用炸药的爆破能量来对目标区域（即隧洞开挖后的围岩应力集中区）的岩体进行损伤或松动，忽略了对围岩本身所储存的应变能的利用，另外，传统应力解除法一般还需要单独钻孔，且大多是斜孔，施工成本和难度都较大。

传统切槽爆破法和传统应力解除法对深部岩体开挖具有很大的局限，且现有的切槽爆破和应力解除爆破法还处于经验阶段，解除爆破的起爆网路并没有针对应力解除爆破法自身的特点进行优化。因此，传统切槽以及应力解除爆破法还有较大的提升空间。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种基于掌子面切槽的应力解除爆破方法，该方法在传统切槽爆破法和传统应力解除爆破法的基础上，不需要单独布孔，而是将原来的掘进爆破孔进行适当的重排和孔深加大，爆破出一个椭球面型掌子面及弧形爆破松动区，从而实现应力解除和掘进开挖同步进行，且能充分利用围岩本身所储存的应变能的新的施工工艺。

一种基于掌子面切槽的应力解除爆破方法，包括如下步骤：

步骤一，获得待开挖隧洞横断面的大主应力和小主应力方向；

步骤二，依照以单响药量为核心控制指标的钻爆设计方案在待开挖的隧洞掌子面上进行布孔、钻孔及装药；在钻孔时炮孔深度从内到外逐级递减，取掏槽孔深度为原掏槽孔深度的2.0～3.0倍，最外圈炮孔深度与原孔深相当，炮孔轮廓呈类似弧形；

步骤三，根据开挖区地应力的大小和方向对原掘进的爆破网络进行优化，炮孔起爆顺序重排，增加各微差段中联入大主应力方向的炮孔数，以达到在掌子面切出一个与大主应力方向近似垂直的空槽，并在此基础上逐段起爆各段炮孔，从而即达到应力解除，又达到掘进要求；

步骤四，将炸药装入爆破孔，正常掘进段装药结构与原爆破设计相同，应力解除段连续装药，装药量不多于钻孔超深的1/3；

步骤五，采用微差起爆方法按排顺次起爆开挖爆破孔。

上述待开挖隧洞横断面的大主应力和小主应力方向根据地质勘探资料获得。

所述的炮孔均是原来掘进爆破孔孔深增加后的爆破孔，且均是直孔。

上述掌子面切槽与爆破开挖掘进在同一网络中并利用同一炮孔完成，同时利用爆炸荷载和深部岩体本身储存的应变能损伤围岩，增大围岩的能量释放率，从而达到应力解除。

所述某一段大/小主应力方向的炮孔是指该微差段中炮孔连线与大/小主应力方向夹角为70°～90°的炮孔。

本发明一种基于掌子面切槽的应力解除爆破方法的优点是：

鉴于传统的应力解除爆破法仅考虑利用爆炸荷载来损伤围岩，局部释放应力，需要单独布置斜孔，独立联网以及传统掏槽爆破施工的繁杂，本发明方法在原来掘进爆破网络的基础上根据隧洞横断面形状和工程区域初始地应力的方位和大小对爆破孔进行重排以及加大炮孔深度，从而达到在掌子面上切槽的应力解除效果。本发明在利用爆炸荷载损伤围岩的同时，充分利用深部岩体本身储存的应变能来进一步损伤围岩，以期产生椭球面型掌子面及尽可能大的弧形爆破松动区，增大围岩的能量释放率，从而达到防治岩爆的最佳效果。

本发明可广泛应用于高地应力条件下矿山、水利水电、交通等领域的深埋隧洞开挖或深部采矿过程中强烈岩爆的主动防治，能大幅提升岩爆防治的效果，应用前景广阔。

附图说明

图1为本发明一实施例的圆型掌子面的爆破孔布置横剖面图；

图2为图1的A-A向剖面图；