CN107355229A - 深孔光面隧道爆破系统及该隧道的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种深孔光面隧道爆破系统，包括多轴钻孔机构及深孔光面爆破机构；钻孔机构包括设置在调节支架上的钎杆，水平驱动机构驱动钎杆水平移动且实施掏孔作业，钎杆位于调节支架的空间位置可调；深孔光面爆破机构包括设置在炮孔内的多个装药管标准节，装药管标准节的管口之间顺序连接构成爆破管，相邻装药管标准节的连接处设置有撑托炸药的托盘，爆破管的一端设置有底座，爆破管的另一端设置有顶盖，托盘的盘面上设置有导爆索穿过的通孔，导爆索由底座向上依次穿过托盘上的通孔并且由爆破管的顶盖开设的通孔引出托盘上还设置有裂缝，系统能够提高钻孔效率的同时，减弱煤矿复杂地质环境对装药的影响，防止爆破气体过早溢出。
Description
技术领域
本发明涉及爆破技术领域，具体涉及一种深孔光面隧道爆破系统及该隧道的施工方法。
背景技术
目前我国隧道因为岩石强度较高，采用掘进机施工效率低，设备成本高，机械磨损大，尤其受施工环境影响较大，适应性较差。钻眼爆破对于地质条件适应性好，施工成本低，技术相对比较成熟，目前普遍被广泛使用。钻眼工具多采用凿岩台车和便携式凿岩机，凿岩台车成本较贵因为受开挖断面尺寸的限制施展不开，同样受开挖断面影响不便于多台便携式凿岩机同时作业，且便携式凿岩机，一台凿岩机一次凿一个孔，凿孔效率低，时间长，也由于工人操作水平不一，隧道凿孔角度和深度误差较大，炮孔沿孔深方向偏差大，孔底深度不一，造成炸药爆炸产生的能量不能很好的形成整体剪切作用，导致爆破能量的浪费，爆破效果较差。
由于岩石成因与地壳运动等多种因素，造成岩体多层理和裂隙，而我国西南地区又是水资源和雨水充沛的地方，在修建隧道的时候出现因漏水突水事故造成隧道垮塌事故，防水加固成为了必须解决的问题，而目前比较广泛采用注浆法。注浆法根据需求选择合适的注浆材料，通过注浆孔以一定的注浆压力注入注浆材料比如水泥砂浆，水泥浆等，一方面被用来防水，另一方面用来加固被加固体。
深孔切槽控制爆破技术是通过机械对炮孔切槽，然后装药爆破，爆破时，爆炸冲击波和爆生气体压力优先作用在切槽处，在切槽尖端产生应力集中区而在切槽根部附近产生裂纹生长抑制区，使得爆破裂纹从切槽尖端开始向前扩展同时又抑制裂纹在其他位置和方向上的生成，能够按照设定的方向产生可控的裂隙。
注浆法由于受到被注浆体多层理与裂隙的岩石本身性质的影响，由于岩体中天然形成的不规则的破裂面直接影响浆液的渗流过程，不能保证注浆效果，而且岩体裂隙的分布，表面特征，随机性很大，在治理过程中，治标不治本，容易出现重复渗水等问题，目前所采用的注浆方法都是在隧道断面开挖以后，从隧道内部进行钻孔注浆，一是受断面和开挖进度的影响，注浆范围较小，注浆频率较高；二是注浆的过程中破坏了隧道的围岩内形成的的应力场，同时由于注浆浆液有一定的反应时间，在这段时间内降低了围岩压力，留下了安全隐患。
为了提高隧道爆破断面成型，减少爆破冲击波对围岩的影响，隧道钻眼爆破朝深孔光面爆破迈进。由于地质的条件的不确定性，深孔钻眼爆破成孔过程中可能会遇到断层，节理、溶洞等复杂地质结构，在装药的过程中存在多装和丢药的突发情况。在钻孔、成孔过程中可能会遇到地下水，造成炮孔底部存有积水，但因孔深很难清理，影响爆破效果和爆破质量，也容易造成安全隐患。装药结构方式的落后，现场应用药包加工方式主要将炸药放置在塑料长管中，然后在管中插入导爆索引爆，这种装药方式，使的管内连续装药，造成炮孔单耗大，爆轰初压过高，孔壁岩石过度粉碎，爆破振动危害大。
切缝药包爆炸后，由于受到药包外壳的限制，爆炸能量优先从切缝处释放，优先对切缝处的岩石介质作用产生裂缝，从而达到控制岩体开裂方向，减少需保留岩体的损伤，目前一般切缝药包多采用对管状装药结构进行切缝处理，加工精度较高，施工现场操作较困难。
轴向不耦合装药是目前光面爆破常采用的一种有效装药结构，预留的空气垫层降低了爆轰波和爆生气体压力，减少了其对孔壁岩石的冲击压缩破坏，延长了炮孔中爆生气体的存在时间，提高了爆生气体准静压力作用下岩石光面爆破断裂成缝的质量。但目前现场普遍将炸药与导爆索绑置在竹片上做成药串，然后放入钻孔内，在实施过程中需要多名现场操作人员参与绑扎，装药时间长，装药过程中易出现竹片与导爆索扭折，操作过程危险性较大。
