CN104482816A - 一种立井周边切缝药包梯度预裂爆破方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例公开一种立井周边切缝药包梯度预裂爆破方法及装置。方法包括：在立井周边布设定向断裂炮孔圈，中心布设楔形掏槽炮孔圈，从中心向周边布置预定圈数的主炮孔圈；设置定向断裂炮孔圈先爆破，并由中心向周边依次起爆的内外爆破顺序；将定向断裂炮孔圈依序划分为多个定向断裂区域并设置相应的区域爆破顺序；对定向断裂区域进行分段并设置相应的分段轴向爆破顺序；将炸药放入切缝管中，将分段轴向爆破顺序对应段别的导爆管雷管分别插入到各切缝管中制作切缝药包；将切缝药包放置到立井周边的定向断裂炮孔中，对楔形掏槽炮孔及主炮孔装药密封后，将各炮孔相连形成网路起爆。应用本发明，可以降低起爆时的爆破危害性、提升爆破效果。

Description

一种立井周边切缝药包梯度预裂爆破方法及装置

技术领域

本发明涉及大直径立井爆破技术，尤其涉及一种立井周边切缝药包梯度预裂爆破方法及装置。

背景技术

随着当前资源开采的逐渐贫乏，用于开采资源的立井直径越来越大、井筒深度越来越深，导致井筒施工难度也越来越大。其中，在井筒施工之前，一般采用冻结法，即在井筒开挖之前，从地面沿拟建立井外围一定距离的同心圆周上，间隔向下钻孔，孔底深入不透水层，然后在每个钻孔中沉放冻结管，并在地面安装冷冻设备，用循环泵将制冷剂输入冻结管，经制冷剂长时间连续地吸取冻结管外地层中的热量，使周围地层冻结，使之能承受水、土压力并阻隔地下水，从而在冻结管的保护下，实现开挖地层的目的。

目前，在大直径立井爆破施工中广泛采用光面爆破、预裂爆破等技术手段。例如，在煤矿大直径立井施工以及地铁入口处的大直径立井开挖施工中，大量采用光面爆破、预裂爆破。由于大直径立井在开挖爆破时炸药使用量大，使得爆破断面较大，一般达数十平米，爆破振动危害较为显著，特别是采用冻结法的立井施工过程中，爆破振动对冻结管的破坏作用尤为明显；同时，由于立井爆破时自由面单一，即使在立井周边切缝中填充更多的炸药用量，也难以取得较高的循环进尺，使得炸药利用率较低。

为了降低大直径立井起爆时的爆破振动危害、提升炸药的利用率，现有技术在立井爆破施工中提出了分段爆破的光面爆破或预裂爆破方式，即在立井起爆施工中，将立井施工的起爆区域，沿地表往下进行分段，针对每一分段区域进行分次爆破，例如，在每一分段区域，采用切槽钻头，在炮孔壁的轴线上按岩石开裂方向切出一条一定深度的槽，形成切槽炮孔后进行爆破；或者，通过改变装药结构，实现岩石裂缝扩展的定向控制以及预裂爆破。这样，采用分段爆破，使得预爆破岩体具有两个自由面，因而炸药利用率得到了一定程度的提高，可以有效降低单分段的炸药用量以及起爆区域的炸药总用量，从而降低爆破危害性。但该方法，由于立井周边切缝药包同时引爆，以及受大直径立井自身结构方面的限制，大多数爆破存在超挖、欠挖、周边不平整以及边坡破坏较严重的现象，使得爆破效果并不理想；同时，同时引爆导致起爆时的爆破危害性还是较大。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种立井周边切缝药包梯度预裂爆破方法及装置，降低起爆时的爆破危害性、提升爆破效果。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一方面，本发明实施例提供一种立井周边切缝药包梯度预裂爆破方法，包括：

在预爆破立井周边布设定向断裂炮孔圈，在预爆破立井中心布设楔形掏槽炮孔圈，并以楔形掏槽炮孔圈为中心，向预爆破立井周边依次布置预定圈数的主炮孔圈；

设置预爆破立井周边布设的定向断裂炮孔圈先爆破，然后由预爆破立井中心向周边依次起爆的内外爆破顺序；

将所述定向断裂炮孔圈中包含的定向断裂炮孔依序划分为多个定向断裂区域，对应设置多个定向断裂区域的区域爆破顺序；

沿预爆破立井轴线方向，针对每一定向断裂区域，对定向断裂区域中包含的各定向断裂炮孔进行分段，设置定向断裂区域中分段的各定向断裂炮孔的分段轴向爆破顺序；

将炸药放入切缝管中，并针对每一分段的定向断裂炮孔的分段轴向爆破顺序，将分段轴向爆破顺序对应段别的导爆管雷管分别插入到各切缝管中以制作切缝药包；

将切缝药包放置到预爆破立井周边的定向断裂炮孔中，在楔形掏槽炮孔以及主炮孔内分别按普通装药方式进行装药密封后，将各炮孔相连形成网路并依据预先设置的各起爆顺序起爆以实现立井爆破掘进。

本发明实施例提供的立井周边切缝药包梯度预裂爆破方法，通过在预爆破立井周边钻凿相互平行的定向断裂炮孔，并使之先于楔形掏槽炮孔以及主炮孔起爆实现预裂爆破，同时，并将立井中布设的定向断裂炮孔划分为多个区域，每一区域对应有一起爆顺序，以及，在每个区域爆破时，对于不同深度的定向断裂炮孔，采用不同段别的雷管进行起爆，使得爆破后各爆破孔间将形成相互贯通的预裂缝，能量集中，可以提升爆破效果，并可以降低立井爆破振动，降低起爆时的爆破危害性。

另一方面，本发明实施例提供一种立井周边切缝药包梯度预裂爆破装置，包括：炮孔布设模块、内外爆破顺序设置模块、区域划分及区域爆破顺序设置模块、分段及分段爆破顺序设置模块、切缝药包制作模块以及装填引爆模块，其中，

