CN102692164A - 纵向结构面结构性强岩爆区应力卸载注水钻爆法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纵向结构面结构性强岩爆区应力卸载注水钻爆法。本发明的目的是解决深埋隧洞（隧道、巷道）掘进过程中的纵向结构面结构性强岩爆问题。本发明的技术方案是：纵向结构面结构性强岩爆区应力卸载注水钻爆法，其特征在于步骤如下：a、在开挖面上钻设一组均匀且对称布置的爆破孔；b、每10分钟用清水清洗一次开挖面；期间向各爆破孔内注水；c、顶孔底部装药，中孔底部装药，侧孔全程装药，底孔底部装药；d、先爆破顶孔、侧孔和底孔，然后爆破中孔，爆破完成后出渣；e、依次重复步骤a、b、c、d，直到开挖面完全穿过整个纵向结构面。本发明适用于水利水电工程、交通、矿山等地下工程，特别适用于纵向结构面结构性强岩爆区。

Description

纵向结构面结构性强岩爆区应力卸载注水钻爆法
技术领域
本发明涉及一种纵向结构面结构性强岩爆区应力卸载注水钻爆法，主要适用于水利水电工程、交通、矿山等地下工程，特别适用于纵向结构面结构性强岩爆区。
背景技术
岩爆是地下工程开挖过程中，岩体中积累的势能或应变能的突然释放导致的围岩破坏，可导致人员伤亡、工作面或设备发生破坏，其基本特性是突然和剧烈。岩体纵向结构面是指结构面走向与洞向成小角度相交，一般交角在0°与30°之间，这种结构性岩爆破坏方向沿着结构面走向向隧洞内部、洞顶及洞底岩体延伸，可使结构面开裂，结构面尖端围岩严重爆裂，震动强烈，声响强烈，持续时间长，破坏范围大，影响深度5~10m，或局部坍塌，严重影响甚至摧毁工程，成为控制工程施工安全、掘进进度、乃至成败的关键因素。到目前为此，全世界的深埋地下工程建设中还没有一个固定的纵向结构面结构性岩爆施工控制方法，国内的纵向结构面结构性岩爆控制基本处于空白状态。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为解决深埋隧洞（隧道、巷道）掘进过程中的纵向结构面结构性强岩爆问题提供一种纵向结构面结构性强岩爆区应力卸载注水钻爆法，通过改变岩体性状降低或消除能量积累程度，以降低或消除岩爆能量的方式达到控制岩爆目的，解决强岩爆造成的施工安全和施工进度问题。
本发明所采用的技术方案是：纵向结构面结构性强岩爆区应力卸载注水钻爆法，其特征在于步骤如下：
a、在开挖面上钻设一组均匀且对称布置的爆破孔，由顶孔、中孔、侧孔和底孔组成；其中顶孔距洞顶0.8~1.0m，下倾5~10°，孔深3m；中孔水平且向与之距离较近的一侧洞壁倾斜5°，孔深4m；侧孔水平且向与之距离较近的一侧洞壁倾斜15°，孔深5m；底孔下倾5~8°，孔深4m； 
b、每10分钟用清水清洗一次开挖面，共清洗3次；期间向各爆破孔内注水，共注水2次，每次注水2分钟，2次注水的时间间隔为15分钟，顶孔、中孔和底孔的注水水压为3Mpa，侧孔的注水水压为5Mpa；
c、顶孔底部0.8-1.2m深度范围装药，中孔底部0.8-1.2m深度范围装药，侧孔全程范围装药，底孔底部1.0-1.5m深度范围装药；总体爆破强度为0.03－0.07kg/T；
d、先爆破顶孔、侧孔和底孔，然后爆破中孔，爆破完成后出渣；
e、依次重复步骤a、b、c、d，直到开挖面完全穿过整个纵向结构面。
所述爆破孔由两个顶孔、两个中孔、四个侧孔和两个底孔组成，且四个侧孔呈矩形布置；其中两顶孔位于同一水平面上，两中孔位于其中两个侧孔之间并与这两个侧孔位于同一水平面上，两底孔位于另外两个侧孔之间并与这两个侧孔位于同一水平面上。
本发明的有益效果是：本发明在应力集中区通过钻孔、注水和合理布置爆破孔等一系列有序的工作方法，采用短进尺、多循环的爆破方式改变岩体性状，大大降低了甚至是消除了含有纵向结构面岩体中能量积累的程度，大大改善了施工安全（包括人员和设备安全），同时有效保证了掘进进度。
附图说明
图1是本发明的平面图。
图2是图1的A-A剖面图。
图3是图1的B-B剖面图。
具体实施方式
如图1-图3所示，本实施例在应力集中区通过钻孔、注水和合理布置爆破孔等一系列有序的工作方法，采用短进尺、多循环的开挖方式，其施工步骤如下：
a、在开挖面上钻设一组均匀且对称布置的爆破孔，并保证各爆破孔均位于应力集中区内，孔深以达到或穿过应力集中区为原则；爆破孔数目、孔径大小、注水压力和装药量以最大程度弱化岩体、不过分损伤岩体造成支护工作量的增加为原则，同时需要考虑潜在岩爆强度和现场支护有效性。本例中所述爆破孔由两个顶孔2、两个中孔3、四个侧孔4（呈矩形布置）和两个底孔5共十个孔组成，并且两个顶孔2、两个中孔3、四个侧孔4以及两个底孔5均以隧洞1（其横截面呈城门洞形）的竖向中心线为对称线对称布置；各爆破孔分上中下三排布置，其中上排由位于同一水平面上的两个顶孔2组成，中排由位于同一水平面上的两个中孔3和两个侧孔4组成，并且两中孔3位于这两个侧孔4之间，下排由位于同一水平面上的两个底孔5和另外两个侧孔4组成，并且两底孔5位于这两个侧孔4之间；由于应力卸载的重点是结构面7附近，因此，中间的钻孔（即两个中孔）距离结构面7的距离原则上应在0.5m以内。两顶孔2距隧洞1洞顶约0.9m，俯角α控制在8°，缓倾洞内，钻孔深度约为3m；两中孔3水平且向与之距离较近的一侧洞壁倾斜，偏角β5°左右，深度4m；侧孔4水平且向与之距离较近的一侧洞壁倾斜，偏角γ15°左右，钻孔深度约为5m；底孔5俯角δ6°，深度4m。
b、用清水清洗开挖面，每10分钟清洗一次，共清洗3次；期间用一定压力的清水对各爆破孔进行高压注水，共注水2次，每次注水2分钟，2次注水的时间间隔为15分钟，顶孔2、中孔3和底孔5的注水水压控制在3Mpa左右，侧孔4的注水水压控制在5Mpa左右，目的使得干燥的岩石和结构面变湿润，利用热胀冷缩原理，减小结构性岩爆的发生概率。
c、顶孔2底部1.0m深度范围装药，即在距离孔底1.0m的范围内装药，也就是从孔底算起，装1.0m的药；中孔3底部1.0m深度范围装药（解释同上）；侧孔4全程范围装药；底孔5底部1.25m深度范围装药（解释同上）。总体爆破强度可以按0.05kg/T考虑，该数字代表了爆破装药量与解除范围内岩体重量之比，设计时可先不考虑炸药类型的影响。
d、优先爆破周围钻孔（顶孔2、侧孔4和底孔5），此后再爆破中间钻孔（中孔3），二者之间的时间延时不作特别要求，可以采用现场开挖爆破任意两个相邻起爆顺序之间的延时，一般在1秒以内，爆破完成后出渣。
e、依次重复步骤a、b、c、d，直到开挖面完全穿过整个纵向结构面。 