发明内容
本发明的目的就是提供一种深孔光面隧道爆破系统及该隧道的施工方法，提供一种最大限度地增强被开挖岩体围岩止水防水能力的同时解决节理裂隙岩体加固问题，同时能够提高钻孔效率的同时，提高炸药的有效利用率，减弱复杂地质环境对装药的影响，防止爆破气体过早溢出，提高安全和破碎效果，同时控制爆破振动危害，降低了施工与开挖成本。
为实现上述目的，本组合结构发明采用的技术方案是：
深孔光面隧道爆破系统，包括用于实施对煤矿钻眼施工的多轴钻孔机构，所述多轴钻孔机构钻设的炮孔内设置有深孔光面爆破机构；
所述多轴钻孔机构包括设置在调节支架上的钎杆，所述钎杆杆长方向水平且一端与水平驱动机构连接，水平驱动机构驱动钎杆水平移动且实施掏孔作业，所述钎杆位于调节支架的空间位置可调；
所述深孔光面爆破机构包括设置在炮孔内的多个装药管标准节，所述装药管标准节的管口之间顺序连接构成爆破管，相邻装药管标准节的连接处设置有撑托炸药的托盘，所述爆破管的一端设置有底座，所述爆破管的另一端设置有顶盖，所述托盘的盘面上设置有导爆索穿过的通孔，所述导爆索由爆破管的顶盖开设的通孔穿过并且依次穿过托盘上的通孔与底座连接，所述托盘上还设置有裂缝。
本发明还存在的附加特征在于：
所述裂缝沿着托盘的径向方向布置，所述装药管标准节上设置有开口，所述开口沿着装药管标准节的长度方向布置。
所述水平驱动机构包括设置在调节支架上的气缸，所述气缸内设置有活塞，所述活塞将气缸的缸体分割成两个腔室，所述钎杆的杆端与活塞的一端连接，所述钎杆位于活塞的一端设置多个，所述钎杆伸出气缸的缸体，所述气缸缸体的两个腔室分别通过管路与气源连通。
所述底座上设置有倒U形环，所述导爆索与倒U形环连接，所述装药管标准节的管端之间通过螺纹连接为一体，所述底座与装药管标准节的管端之间通过螺纹连接为一体。
所述钎杆为中空的管结构，所述活塞上设置有水路，所述水路设置有与钎杆的杆端连通的出口，所述出口设置有针头，所述针头插置在钎杆与活塞的连接端，所述水路设置有进口与高压水源连通。
所述调节支架包括支撑脚，所述支撑脚的高度可调，所述支撑脚的上端设置有法兰盘，所述法兰盘上立式设置有第一调节管，所述第一调节管下端与法兰盘构成可调式转动连接，所述第一调节管的上端设置有第二调节管，所述第二调节管与第一调节管构成可调式转动连接，所述第二调节管端水平延伸且设置有第三调节管，所述第三调节管与第二调节管构成可调式转动连接，所述气缸的缸体固定在第三调节管的管端。
所述第二调节管与第一调节管的连接处设置有第一调节螺栓，所述第一调节螺栓穿过第一调节管与第二调节管的外壁抵靠，所述第三调节管与第二调节管设置有第二调节螺栓，所述第二调节螺栓穿过第三调节管与第二调节管的外壁抵靠。
为实现上述目的，本方法发明采用的技术方案是：
深孔光面隧道的施工方法，该方法采用了上述的多轴钻孔机构及深孔光面爆破机构，爆破方法包括如下步骤：
(1)、根据隧道设计开挖面的尺寸及开挖影响范围划定注浆加固止水圈离隧道开挖面最小安全距离，所述影响范围为：所述开挖面爆破施工时，爆炸应力波与爆生气体共同作用对围岩不产生扰动的最小距离或者采用掘进机施工时对周边围岩不产生扰动的最小距离；
(2)、沿所述注浆加固止水圈中轴线布置深孔切槽爆破孔；
(3)、利用切槽机械对所述深孔切槽爆破孔按照轴对称进行V字形切槽处理，且处理过的两V形槽轴线连线与注浆加固止水圈中轴线重合；
(4)、导爆索金属防护头减掉，从装药管标准节的上部穿入，通过托盘的通孔与底座的倒U形环绑接在一起，将底座与装药管标准节下部通过螺纹拧紧，从导爆索穿出的装药管标准节上部将炸药装入装药管标准节内，达到线装设计的药量，将装药管标准节放入周边眼，将所述导爆索继续从另一装药管标准节下部穿入，通过托盘的通孔，穿出装药管标准节，所述装药管标准节通过螺纹紧密连接，按照炮孔线装药密度继续进行装药，节节拼接，放入炮孔中，直到装填到装药设计高度，将导爆索穿过顶盖的通孔，预留一段长度，顶盖与装药管标准节通过螺纹紧密连接，形成一个完整装置，切缝药包的方向与V字形切槽一致，根据岩体的类型及相关物理力学参数对所述深孔切槽爆破孔按不耦合系数1.5-2.5，线装药密度为1.7-3.3kg/m进行爆破装药，导爆索贯穿超深孔切槽爆破孔并在孔外预留一定长度，以备接入爆破网络，用炮泥进行封堵，采用导爆索网络一次起爆；