炮孔布设模块，用于在预爆破立井周边布设定向断裂炮孔圈，在预爆破立井中心布设楔形掏槽炮孔圈，并以楔形掏槽炮孔圈为中心，向预爆破立井周边依次布置预定圈数的主炮孔圈；

内外爆破顺序设置模块，用于设置预爆破立井周边布设的定向断裂炮孔圈先爆破，然后由预爆破立井中心向周边依次起爆的内外爆破顺序；

区域划分及区域爆破顺序设置模块，用于将所述定向断裂炮孔圈中包含的定向断裂炮孔依序划分为多个定向断裂区域，对应设置多个定向断裂区域的区域爆破顺序；

分段及分段爆破顺序设置模块，用于沿预爆破立井轴线方向，针对每一定向断裂区域，对定向断裂区域中包含的各定向断裂炮孔进行分段，设置定向断裂区域中分段的各定向断裂炮孔的分段轴向爆破顺序；

切缝药包制作模块，用于将炸药放入切缝管中，并针对每一分段的定向断裂炮孔的分段轴向爆破顺序，将分段轴向爆破顺序对应段别的导爆管雷管分别插入到各切缝管中以制作切缝药包；

装填引爆模块，用于将切缝药包放置到预爆破立井周边的定向断裂炮孔中，在楔形掏槽炮孔以及主炮孔内分别按普通装药方式进行装药密封后，将各炮孔相连形成网路并依据预先设置的各起爆顺序起爆以实现立井爆破掘进。

本发明实施例提供的立井周边切缝药包梯度预裂爆破装置，通过在预爆破立井周边钻凿定向断裂炮孔，并使之先于楔形掏槽炮孔以及主炮孔起爆实现预裂爆破，同时，划分立井中布设的定向断裂炮孔为多个区域，为每一区域设置对应的梯度起爆顺序，以及，在每个区域爆破时，对于不同深度的定向断裂炮孔，采用不同段别的雷管实现不同段之间以及同段内不同定向断裂炮孔之间的梯度起爆，使得爆破后各爆破孔间将形成相互贯通的预裂缝，能量集中，可以提升爆破效果，并可以降低立井爆破振动，降低起爆时的爆破危害性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例立井周边切缝药包梯度预裂爆破方法流程示意图；

图2为本发明实施例预爆破立井中设置的起爆圈数以及炮孔分布示意图；

图3为本发明实施例预爆破立井中炮孔与轴线的倾角分布示意图；

图4为本发明第一实施例设置的预爆破立井定向断裂区域以及起爆圈数示意图；

图5为本发明第二实施例设置的预爆破立井定向断裂区域以及起爆圈数示意图；

图6为本发明第三实施例设置的预爆破立井定向断裂区域以及起爆圈数示意图；

图7为本发明第四实施例设置的预爆破立井定向断裂区域分布示意图；

图8为本发明实施例分段爆破预裂爆破结构示意图；

图9为本发明实施例四种类型药包结构示意图；

图10为本发明实施例的立井周边切缝药包梯度预裂爆破装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例立井周边切缝药包梯度预裂爆破方法流程示意图。参见图1，该方法包括：

步骤101，在预爆破立井周边布设定向断裂炮孔圈，在预爆破立井中心布设楔形掏槽炮孔圈，并以楔形掏槽炮孔圈为中心，向预爆破立井周边依次布置预定圈数的主炮孔圈；

本步骤中，作为可选实施例，在预爆破立井周边布设一圈圆形的定向断裂炮孔圈，在预爆破立井中心布设一圈圆形的楔形掏槽炮孔圈。其中，圆形的定向断裂炮孔圈主要起到阻断爆破部分与非爆破部分的应力传导通路，以降低爆破过程对非爆破部分的影响和产生的振动。楔形掏槽炮孔圈与预爆破立井轴线成预定角度。

作为可选实施例，定向断裂炮孔圈中的断裂炮孔分布成封闭的圆形，且靠近预爆破立井的周边。

作为可选实施例，预定圈数可以设置为3。当然，实际应用中，主炮孔圈数可以根据爆破断面大小和岩石的硬度进行设置，例如，可以设置为5圈、6圈或其他圈数，本发明实施例对此不作任何限定。

本发明实施例中，定向断裂炮孔圈、楔形掏槽炮孔圈以及主炮孔圈组成预爆破立井的起爆圈，从而实现全断面炮孔布置。也就是说，预爆破立井中，包含有：定向断裂炮孔、楔形掏槽炮孔以及主炮孔。

作为另一可选实施例，本发明实施例中，在预爆破立井中还包括有：崩落孔、辅助孔、底孔、缓冲孔、预裂炮孔等。

较佳地，定向断裂炮孔为圆形。当然，实际应用中，也可以是矩形或其它形状，本发明实施例对此不作任何限制。

作为一可选实施例，定向断裂炮孔间距为400mm～900mm。较佳地，设置定向断裂炮孔间距为为653mm。

本发明实施例中，作为可选实施例，设置预爆破立井起爆圈数为5圈，由立井中心向立井周边依次为第1圈、第2圈、第3圈、第4圈以及第5圈。其中，第1圈为楔形掏槽炮孔圈，第2圈、第3圈以及第4圈为主炮孔圈，第5圈为定向断裂炮孔圈。

本发明实施例中，为使主炮孔爆破彻底，分布在楔形掏槽炮孔外围的第2圈主炮孔圈、第3圈主炮孔圈以及第4圈主炮孔圈等主炮孔以及定向断裂炮孔圈的深度小于楔形掏槽炮孔的深度。较佳地，设置主炮孔的深度小于楔形掏槽炮孔的深度为100mm～300mm，本发明实施例中，设置为200mm。这样，主炮孔的爆破过程作用在楔形掏槽炮孔的上方，可有效保证爆破效率，使爆破在可控范围内进行。