Claims (2)

1.一种纵向结构面结构性强岩爆区应力卸载注水钻爆法，其特征在于步骤如下：
a、在开挖面上钻设一组均匀且对称布置的爆破孔，由顶孔（2）、中孔（3）、侧孔（4）和底孔（5）组成；其中顶孔（2）距洞顶0.8~1.0m，下倾5~10°，孔深3m；中孔（3）水平且向与之距离较近的一侧洞壁倾斜5°，孔深4m；侧孔（4）水平且向与之距离较近的一侧洞壁倾斜15°，孔深5m；底孔（5）下倾5~8°，孔深4m； 
b、每10分钟用清水清洗一次开挖面，共清洗3次；期间向各爆破孔内注水，共注水2次，每次注水2分钟，2次注水的时间间隔为15分钟，顶孔（2）、中孔（3）和底孔（5）的注水水压为3Mpa，侧孔（4）的注水水压为5Mpa；
c、顶孔（2）底部0.8-1.2m深度范围装药，中孔（3）底部0.8-1.2m深度范围装药，侧孔（4）全程范围装药，底孔（5）底部1.0-1.5m深度范围装药；总体爆破强度为0.03－0.07kg/T；
d、先爆破顶孔（2）、侧孔（4）和底孔（5），然后爆破中孔（3），爆破完成后出渣；
e、依次重复步骤a、b、c、d，直到开挖面完全穿过整个纵向结构面。
2.根据权利要求1所述的纵向结构面结构性强岩爆区应力卸载注水钻爆法，其特征在于：所述爆破孔由两个顶孔（2）、两个中孔（3）、四个侧孔（4）和两个底孔（5）组成，且四个侧孔（4）呈矩形布置；其中两顶孔（2）位于同一水平面上，两中孔（3）位于其中两个侧孔（4）之间并与这两个侧孔（4）位于同一水平面上，两底孔（5）位于另外两个侧孔（4）之间并与这两个侧孔（4）位于同一水平面上。
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