(5)、爆破完成后，将注浆管按照对应的关系插入所述超深切孔槽爆破孔，按照设计的注浆压力注入注浆材料，在爆破孔孔口处进行封堵，保证浆液不会流出，同时靠注浆加固止水圈外部中下部布置少数排水管，用于排除注浆加固止水圈外部岩体的裂隙与渗透水，养护到注浆材料的设计强度；
(6)、按照隧道设计尺寸和断面形状和炮孔布置图，将多轴钻孔机构的安装在待爆破深孔孔端位置，并且调节好钎杆的高度，使得钎杆的杆端与待爆破深孔孔端抵靠接触；
(7)、启动水平驱动机构，使得钎杆水平移动，并且启动高压水源向钎杆导入高压水；
(8)、调节调节支架的位置，使得钎杆沿着待爆破深孔孔端的周向方向凿出炮孔；
(9)、按照微差爆破设计要求对所述隧道爆破孔周边眼以外的微差爆孔进行爆破装药，从低段别开始布设微差爆破雷管，间隔段别为二段；
(10)、按照深孔光面爆破设计的炮孔线装药密度确定的使用炸药量对隧道周边眼进行装药，导爆索金属防护头减掉，从装药管标准节的上部穿入，通过托盘的通孔与底座的倒U形环绑接在一起，将底座与装药管标准节下部通过螺纹拧紧，从导爆索穿出的装药管标准节上部将炸药装入装药管标准节内，达到线装设计的药量，将装药管标准节放入周边眼，将所述导爆索继续从另一装药管标准节下部穿入，通过托盘的通孔，穿出装药管标准节，所述装药管标准节通过螺纹紧密连接，按照炮孔线装药密度继续进行装药，节节拼接，放入炮孔中，直到装填到装药设计高度，将导爆索穿过顶盖的通孔，预留一段长度，顶盖与装药管标准节通过螺纹紧密连接，形成一个完整装置，切缝药包的方向与保留岩体前炮孔连线方向一致，将周边眼导爆索连接在一起并比所述微差爆破区最高段高二段布设雷管；
(11)、对所述炮孔进行封堵，连接起爆网络，实施一次起爆，进行微差爆破，先爆破周边眼以内布设低段别雷管的岩体微差爆破起爆，最后所述周边眼爆孔起爆，通风，验炮，出渣；
(12)、重复上述步骤(6)-(11)，直至开挖到深孔切槽爆破注浆位置；
(13)、隧道开挖至深孔切槽爆破位置后，掘进施工一个硐室，通过硐室划定注浆加固止水圈，重复上述步骤(2)—(5)；
(14)、重复上述步骤(2)-(13)直至隧道开挖完毕。
所述步骤(1)中隧道爆破开挖施工影响范围为
式中Pr—离药包距离为r处的冲击波峰值压力，MPa；
Pm—冲击波初始波峰值压力，MPa；与炸药本身性质有关；
r-距离药包中心的距离，m
Ro-药包半径，m
n-系数，μ为岩石的泊松比，
当Pr的值小于岩石抗拉强度时，即爆炸应力波衰减为弹性波时，只会让岩石处于弹性阶段，不会让岩石受到损伤，将岩石抗拉强度带入上述公式，求出安全距离r。
所述步骤(2)中超深孔切槽爆破孔的钻进方向与隧道断面设计开挖面平行，超长孔深50-100m，直径为50-100mm，且所述超深孔切槽爆破孔间距为所述超深孔切槽爆破孔直径的10-25倍。
所述步骤(3)中的V形切槽的切槽角度为50-60度，切槽深度为5-10mm。
所述步骤(4)中的炮泥封堵段8-10m。
所述步骤(5)中的注浆材料可选用早高强水泥浆，水泥砂浆等反应时间较短，短时间强度较高的材料。
与现有技术相比，本发明具备的技术效果为：本发明结构简单，实用方便，将注浆过程中对围岩的影响降到最低，早高强注浆材料注入到岩石当中，提高了围岩稳定性，降低了施工的风险，也改善了隧道施工的环境，同时也减少了操作工人人数，提高了装药效率，充分结合了切槽爆破、切缝药包爆破和轴向不耦合爆破的优点，改善填药段岩石破碎程度，减少了炸药的使用量，也减少了对围岩的伤害，提高了炸药的有效利用率，减弱了复杂地质环境对装药的影响，防止爆破气体过早溢出，提高安全和破碎效果，同时控制了爆破振动危害，降低了施工与开挖成本，并且能够在保证安全的前提下，高速度，高质量的进行钻眼施工，由于一次凿三个孔，提高了单位时间凿孔的个数，减少凿孔时间，保证炮孔的之间的平行度和角度的统一，使炮孔整体性较好，沿炮孔深度误差减小，提高了掏槽爆破能量的利用率，完善了爆破工序，减少了人员工时的消耗。
附图说明
图1是深孔光面爆破机构的结构示意图；