表1为本发明实施例立井炮孔设置示意。

表1

表1中，为了提高炮孔的爆破效果，最大限度地发挥炮孔的作用，保证掘进速度，作为优选实施例，

第1圈炮孔眼数为6个，眼深4900mm，眼装药量为6kg/眼，炮孔与轴线倾角为7度，圈径1600mm，眼间距(孔口，即炮孔间距)为800mm，起爆顺序为I级；

第2圈炮孔眼数为9个，眼深4700mm，眼装药量为5.2kg/眼，炮孔与轴线倾角为3度，圈径2900mm，眼间距为993mm，起爆顺序为II级；

第3圈炮孔眼数为13个，眼深4700mm，眼装药量为5.2kg/眼，炮孔与轴线倾角为0度，圈径4300mm，眼间距为1028mm，起爆顺序为III级；

第4圈炮孔眼数为20个，眼深4700mm，眼装药量为5.2kg/眼，炮孔与轴线倾角为0度，圈径6200mm，眼间距为970mm，起爆顺序为IV级；

第5圈炮孔眼数为37个，眼深4700mm，眼装药量为2.6kg/眼，炮孔与轴线倾角为1度，圈径7700mm，眼间距为653mm，起爆顺序为V级。

第1圈至第5圈起爆时的联线方式均为并联。

本发明实施例中，起爆顺序对应的起爆时间分别为：V级起爆时间早于I级起爆时间，I级起爆时间早于II级起爆时间，II级起爆时间早于III级起爆时间，III级起爆时间早于IV级起爆时间。

图2为本发明实施例预爆破立井中设置的起爆圈数以及炮孔分布示意图。参见图2，预爆破立井中共设置有5个起爆圈，每一起爆圈的炮孔(炮眼)沿圆周均匀分布，中心的第1起爆圈中，眼间距(孔口，即炮孔间距)为800mm，由中心依次往外，第2起爆圈的眼间距为993mm，第3起爆圈的眼间距为1028mm，第4起爆圈的眼间距为970mm，最外层的第5起爆圈的眼间距为653mm。

图3为本发明实施例预爆破立井中炮孔与轴线的倾角分布示意图。参见图3，其中，

第1起爆圈的直径(圈径)为1600mm，第2起爆圈的直径为2900mm，第3起爆圈的直径为4300mm，第4起爆圈的直径为6200mm，第5起爆圈的直径为7700mm；

第1起爆圈中，各炮孔深度为4900mm，第2起爆圈至第5起爆圈中，各炮孔深度均为4700mm；

第1起爆圈中，炮孔中心线(即圆柱形炮孔的轴线)与轴线(重力线)呈一定夹角，在每一起爆段中，距离地表最近的圈径(起爆段顶端圈径)为1600mm，从地表往下，最底的圈径(起爆段底端圈径)为500mm，炮孔与轴线倾角为7度(°)；

第2起爆圈中，在每一起爆段中，距离地表最近的圈径(起爆段顶端圈径)为2900mm，从地表往下，最底的圈径(起爆段底端圈径)为2364mm，即同一侧的第2起爆圈底端炮孔与第1起爆圈底端炮孔相距932mm，炮孔与轴线倾角为3度(°)；

第3起爆圈以及第4起爆圈中，炮孔与轴线平行，即圆柱形炮孔竖直插入土壤中，炮孔与轴线倾角为0度(°)；其中，同一侧的第3起爆圈底端炮孔与第2起爆圈底端炮孔相距946mm，同一侧的第4起爆圈底端炮孔与第3起爆圈底端炮孔相距950mm；

第5起爆圈中，在每一起爆段中，距离地表最近的圈径(起爆段顶端圈径)为7700mm，炮孔与轴线倾角为1度(°)。

步骤102，设置预爆破立井周边布设的定向断裂炮孔圈先爆破，然后由预爆破立井中心向周边依次起爆的内外爆破顺序；

本步骤中，预爆破立井中心向周边依次起爆的内外爆破顺序为：定向断裂炮孔圈、楔形掏槽炮孔圈以及主炮孔圈。如表1所示，内外爆破顺序依次为：第5圈、第1圈、第2圈、第3圈以及第4圈。

步骤103，将所述定向断裂炮孔圈中包含的定向断裂炮孔依序划分为多个定向断裂区域，对应设置多个定向断裂区域的区域爆破顺序；

本步骤中，可以根据实际爆破需要，设置定向断裂区域的数量，多个定向断裂区域依次起爆。

图4为本发明第一实施例设置的预爆破立井定向断裂区域以及起爆圈数示意图。参见图4，其中，

第1起爆圈中各楔形掏槽炮孔设置采用段别为9段的雷管(9段雷管)进行引爆；

第2起爆圈(第2圈主炮孔圈)中各主炮孔设置采用10段雷管进行引爆；

第3起爆圈中各主炮孔设置采用11段雷管进行引爆；

第4起爆圈中各主炮孔设置采用12段雷管进行引爆；

第5起爆圈中，沿径向分布，依序选取5个定向断裂炮孔作为一定向断裂区域，最后剩余的2个定向断裂炮孔作为一定向断裂区域。这样，预爆破立井周边的定向断裂炮孔被分为8个定向断裂区域，依序为第1定向断裂区域至第8定向断裂区域，其中，

设置第1定向断裂区域采用1段雷管进行引爆；

第2定向断裂区域采用2段雷管进行引爆；

第3定向断裂区域采用3段雷管进行引爆；

第4定向断裂区域采用4段雷管进行引爆；

第5定向断裂区域采用5段雷管进行引爆；

第6定向断裂区域采用6段雷管进行引爆；

第7定向断裂区域采用7段雷管进行引爆；

第8定向断裂区域采用8段雷管进行引爆。

图5为本发明第二实施例设置的预爆破立井定向断裂区域以及起爆圈数示意图。参见图5，其中，

第1起爆圈中各楔形掏槽炮孔设置采用3段雷管进行引爆；

第2起爆圈中各主炮孔设置采用4段雷管进行引爆；

第3起爆圈中各主炮孔设置采用5段雷管进行引爆；

第4起爆圈中各主炮孔设置采用6段雷管进行引爆；

第5起爆圈中，沿径向分布，依序选取5个定向断裂炮孔作为第1定向断裂区域，再选取5个定向断裂炮孔作为第2定向断裂区域，再选取5个定向断裂炮孔作为第3定向断裂区域，再选取4个定向断裂炮孔作为第4定向断裂区域，再选取5个定向断裂炮孔作为第5定向断裂区域，再选取4个定向断裂炮孔作为第6定向断裂区域，再选取4个定向断裂炮孔作为第7定向断裂区域，最后剩余的5个定向断裂炮孔作为第8定向断裂区域。这样，预爆破立井周边的定向断裂炮孔也被分为8个定向断裂区域，其中，