图2是深孔光面爆破机构的剖视图；
图3是深孔光面爆破机构中的装药管标准节剖视图；
图4是深孔光面爆破机构中的托盘端面结构示意图；
图5是深孔光面爆破机构中的底座的结构示意图；
图6是多轴钻孔机构的结构示意图；
图7是多轴钻孔机构中的气缸剖面视图；
图8是多轴钻孔机构中的调节支架剖面视图；
图9是多轴钻孔机构中的气缸端面视图；
图10是隧道施工的端面视图。
具体实施方式
结合图1至图10，对本发明作进一步地说明：
深孔光面隧道爆破系统，包括用于实施对煤矿钻眼施工的多轴钻孔机构，所述多轴钻孔机构钻设的炮孔内设置有深孔光面爆破机构；
所述多轴钻孔机构包括设置在调节支架10上的钎杆20，所述钎杆20杆长方向水平且一端与水平驱动机构连接，水平驱动机构驱动钎杆20水平移动且实施掏孔作业，所述钎杆20位于调节支架10的空间位置可调；
所述深孔光面爆破机构包括设置在炮孔内的多个装药管标准节30，所述装药管标准节30的管口之间顺序连接构成爆破管，相邻装药管标准节30的连接处设置有撑托炸药的托盘40，所述爆破管的一端设置有底座50，所述爆破管的另一端设置有顶盖80，所述托盘40的盘面上设置有导爆索60穿过的通孔41，所述导爆索60由底座50向上依次穿过托盘40上的通孔41并且由爆破管的顶盖80开设的通孔引出，所述托盘40上还设置有裂缝42；
结合图1、图6及图10所示，在实际爆破时，首先利用多轴钻孔机构向待爆破区域周边钻出炮孔，多轴钻孔机构本身设置在调节支架10上，调节支架10的空间位置是可以调整的，从而可将方便将钎杆20调节至待开孔位置，启动水平移动机构，钎杆20水平移动且实施掏孔作业，炮孔开设完毕后，将上述的深孔光面爆破机构安装完毕，从而方便实现爆破作业；
该处的装药管标准节30之间均设置有托盘40，在爆破索60引爆的情况下，能够使得各结装药管标准节30内的托盘40上方炸药同步爆炸，位于托盘40上设置裂缝42，使得装药管标准节30之间处在空气导通的状态；
根据设计的装药密度不同，各个装药管标准节30内的装药量是不一样的，因此在爆炸过程中，各个装药管标准节30内爆炸产生的能量不同，爆炸气体压力不同，对岩体的破坏不一，本发明中，通过在装药管标准节30之间的托盘40上的裂缝42，使得各个装药管标准节30内炸药能够在极短的时间内，使得装药管标准节30内爆炸产生的气体压力均匀作用在岩体上，从而减少了岩体的不均匀破坏；
该种结构的爆破装置降低了冲击波和爆生气体压力，减少了其对孔壁岩石的冲击压缩破坏，延长了炮孔中爆生气体的存在时间，从而能够有效提高爆破的效果。
作为本发明的优选方案，结合图4所示，所述裂缝42沿着托盘40的径向方向布置，所述装药管标准节30上设置有开口31，所述开口31沿着装药管标准节30的长度方向布置；
该处的裂缝42的宽度本身较小，以防止炸药颗粒掉落，利用开设在装药管标准节30的开口31，能够有效实现对装药管标准节30补充空气，从而确保炸药的爆炸效果。
作为本发明的进一步地优选方案，结合图7所示，所述水平驱动机构包括设置在调节支架10上的气缸70，所述气缸70内设置有活塞71，所述活塞71将气缸70的缸体分割成两个腔室，所述钎杆20的杆端与活塞71的一端连接，所述钎杆20位于活塞71的一端设置多个，所述钎杆20伸出气缸70的缸体，所述气缸70缸体的两个腔室分别通过管路与气源连通；
上述的钎杆20位于活塞71的一端平行设置多个，可设置成三个，在实际开孔作业时，向气缸70缸体的一个腔室内导入高压空气，从而实现对活塞71的驱动，进而可实现3个洞孔开设的同步作业，提高了单位时间钻孔的个数，减少钻孔时间，保证钻孔的之间的平行度和角度的统一，使钻孔整体性较好，沿炮孔深度误差减小，提高了爆破能量的利用率，完善了爆破工序，减少了人员工时的消耗，降低施工成本。
进一步地，所述底座50上设置有倒U形环51，所述导爆索60与倒U形环51连接，所述装药管标准节30的管端之间通过螺纹连接为一体，所述底座50与装药管标准节30的管端之间通过螺纹连接为一体；
可将底座50设置成外螺纹，将装药管标准节30的管端设置成内螺纹，从而方便底座50与装药管标准节30的管端之间的安装，并且上述的导爆索60余底座50上的倒U形环51连接，从而实现对导爆索60的固定。