设置第1定向断裂区域、第3定向断裂区域、第5定向断裂区域以及第7定向断裂区域采用1段雷管进行引爆；

第2定向断裂区域、第4定向断裂区域、第6定向断裂区域以及第8定向断裂区域采用2段雷管进行引爆。

图6为本发明第三实施例设置的预爆破立井定向断裂区域以及起爆圈数示意图。参见图6，其中，

第1起爆圈中各楔形掏槽炮孔设置采用6段雷管进行引爆；

第2起爆圈中各主炮孔设置采用7段雷管进行引爆；

第3起爆圈中各主炮孔设置采用8段雷管进行引爆；

第4起爆圈中各主炮孔设置采用9段雷管进行引爆；

第5起爆圈中，沿径向分布，依序选取2个定向断裂炮孔作为一定向断裂区域，最后剩余3个定向断裂炮孔作为一定向断裂区域。这样，预爆破立井周边的定向断裂炮孔依序被分为18个定向断裂区域，其中，

设置第1定向断裂区域、第6定向断裂区域、第11定向断裂区域以及第15定向断裂区域采用1段雷管进行引爆；

第2定向断裂区域、第7定向断裂区域、第12定向断裂区域以及第16定向断裂区域采用2段雷管进行引爆；

第3定向断裂区域、第8定向断裂区域、第13定向断裂区域以及第17定向断裂区域采用3段雷管进行引爆；

第4定向断裂区域、第9定向断裂区域、第14定向断裂区域以及第18定向断裂区域采用4段雷管进行引爆；

第5定向断裂区域以及第10定向断裂区域采用5段雷管进行引爆。

图7为本发明第四实施例设置的预爆破立井定向断裂区域分布示意图。参见图7，以立井定向断裂炮孔数为30为例，沿径向分布方向，依序以3个定向断裂炮孔为一定向断裂区域，预爆破立井中的定向断裂炮孔被分为10个定向断裂区域，依序为第1定向断裂区域至第10定向断裂区域。其中，

设置第1定向断裂区域采用1段雷管进行引爆，第2定向断裂区域采用2段雷管进行引爆，第3定向断裂区域采用3段雷管进行引爆，第4定向断裂区域采用4段雷管进行引爆，第5定向断裂区域采用5段雷管进行引爆，第6定向断裂区域采用6段雷管进行引爆，第7定向断裂区域采用7段雷管进行引爆，第8定向断裂区域采用8段雷管进行引爆，第9定向断裂区域采用9段雷管进行引爆，以及，第10定向断裂区域采用10段雷管进行引爆，并将第1定向断裂区域至第10定向断裂区域中安装的雷管捻合在一起。

步骤104，沿预爆破立井轴线方向，针对每一定向断裂区域，对定向断裂区域中包含的各定向断裂炮孔进行分段，设置定向断裂区域中分段的各定向断裂炮孔的分段轴向爆破顺序；

本步骤中，采用分段起爆方式，在预爆破立井中，分段设置定向断裂炮孔，即在每一次爆破中，设置多段依序起爆，设置的每一分段中，包含一圈定向断裂炮孔。

图8为本发明实施例分段爆破预裂爆破结构示意图。参见图8，以图7所示的定向断裂炮孔分布为例，对于每一起爆段，将预爆破立井中包含的定向断裂炮孔，按照轴向方向(从地表指向地心)，分为四段依序起爆，即从地表往下，依序为第1起爆子段、第2起爆子段、第3起爆子段以及第4起爆子段，每一起爆子段中，包含有3个定向断裂炮孔，其中，每一断裂区域包含有四个起爆子段，也就是说，对于第1断裂区域，包含有四个起爆子段，对于第2断裂区域，同样包含有四个起爆子段等，每一断裂区域内的起爆子段包含的定向断裂炮孔数，依据前述划分的不同，包含有不同数量的定向断裂炮孔。当然，如果每一段包含的定向断裂炮孔数不同，则每一起爆子段中包含的定向断裂炮孔数也相应不同。其中，

对于第1起爆子段中包含的3个定向断裂炮孔，设置填充D型药包；

对于第2起爆子段中包含的3个定向断裂炮孔，其中相邻两个定向断裂炮孔设置填充C型药包，另一个定向断裂炮孔设置填充A型药包；

对于第3起爆子段中包含的3个定向断裂炮孔，设置两边的定向断裂炮孔填充B型药包，中间一个定向断裂炮孔填充A型药包；

对于第4起爆子段中包含的3个定向断裂炮孔，设置两边的定向断裂炮孔分别填充A型药包以及C型药包，中间一个定向断裂炮孔填充B型药包。其中，

作为可选实施例，D型药包采用4段导爆管雷管引爆，C型药包采用3段导爆管雷管引爆，B型药包采用2段导爆管雷管引爆，A型药包采用1段导爆管雷管引爆。

图9为本发明实施例四种类型药包结构示意图。参见图9，四种类型药包结构基本相似，通过在切缝管中填充炸药，并通过导爆管雷管引出导爆管形成，各炮孔引出的导爆管捻合在一起。不同的是，不同类型的药包，导爆管雷管的段别不同，对于A型药包，采用1(一)段导爆管雷管用于引爆，对于B型药包，采用2(二)段导爆管雷管用于引爆，对于C型药包，采用3(三)段导爆管雷管用于引爆，对于D型药包，采用4(四)段导爆管雷管用于引爆。