所述装药管标准节30和倒U形环51由抗静电塑料材料制成；装药管标准节30管径略小于炮孔的直径，一般长度为1-2米，便于加工成型和运输。
所述开口31内封装有防静电塑料薄膜；一方面防止炸药漏出，另一方面防止炮孔中有水进入装药管标准节30，影响爆破效果，强度比装药管标准节的材料低。
为方便将炮孔内的岩粉排出，结合图7所示，所述钎杆20为中空的管结构，所述活塞71上设置有水路711，所述水路711设置有与钎杆20的杆端连通的出口，所述出口设置有针头72，所述针头72插置在钎杆20与活塞71的连接端，所述水路711设置有进口与高压水源连通；
气缸70启动的情况下，同步向活塞71内导入高压水，高压水有针头72同步进入钎杆20内，从而在钻孔的同时，还可将炮孔内的岩粉同步排出；
所述活塞71上设置有活塞杆712，所述活塞杆712的杆端设置有钎尾缸套713，所述活塞杆712与钎尾缸套713通过螺纹连接，所述钎杆20插置在钎尾缸套713内。
更进一步地，结合图6所示，所述调节支架10包括支撑脚11，所述支撑脚11的高度可调，所述支撑脚11的上端设置有法兰盘12，所述法兰盘12上立式设置有第一调节管13，所述第一调节管13下端与法兰盘12构成可调式转动连接，所述第一调节管13的上端设置有第二调节管14，所述第二调节管14与第一调节管13构成可调式转动连接，所述第二调节管14管端水平延伸且设置有第三调节管15，所述第三调节管15与第二调节管14构成可调式转动连接，所述气缸70的缸体固定在第三调节管15的管端；
通过支撑脚11高度的调整，可方便实现对钎杆20高度的调节，并且通过转动调节上述的第二调节管14及第三调节管15，可实现对钎杆20的水平面及竖直面两个维度的调节，从而可将钎杆20调整至指定的钻孔位置，实施钻孔作业。
具体地，结合图6所示，所述第二调节管14与第一调节管13的连接处设置有第一调节螺栓16，所述第一调节螺栓16穿过第一调节管13与第二调节管14的外壁抵靠，所述第三调节管15与第二调节管14设置有第二调节螺栓17，所述第二调节螺栓17穿过第三调节管15与第二调节管14的外壁抵靠；
结合图8所示，上述的第一调节管13的内壁设置有环形凸面，所述第二调节管14的管端外壁设置有与环形凸面配合的环形凹槽，所述第一调节螺栓16实际上是穿过第一调节管13的管端外壁与环形凹槽的槽底抵靠，从而实现两个调节管的转动连接及定位；
同理，上述的第三调节管15的内壁设置有环形凸面，所述第二调节管14的管端外壁设置有与环形凸面配合的环形凹槽，所述第二调节螺栓17实际上是穿过第三调节管15的管端外壁与环形凹槽的槽底抵靠，从而实现两个调节管的转动连接及定位。
结合图10所示，下面针对利用上述两种机构进行的深孔光面隧道的施工方法进行简单介绍，深孔光面隧道的施工方法，该方法采用了上述的多轴钻孔机构及深孔光面爆破机构，爆破方法包括如下步骤：
(1)、根据隧道设计开挖面的尺寸及开挖影响范围划定注浆加固止水圈离隧道开挖面最小安全距离，所述影响范围为：所述开挖面爆破施工时，爆炸应力波与爆生气体共同作用对围岩不产生扰动的最小距离或者采用掘进机施工时对周边围岩不产生扰动的最小距离；
(2)、沿所述注浆加固止水圈中轴线布置深孔切槽爆破孔；
(3)、利用切槽机械对所述深孔切槽爆破孔按照轴对称进行V字形切槽处理，且处理过的两V形槽轴线连线与注浆加固止水圈中轴线重合；
(4)、将导爆索60金属防护头减掉，从装药管标准节30的上部穿入，通过托盘40的通孔41与底座50的倒U形环51绑接在一起，将底座50与装药管标准节30下部通过螺纹拧紧，从导爆索60穿出的装药管标准节30上部将炸药装入装药管标准节30内，达到线装设计的药量，将装药管标准节30放入周边眼，将所述导爆索60继续从另一装药管标准节30下部穿入，通过托盘40的通孔，穿出装药管标准节30，所述装药管标准节30通过螺纹紧密连接，按照炮孔线装药密度继续进行装药，节节拼接，放入炮孔中，直到装填到装药设计高度，将导爆索60穿过顶盖80的通孔，预留一段长度，顶盖80与装药管标准节30通过螺纹紧密连接，形成一个完整装置，切缝药包的方向与V字形切槽一致，根据岩体的类型及相关物理力学参数对所述深孔切槽爆破孔按不耦合系数1.5-2.5，线装药密度为1.7-3.3kg/m进行爆破装药，导爆索60贯穿超深孔切槽爆破孔并在孔外预留一定长度，以备接入爆破网络，用炮泥进行封堵，采用导爆索网络一次起爆；
(5)、爆破完成后，将注浆管按照对应的关系插入所述超深切孔槽爆破孔，按照设计的注浆压力注入注浆材料，在爆破孔孔口处进行封堵，保证浆液不会流出，同时靠注浆加固止水圈外部中下部布置少数排水管，用于排除注浆加固止水圈外部岩体的裂隙与渗透水，养护到注浆材料的设计强度,完成隧道止水加固圈A；
(6)、按照隧道设计尺寸和断面形状和炮孔布置图，将多轴钻孔机构的安装在待爆破深孔孔端位置，并且调节好钎杆的高度，使得钎杆的杆端与待爆破深孔孔端抵靠接触；
(7)、启动水平驱动机构，使得钎杆20水平移动，并且启动高压水源向钎杆20导入高压水；
(8)、调节调节支架10的位置，使得钎杆20沿着待爆破深孔孔端的周向方向凿出炮孔；
(9)、按照微差爆破设计要求对所述隧道爆破孔周边眼以外的微差爆孔进行爆破装药，从低段别开始布设微差爆破雷管，间隔段别为二段；
(10)、按照深孔光面爆破设计的炮孔线装药密度确定的使用炸药量对隧道周边眼进行装药，导爆索60金属防护头减掉，从装药管标准节30的上部穿入，通过托盘40的通孔41与底座50的倒U形环51绑接在一起，将底座50与装药管标准节30下部通过螺纹拧紧，从导爆索60穿出的装药管标准节30上部将炸药装入装药管标准节30内，达到线装设计的药量，将装药管标准节30放入周边眼，将所述导爆索60继续从另一装药管标准节30下部穿入，通过托盘40的通孔，穿出装药管标准节30，所述装药管标准节30通过螺纹紧密连接，按照炮孔线装药密度继续进行装药，节节拼接，放入炮孔中，直到装填到装药设计高度，将导爆索60穿过顶盖80的通孔，预留一段长度，顶盖80与装药管标准节30通过螺纹紧密连接，形成一个完整装置，切缝药包的方向与保留岩体前炮孔连线方向一致，将周边眼导爆索60连接在一起并比所述微差爆破区最高段高二段布设雷管，完成深孔光面爆破层C的装药；
(11)、对所述炮孔进行封堵，连接起爆网络，实施一次起爆，进行微差爆破，先爆破周边眼以内布设低段别雷管的岩体微差爆破起爆，最后所述周边眼爆孔起爆，通风，验炮，出渣；
(12)、重复上述步骤(6)-(11)，直至开挖到深孔切槽爆破注浆位置；
(13)、隧道开挖至深孔切槽爆破位置后，掘进施工一个硐室，通过硐室划定注浆加固止水圈，重复上述步骤(2)—(5)；结合图10中的C所示；
(14)、重复上述步骤(2)-(13)直至隧道开挖完毕。
结合图10中，上述的爆破作业可实现对待施工隧道的B，C区域进行的岩体微差爆破作业，实现隧道深孔光面爆破；
所述步骤(1)中隧道爆破开挖施工影响范围为
式中Pr—离药包距离为r处的冲击波峰值压力，MPa；
Pm—冲击波初始波峰值压力，MPa；与炸药本身性质有关；
r-距离药包中心的距离，m
Ro-药包半径，m
n-系数，μ为岩石的泊松比，
当Pr的值小于岩石抗拉强度时，即爆炸应力波衰减为弹性波时，只会让岩石处于弹性阶段，不会让岩石受到损伤，将岩石抗拉强度带入上述公式，求出安全距离r。
所述步骤(2)中超深孔切槽爆破孔的钻进方向与隧道断面设计开挖面平行，超长孔深50-100m，直径为50-100mm，且所述超深孔切槽爆破孔间距为所述超深孔切槽爆破孔直径的10-25倍。
所述步骤(3)中的V形切槽的切槽角度为50-60度，切槽深度为5-10mm。
所述步骤(4)中的炮泥封堵段8-10m。
所述步骤(5)中的注浆材料可选用早高强水泥浆，水泥砂浆等反应时间较短，短时间强度较高的材料。
需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.深孔光面隧道爆破系统，其特征在于：包括用于实施对煤矿钻眼施工的多轴钻孔机构，所述钻孔机构钻设的炮孔内设置有深孔光面爆破机构；
所述多轴钻孔机构包括设置在调节支架(10)上的钎杆(20)，所述钎杆(20)杆长方向水平且一端与水平驱动机构连接，水平驱动机构驱动钎杆(20)水平往复移动且实施凿孔作业，所述钎杆(20)位于调节支架(10)的空间位置可调；