步骤105，将炸药放入切缝管中，并针对每一分段的定向断裂炮孔的分段轴向爆破顺序，将分段轴向爆破顺序对应段别的导爆管雷管分别插入到各切缝管中以制作切缝药包；

本步骤中，在预爆破立井周边的定向断裂炮孔中填充炸药并设置相应段别的导爆管雷管以制作切缝药包。

本发明实施例中，炸药装填于切缝管中。作为可选实施例，切缝管可以为聚氯乙烯(PVC，Polyvinyl chloride polymer)硬工程塑料管、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS，Acrylonitrile Butadiene Styrene)管等。较佳地，切缝管为圆形，管壁厚1～2mm。

作为可选实施例，选取与定向断裂炮孔相匹配的圆形PVC切缝管，将炸药装填到圆形PVC切缝管内，设置导爆管雷管并引出导爆管。较佳地，圆形PVC切缝管为管壁上设有纵向的对称双切缝，切缝宽度为2～5mm，切缝两端分别距管端2～3mm。这样，一方面，切缝两边的管壁仅在封闭的底端和顶端相连，从而保证了切缝足够长，最大限度地减小切缝两边管壁的约束，保证爆轰波和爆轰产物通过切缝对预裂爆破孔壁产生直接作用，使孔壁开裂，并使裂缝发展；另一方面，爆轰波和爆轰产物以高压作用于切缝管内壁，使预裂爆破孔受到切缝管外壁的压力，压力的合力垂直于预裂缝，由于切缝管的切缝两边完全对称，因而它们受到的合力大小相等、方向相反，它们将导致切缝所对的预裂爆破孔壁出现拉应力集中，加强了预裂缝平面上的拉应力，由于岩体和混凝土的抗拉强度很低，致使预裂缝形成和发展。

作为一可选实施例，将炸药放入切缝管中，采用轴向空气间隔装药法进行轴向间隔装药，并将相同段别的高精度导爆管雷管分别插入到各个装药段中，完成切缝药包的制作。

本发明实施例中，切缝管中的间隔装药设置为2-4段，两段炸药之间为空气段。切缝管选用硬质材料制成，切缝的宽度为2mm～6mm，切缝管的内径与炸药的直径相同。

将相同级别的高精度导爆管雷管分别插入到各个装药段中，用于分别引爆各个装药段的炸药。例如，对于A型药包，采用1段导爆管雷管，对于B型药包，采用2段导爆管雷管等。这样，可以更充分地发挥炸药威力，降低炸药使用量，最大限度的减小爆破过程产生的振动。

实际应用中，可以根据定向断裂炮孔的直径确定切缝管的直径，以及，根据炸药用量和定向断裂炮孔的长度确定切缝管的长度。关于切缝管直径以及长度的确定，为公知技术，在此略去详述。

实际应用中，炸药可选用雷管起爆方式，也可以根据切缝管长度，选用雷管和导爆索的组合，即导爆管雷管起爆方式.在装填炸药时，可以使用装药机向放入定向断裂炮孔内的切缝管装药即可。

这样，通过将炸药放入切缝管中制作切缝药包，使得在起爆时，能够使炸药能量优先沿切缝方向集中释放，从而获得精确控制的爆破断裂面，抑制需保护方向的围岩、边坡等其它方向爆生的裂纹数及裂纹扩展长度，进而提高生产效率、降低生产成本、提高施工进度。

步骤106，将切缝药包放置到预爆破立井周边的定向断裂炮孔中，在楔形掏槽炮孔以及主炮孔内分别按普通装药方式进行装药密封后，将各炮孔相连形成网路并依据预先设置的各起爆顺序起爆以实现立井爆破掘进。

本步骤中，在为预爆破立井开设的炮孔(定向断裂炮孔、楔形掏槽炮孔以及主炮孔)中装填炸药后，连接各炮孔于一体进行点火起爆，即连接起爆网路，实施一次起爆，进行梯度爆破，即先预裂爆破定向断裂炮孔中切缝管的低段雷管起爆，接着主体爆破开挖区内的梯度爆破孔(楔形掏槽炮孔以及主炮孔)依序起爆。

本发明实施例中，由于采用毫秒延迟起爆技术，使得整个爆破掘进在可控条件下有序进行，首先是靠近预爆破立井周边定向断裂炮孔的预爆过程，产生预破裂纹，接着是楔形掏槽炮孔组的顺序爆破，使断面中心产生爆破掏槽，最后是由立井中心向外逐圈进行的主炮孔圈依序爆破，使得断面立井实现一次爆破掘进过程，大大简化了立井爆破掘进的步骤，提高了掘进效率。

本发明实施例中，通过在预爆破立井周边钻凿相互平行的密集爆破孔(定向断裂炮孔)，装炸药和同段雷管，并使之先于其它爆破孔(楔形掏槽炮孔以及主炮孔)起爆实现预裂爆破，采用切缝药包装药结构进行立井周边预裂爆破，并将立井中布设的定向断裂炮孔划分为几个区域，控制每个区域爆破使用的最大炸药量，以及，在每个区域爆破时，对于不同深度的定向断裂炮孔，采用不同段别的雷管进行起爆，控制单响最大炸药量，当预爆破立井周边的炮眼间距、数量、装药结构合适时，爆破后各爆破孔间将形成相互贯通的裂隙即预裂缝，由于切缝药包爆破具有极好的定向断裂爆破效果，在保证立井周边成形的基础上，采用切缝药包爆破可降低装药量，可以降低立井爆破振动，具有显著的阻隔爆破作用和爆破地震的效果；同时，进行周边预裂爆破形成的预裂缝，对主爆区的爆破振动起到了隔振，能显著减小主体开挖部位岩体爆破对保留岩体的扰动，并具有使开挖轮廓壁面平整的功效，有利保留岩体稳定；进一步地，形成的预裂缝使主体开挖部位的岩体与需要保留的岩体分割开来，此后再爆破主体开挖部位的岩体，由于预爆破立井周边预裂缝已形成，所以主体开挖部位的岩体爆破时不会引起保留岩体破坏，并使保留岩体壁面较光滑平整，可以有效降低振动载荷下冻结管发生破坏的几率。

图10为本发明实施例的立井周边切缝药包梯度预裂爆破装置结构示意图。参见图10，该装置包括：炮孔布设模块、内外爆破顺序设置模块、区域划分及区域爆破顺序设置模块、分段及分段爆破顺序设置模块、切缝药包制作模块以及装填引爆模块，其中，

炮孔布设模块，用于在预爆破立井周边布设定向断裂炮孔圈，在预爆破立井中心布设楔形掏槽炮孔圈，并以楔形掏槽炮孔圈为中心，向预爆破立井周边依次布置预定圈数的主炮孔圈；

本发明实施例中，在预爆破立井周边布设一圈圆形的定向断裂炮孔圈，在预爆破立井中心布设一圈圆形的楔形掏槽炮孔圈。

作为可选实施例，预定圈数可以设置为3。定向断裂炮孔圈、楔形掏槽炮孔圈以及主炮孔圈组成预爆破立井的起爆圈，从而实现全断面炮孔布置。

本发明实施例中，作为可选实施例，主炮孔的深度小于楔形掏槽炮孔的深度。

作为另一可选实施例，楔形掏槽炮孔圈布设的炮孔数为6，每一炮孔的眼深为4900mm，每一炮孔装药量为6kg，炮孔与轴线倾角为7度，圈径为1600mm，眼间距为800mm，起爆顺序为I级；

主炮孔圈包括：依序由楔形掏槽炮孔圈至定向断裂炮孔圈的第2圈主炮孔圈、第3圈主炮孔圈以及第4圈主炮孔圈，其中，

第2圈主炮孔圈布设的炮孔数为9，每一炮孔的眼深为4700mm，每一炮孔装药量为5.2kg，炮孔与轴线倾角为3度，圈径为2900mm，眼间距为993mm，起爆顺序为II级；

第3圈主炮孔圈布设的炮孔数为13，每一炮孔的眼深为4700mm，每一炮孔装药量为5.2kg，炮孔与轴线倾角为0度，圈径为4300mm，眼间距为1028mm，起爆顺序为III级；

第4圈主炮孔圈布设的炮孔数为20，每一炮孔的眼深为4700mm，每一炮孔装药量为5.2kg，炮孔与轴线倾角为0度，圈径为6200mm，眼间距为970mm，起爆顺序为IV级；

定向断裂炮孔圈布设的炮孔数为37，每一炮孔的眼深为4700mm，每一炮孔装药量为2.6kg，炮孔与轴线倾角为1度，圈径为7700mm，眼间距为653mm，起爆顺序为V级；

第1圈至第5圈起爆时的联线方式均为并联。

V级起爆时间早于I级起爆时间，I级起爆时间早于II级起爆时间，II级起爆时间早于III级起爆时间，III级起爆时间早于IV级起爆时间。

内外爆破顺序设置模块，用于设置预爆破立井周边布设的定向断裂炮孔圈先爆破，然后由预爆破立井中心向周边依次起爆的内外爆破顺序；

本发明实施例中，预爆破立井中心向周边依次起爆的内外爆破顺序为：定向断裂炮孔圈、楔形掏槽炮孔圈以及主炮孔圈。其中，主炮孔圈爆破顺序为：第2圈主炮孔圈、第3圈主炮孔圈、第4圈主炮孔圈。

区域划分及区域爆破顺序设置模块，用于将所述定向断裂炮孔圈中包含的定向断裂炮孔依序划分为多个定向断裂区域，对应设置多个定向断裂区域的区域爆破顺序；

本发明实施例中，定向断裂区域的数量可根据实际爆破需要设置，并设置多个定向断裂区域依次起爆。

作为一可选实施例，楔形掏槽炮孔圈中各楔形掏槽炮孔设置采用9段雷管进行引爆；

第2圈主炮孔圈中各主炮孔设置采用10段雷管进行引爆；

第3圈主炮孔圈中各主炮孔设置采用11段雷管进行引爆；

第4圈主炮孔圈中各主炮孔设置采用12段雷管进行引爆；

定向断裂炮孔圈中，沿径向分布，依序选取5个定向断裂炮孔作为一定向断裂区域，最后剩余的2个定向断裂炮孔作为一定向断裂区域。这样，预爆破立井周边的定向断裂炮孔被分为8个定向断裂区域，依序为第1定向断裂区域至第8定向断裂区域，其中，

设置第1定向断裂区域采用1段雷管进行引爆；

第2定向断裂区域采用2段雷管进行引爆；

第3定向断裂区域采用3段雷管进行引爆；

第4定向断裂区域采用4段雷管进行引爆；

第5定向断裂区域采用5段雷管进行引爆；

第6定向断裂区域采用6段雷管进行引爆；

第7定向断裂区域采用7段雷管进行引爆；

第8定向断裂区域采用8段雷管进行引爆。

作为另一可选实施例，楔形掏槽炮孔圈中各楔形掏槽炮孔设置采用3段雷管进行引爆；

第2圈主炮孔圈中各主炮孔设置采用4段雷管进行引爆；

第3圈主炮孔圈中各主炮孔设置采用5段雷管进行引爆；

第4圈主炮孔圈中各主炮孔设置采用6段雷管进行引爆；

定向断裂炮孔圈中，沿径向分布，依序选取5个定向断裂炮孔作为第1定向断裂区域，再选取5个定向断裂炮孔作为第2定向断裂区域，再选取5个定向断裂炮孔作为第3定向断裂区域，再选取4个定向断裂炮孔作为第4定向断裂区域，再选取5个定向断裂炮孔作为第5定向断裂区域，再选取4个定向断裂炮孔作为第6定向断裂区域，再选取4个定向断裂炮孔作为第7定向断裂区域，最后剩余的5个定向断裂炮孔作为第8定向断裂区域。这样，预爆破立井周边的定向断裂炮孔也被分为8个定向断裂区域，其中，