所述深孔光面爆破机构包括设置在炮孔内的多个装药管标准节(30)，所述装药管标准节(30)的管口之间顺序连接构成爆破管，相邻装药管标准节(30)的连接处设置有撑托炸药的托盘(40)，所述爆破管的一端设置有底座(50)，所述爆破管的另一端设置有顶盖(80)，所述托盘(40)的盘面上设置有导爆索(60)穿过的通孔(41)，所述导爆索(60)由底座(50)向上依次穿过托盘(40)上的通孔(41)并且由爆破管的顶盖(80)开设的通孔引出，所述托盘(40)上还设置有裂缝(42)。
2.根据权利要求1所述的深孔光面隧道爆破系统，其特征在于：所述裂缝(42)沿着托盘(40)的径向方向布置，所述装药管标准节(30)上设置有开口(31)，所述开口(31)沿着装药管标准节(30)的长度方向布置。
3.根据权利要求1所述的深孔光面隧道爆破系统，其特征在于：所述水平驱动机构包括设置在调节支架(10)上的气缸(70)，所述气缸(70)内设置有活塞(71)，所述活塞(71)将气缸(70)的缸体分割成两个腔室，所述钎杆(20)的杆端与活塞(71)的一端连接，所述钎杆(20)位于活塞(71)的一端设置多个，所述钎杆(20)伸出气缸(70)的缸体，所述气缸(70)缸体的两个腔室分别通过管路与气源连通。
4.根据权利要求2所述的深孔光面隧道爆破系统，其特征在于：所述底座(50)上设置有倒U形环(51)，所述导爆索(60)与倒U形环(51)连接，所述装药管标准节(30)的管端之间通过螺纹连接为一体，所述底座(50)与装药管标准节(30)的管端之间通过螺纹连接为一体。
5.根据权利要求3所述的深孔光面隧道爆破系统，其特征在于：所述钎杆(20)为中空的管结构，所述活塞(71)上设置有水路(711)，所述水路(711)设置有与钎杆(20)的杆端连通的出口，所述出口设置有针头(72)，所述针头(72)插置在钎杆(20)与活塞(71)的连接端，所述水路(711)设置有进口与高压水源连通。
6.根据权利要求5所述的深孔光面隧道爆破系统，其特征在于：所述调节支架(10)包括支撑脚(11)，所述支撑脚(11)的高度可调，所述支撑脚(11)的上端设置有法兰盘(12)，所述法兰盘(12)上立式设置有第一调节管(13)，所述第一调节管(13)下端与法兰盘(12)构成可调式转动连接，所述第一调节管(13)的上端设置有第二调节管(14)，所述第二调节管(14)与第一调节管(13)构成可调式转动连接，所述第二调节管(14)管端水平延伸且设置有第三调节管(15)，所述第三调节管(15)与第二调节管(14)构成可调式转动连接，所述气缸(70)的缸体固定在第三调节管(15)的管端。
7.根据权利要求6所述的深孔光面隧道爆破系统，其特征在于：所述第二调节管(14)与第一调节管(13)的连接处设置有第一调节螺栓(16)，所述第一调节螺栓(16)穿过第一调节管(13)与第二调节管(14)的外壁抵靠，所述第三调节管(15)与第二调节管(14)设置有第二调节螺栓(17)，所述第二调节螺栓(17)穿过第三调节管(15)与第二调节管(14)的外壁抵靠。
8.深孔光面隧道的施工方法，其特征在于：该方法采用了权利要求1至7所述的多轴钻孔机构及深孔光面爆破机构，爆破方法包括如下步骤：
(1)、根据隧道设计开挖面的尺寸及开挖影响范围划定注浆加固止水圈离隧道开挖面最小安全距离，所述影响范围为：所述开挖面爆破施工时，爆炸应力波与爆生气体共同作用对围岩不产生扰动的最小距离或者采用掘进机施工时对周边围岩不产生扰动的最小距离；
(2)、沿所述注浆加固止水圈中轴线布置深孔切槽爆破孔；
(3)、利用切槽机械对所述深孔切槽爆破孔按照轴对称进行V字形切槽处理，且处理过的两V形槽轴线连线与注浆加固止水圈中轴线重合；