设置第1定向断裂区域、第3定向断裂区域、第5定向断裂区域以及第7定向断裂区域采用1段雷管进行引爆；

第2定向断裂区域、第4定向断裂区域、第6定向断裂区域以及第8定向断裂区域采用2段雷管进行引爆。

作为再一可选实施例，楔形掏槽炮孔圈中各楔形掏槽炮孔设置采用6段雷管进行引爆；

第2圈主炮孔圈中各主炮孔设置采用7段雷管进行引爆；

第3圈主炮孔圈中各主炮孔设置采用8段雷管进行引爆；

第4圈主炮孔圈中各主炮孔设置采用9段雷管进行引爆；

定向断裂炮孔圈中，沿径向分布，依序选取2个定向断裂炮孔作为一定向断裂区域，最后剩余3个定向断裂炮孔作为一定向断裂区域。这样，预爆破立井周边的定向断裂炮孔依序被分为18个定向断裂区域，其中，

设置第1定向断裂区域、第6定向断裂区域、第11定向断裂区域以及第15定向断裂区域采用1段雷管进行引爆；

第2定向断裂区域、第7定向断裂区域、第12定向断裂区域以及第16定向断裂区域采用2段雷管进行引爆；

第3定向断裂区域、第8定向断裂区域、第13定向断裂区域以及第17定向断裂区域采用3段雷管进行引爆；

第4定向断裂区域、第9定向断裂区域、第14定向断裂区域以及第18定向断裂区域采用4段雷管进行引爆；

第5定向断裂区域以及第10定向断裂区域采用5段雷管进行引爆。

分段及分段爆破顺序设置模块，用于沿预爆破立井轴线方向，针对每一定向断裂区域，对定向断裂区域中包含的各定向断裂炮孔进行分段，设置定向断裂区域中分段的各定向断裂炮孔的分段轴向爆破顺序；

本发明实施例中，采用分段起爆方式，在预爆破立井中，分段设置定向断裂炮孔，各分段的定向断裂炮孔依次起爆，但起爆顺序各段不同，以及，在同一段中的各定向断裂炮孔也不同。

作为一可选实施例，将定向断裂区域中包含的各定向断裂炮孔按照从地表指向地心的方向分为四段，依序为第1起爆子段、第2起爆子段、第3起爆子段以及第4起爆子段，每一起爆子段中，包含有3个定向断裂炮孔，其中，

对于第1起爆子段中包含的3个定向断裂炮孔，设置填充D型药包；

对于第2起爆子段中包含的3个定向断裂炮孔，其中相邻两个定向断裂炮孔设置填充C型药包，另一个定向断裂炮孔设置填充A型药包；

对于第3起爆子段中包含的3个定向断裂炮孔，设置两边的定向断裂炮孔填充B型药包，中间一个定向断裂炮孔填充A型药包；

对于第4起爆子段中包含的3个定向断裂炮孔，设置两边的定向断裂炮孔分别填充A型药包以及C型药包，中间一个定向断裂炮孔填充B型药包。

作为一可选实施例，D型药包采用4段导爆管雷管引爆，C型药包采用3段导爆管雷管引爆，B型药包采用2段导爆管雷管引爆，A型药包采用1段导爆管雷管引爆。

切缝药包制作模块，用于将炸药放入切缝管中，并针对每一分段的定向断裂炮孔的分段轴向爆破顺序，将分段轴向爆破顺序对应段别的导爆管雷管分别插入到各切缝管中以制作切缝药包；

本发明实施例中，炸药装填于切缝管中。作为可选实施例，切缝管可以为聚氯乙烯硬工程塑料管、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯管等。较佳地，切缝管为圆形，管壁厚1～2mm。

作为一可选实施例，将炸药放入切缝管中，采用轴向空气间隔装药法进行轴向间隔装药，并将相同段别的高精度导爆管雷管分别插入到各个装药段中，完成切缝药包的制作。

装填引爆模块，用于将切缝药包放置到预爆破立井周边的定向断裂炮孔中，在楔形掏槽炮孔以及主炮孔内分别按普通装药方式进行装药密封后，将各炮孔相连形成网路并依据预先设置的各起爆顺序起爆以实现立井爆破掘进。

本发明实施例中，在为预爆破立井开设的炮孔(定向断裂炮孔、楔形掏槽炮孔以及主炮孔)中装填炸药后，连接各炮孔于一体进行点火起爆，即连接起爆网路，实施一次起爆，进行梯度爆破，即先预裂爆破定向断裂炮孔中切缝管的低段雷管起爆，接着主体爆破开挖区内的梯度爆破孔(楔形掏槽炮孔以及主炮孔)依序起爆。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种立井周边切缝药包梯度预裂爆破方法，其特征在于，该方法包括：

在预爆破立井周边布设定向断裂炮孔圈，在预爆破立井中心布设楔形掏槽炮孔圈，并以楔形掏槽炮孔圈为中心，向预爆破立井周边依次布置预定圈数的主炮孔圈；

设置预爆破立井周边布设的定向断裂炮孔圈先爆破，然后由预爆破立井中心向周边依次起爆的内外爆破顺序；

将所述定向断裂炮孔圈中包含的定向断裂炮孔依序划分为多个定向断裂区域，对应设置多个定向断裂区域的区域爆破顺序；

沿预爆破立井轴线方向，针对每一定向断裂区域，对定向断裂区域中包含的各定向断裂炮孔进行分段，设置定向断裂区域中分段的各定向断裂炮孔的分段轴向爆破顺序；

将炸药放入切缝管中，并针对每一分段的定向断裂炮孔的分段轴向爆破顺序，将分段轴向爆破顺序对应段别的导爆管雷管分别插入到各切缝管中以制作切缝药包；

将切缝药包放置到预爆破立井周边的定向断裂炮孔中，在楔形掏槽炮孔以及主炮孔内分别按普通装药方式进行装药密封后，将各炮孔相连形成网路并依据预先设置的各起爆顺序起爆以实现立井爆破掘进。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主炮孔圈以及定向断裂炮孔圈的深度小于楔形掏槽炮孔的深度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述楔形掏槽炮孔圈布设的炮孔数为6，每一炮孔的眼深为4900mm，每一炮孔装药量为6kg，炮孔与预爆破立井轴线倾角为7度，圈径为1600mm，眼间距为800mm，起爆顺序为Ⅰ级。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述主炮孔圈包括：依序由楔形掏槽炮孔圈至定向断裂炮孔圈的第2圈主炮孔圈、第3圈主炮孔圈以及第4圈主炮孔圈，其中，

第2圈主炮孔圈布设的炮孔数为9，每一炮孔的眼深为4700mm，每一炮孔装药量为5.2kg，炮孔与轴线倾角为3度，圈径为2900mm，眼间距为993mm，起爆顺序为Ⅱ级；

第3圈主炮孔圈布设的炮孔数为13，每一炮孔的眼深为4700mm，每一炮孔装药量为5.2kg，炮孔与轴线倾角为0度，圈径为4300mm，眼间距为1028mm，起爆顺序为Ⅲ级；

第4圈主炮孔圈布设的炮孔数为20，每一炮孔的眼深为4700mm，每一炮孔装药量为5.2kg，炮孔与轴线倾角为0度，圈径为6200mm，眼间距为970mm，起爆顺序为Ⅳ级。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述定向断裂炮孔圈布设的炮孔数为37，每一炮孔眼深为4700mm，每一炮孔装药量为2.6kg，炮孔与预爆破立井轴线倾角为1度，圈径为7700mm，眼间距为653mm，起爆顺序为Ⅴ级。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述楔形掏槽炮孔圈、第2圈主炮孔圈、第3圈主炮孔圈、第4圈主炮孔圈以及定向断裂炮孔圈起爆时的联线方式均为并联；

所述Ⅴ级起爆时间早于Ⅰ级起爆时间，Ⅰ级起爆时间早于Ⅱ级起爆时间，Ⅱ级起爆时间早于Ⅲ级起爆时间，Ⅲ级起爆时间早于Ⅳ级起爆时间。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述内外爆破顺序为：定向断裂炮孔圈、楔形掏槽炮孔圈以及主炮孔圈，其中，主炮孔圈爆破顺序为：第2圈主炮孔圈、第3圈主炮孔圈、第4圈主炮孔圈。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述楔形掏槽炮孔圈中各楔形掏槽炮孔设置采用9段雷管进行引爆；

第2圈主炮孔圈中各主炮孔设置采用10段雷管进行引爆；

第3圈主炮孔圈中各主炮孔设置采用11段雷管进行引爆；

第4圈主炮孔圈中各主炮孔设置采用12段雷管进行引爆；

定向断裂炮孔圈中，沿径向分布，依序选取5个定向断裂炮孔作为一定向断裂区域，最后剩余的2个定向断裂炮孔作为一定向断裂区域，依序得到第1定向断裂区域至第8定向断裂区域，其中，

设置第1定向断裂区域采用1段雷管进行引爆；

第2定向断裂区域采用2段雷管进行引爆；

第3定向断裂区域采用3段雷管进行引爆；

第4定向断裂区域采用4段雷管进行引爆；

第5定向断裂区域采用5段雷管进行引爆；

第6定向断裂区域采用6段雷管进行引爆；

第7定向断裂区域采用7段雷管进行引爆；

第8定向断裂区域采用8段雷管进行引爆。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述楔形掏槽炮孔圈中各楔形掏槽炮孔设置采用3段雷管进行引爆；

第2圈主炮孔圈中各主炮孔设置采用4段雷管进行引爆；

第3圈主炮孔圈中各主炮孔设置采用5段雷管进行引爆；

第4圈主炮孔圈中各主炮孔设置采用6段雷管进行引爆；

定向断裂炮孔圈中，沿径向分布，依序选取5个定向断裂炮孔作为第1定向断裂区域，再选取5个定向断裂炮孔作为第2定向断裂区域，再选取5个定向断裂炮孔作为第3定向断裂区域，再选取4个定向断裂炮孔作为第4定向断裂区域，再选取5个定向断裂炮孔作为第5定向断裂区域，再选取4个定向断裂炮孔作为第6定向断裂区域，再选取4个定向断裂炮孔作为第7定向断裂区域，最后剩余的5个定向断裂炮孔作为第8定向断裂区域，其中，

设置第1定向断裂区域、第3定向断裂区域、第5定向断裂区域以及第7定向断裂区域采用1段雷管进行引爆；

第2定向断裂区域、第4定向断裂区域、第6定向断裂区域以及第8定向断裂区域采用2段雷管进行引爆。

10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述楔形掏槽炮孔圈中各楔形掏槽炮孔设置采用6段雷管进行引爆；

第2圈主炮孔圈中各主炮孔设置采用7段雷管进行引爆；

第3圈主炮孔圈中各主炮孔设置采用8段雷管进行引爆；

第4圈主炮孔圈中各主炮孔设置采用9段雷管进行引爆；

定向断裂炮孔圈中，沿径向分布，依序选取2个定向断裂炮孔作为一定向断裂区域，最后剩余3个定向断裂炮孔作为一定向断裂区域，得到18个定向断裂区域，其中，

设置第1定向断裂区域、第6定向断裂区域、第11定向断裂区域以及第15定向断裂区域采用1段雷管进行引爆；

第2定向断裂区域、第7定向断裂区域、第12定向断裂区域以及第16定向断裂区域采用2段雷管进行引爆；

第3定向断裂区域、第8定向断裂区域、第13定向断裂区域以及第17定向断裂区域采用3段雷管进行引爆；

第4定向断裂区域、第9定向断裂区域、第14定向断裂区域以及第18定向断裂区域采用4段雷管进行引爆；

第5定向断裂区域以及第10定向断裂区域采用5段雷管进行引爆。