(4)、将导爆索(60)金属防护头减掉，从装药管标准节(30)的上部穿入，通过托盘(40)的通孔(41)与底座(50)的倒U形环(51)绑接在一起，将底座(50)与装药管标准节(30)下部通过螺纹拧紧，从导爆索(60)穿出的装药管标准节(30)上部将炸药装入装药管标准节(30)内，达到线装设计的药量，将装药管标准节(30)放入周边眼，将所述导爆索(60)继续从另一装药管标准节(30)下部穿入，通过托盘(40)的通孔，穿出装药管标准节(30)，所述装药管标准节(30)通过螺纹紧密连接，按照炮孔线装药密度继续进行装药，节节拼接，放入炮孔中，直到装填到装药设计高度，将导爆索(60)穿过顶盖(80)的通孔，预留一段长度，顶盖(80)与装药管标准节(30)通过螺纹紧密连接，形成一个完整装置，切缝药包的方向与V字形切槽一致，根据岩体的类型及相关物理力学参数对所述深孔切槽爆破孔按不耦合系数1.5-2.5，线装药密度为1.7-3.3kg/m进行爆破装药，导爆索(60)贯穿超深孔切槽爆破孔并在孔外预留一定长度，以备接入爆破网络，用炮泥进行封堵，采用导爆索网络一次起爆；
(5)、爆破完成后，将注浆管按照对应的关系插入所述超深切孔槽爆破孔，按照设计的注浆压力注入注浆材料，在爆破孔孔口处进行封堵，保证浆液不会流出，同时靠注浆加固止水圈外部中下部布置少数排水管，用于排除注浆加固止水圈外部岩体的裂隙与渗透水，养护到注浆材料的设计强度；
(6)、按照隧道设计尺寸和断面形状和炮孔布置图，将多轴钻孔机构的安装在待爆破深孔孔端位置，并且调节好钎杆的高度，使得钎杆的杆端与待爆破深孔孔端抵靠接触；
(7)、启动水平驱动机构，使得钎杆(20)水平移动，并且启动高压水源向钎杆(20)导入高压水；
(8)、调节调节支架(10)的位置，使得钎杆(20)沿着待爆破深孔孔端的周向方向凿出炮孔；
(9)、按照微差爆破设计要求对所述隧道爆破孔周边眼以外的微差爆孔进行爆破装药，从低段别开始布设微差爆破雷管，间隔段别为二段；
(10)、按照深孔光面爆破设计的炮孔线装药密度确定的使用炸药量对隧道周边眼进行装药，导爆索(60)金属防护头减掉，从装药管标准节(30)的上部穿入，通过托盘(40)的通孔(41)与底座(50)的倒U形环(51)绑接在一起，将底座(50)与装药管标准节(30)下部通过螺纹拧紧，从导爆索(60)穿出的装药管标准节(30)上部将炸药装入装药管标准节(30)内，达到线装设计的药量，将装药管标准节(30)放入周边眼，将所述导爆索(60)继续从另一装药管标准节(30)下部穿入，通过托盘(40)的通孔，穿出装药管标准节(30)，所述装药管标准节(30)通过螺纹紧密连接，按照炮孔线装药密度继续进行装药，节节拼接，放入炮孔中，直到装填到装药设计高度，将导爆索(60)穿过顶盖(80)的通孔，预留一段长度，顶盖(80)与装药管标准节(30)通过螺纹紧密连接，形成一个完整装置，切缝药包的方向与保留岩体前炮孔连线方向一致，将周边眼导爆索(60)连接在一起并比所述微差爆破区最高段高二段布设雷管；
(11)、对所述炮孔进行封堵，连接起爆网络，实施一次起爆，进行微差爆破，先爆破周边眼以内布设低段别雷管的岩体微差爆破起爆，最后所述周边眼爆孔起爆，通风，验炮，出渣；
(12)、重复上述步骤(6)-(11)，直至开挖到深孔切槽爆破注浆位置；
(13)、隧道开挖至深孔切槽爆破位置后，掘进施工一个硐室，通过硐室划定注浆加固止水圈，重复上述步骤(2)—(5)；
(14)、重复上述步骤(2)-(13)直至隧道开挖完毕。
9.根据权利要求8所述的深孔光面隧道的施工方法，其特征在于：
所述步骤(1)中隧道爆破开挖施工影响范围为
式中Pr—离药包距离为r处的冲击波峰值压力，MPa；
Pm—冲击波初始波峰值压力，MPa；与炸药本身性质有关；
r-距离药包中心的距离，m
Ro-药包半径，m
n-系数，μ为岩石的泊松比，
当Pr的值小于岩石抗拉强度时，即爆炸应力波衰减为弹性波时，只会让岩石处于弹性阶段，不会让岩石受到损伤，将岩石抗拉强度带入上述公式，求出安全距离r。
10.根据权利要求8所述的深孔光面隧道的施工方法，其特征在于：
所述步骤(2)中超深孔切槽爆破孔的钻进方向与隧道断面设计开挖面平行，超长孔深50-100m，直径为50-100mm，且所述超深孔切槽爆破孔间距为所述超深孔切槽爆破孔直径的10-25倍。
所述步骤(3)中的V形切槽的切槽角度为50-60度，切槽深度为5-10mm。
所述步骤(4)中的炮泥封堵段8-10m。
所述步骤(5)中的注浆材料可选用早高强水泥浆，水泥砂浆等反应时间较短，短时间强度较高的材料。
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