CN108332626A - 一种电子雷管单孔间隔微差减振爆破合理延时的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电子雷管单孔间隔微差减振爆破合理延时的计算方法，包括以下步骤：获取隧道围岩密度和纵波传播速度c_P的获取；量测各炮孔平面几何参数；计算炮孔直径、爆破进尺和装药系数；计算各炮孔药包爆炸后应力波到达最近临空面所需时间；计算各炮孔裂缝沿炮孔长度方向扩展到掌子面所需的时间t_2n；计算出各炮孔药包爆炸后围成的棱柱体被抛掷到与形成新的临空面距离为10cm所需的时间t_3n；计算各炮孔电子雷管的总延时；计算辅助孔和周边孔不同药量下的爆破地震波周期T_n；根据计算结果设定各炮孔电子雷管的延时；根据现场爆破试验和监测结果对各炮孔的延时进行调整，该方法能够保证良好的岩石破碎效果，又能大大降低爆破振动，社会效益和经济效益好。

Description

一种电子雷管单孔间隔微差减振爆破合理延时的计算方法

技术领域：

本发明属于隧道爆破技术领域，涉及一种爆破合理延时的预测方法，特别是一种电子雷管单孔间隔微差减振爆破合理延时的计算方法。

背景技术：

在城市中采用钻爆法修建隧道时，经常会遇到很多复杂环境隧道，如近距下穿埋深10～50m城市密集建筑群下的隧道、近距下穿埋深5～50m城市地下市政管线的隧道、与既有隧道净间距小于10m的新建隧道等。隧道爆破振动常常会危及周围建(构)筑物、市政管线和地铁等的安全。目前，工程上广泛使用的非电毫秒雷管控制隧道爆破振动，但是该技术具有很大的局限性。而电子雷管的电子延时功能采用集成电路芯片，可以根据实际需要任意设定并精确实现发火延时，能够实现单孔药量间隔起爆，极大的降低爆破振动峰值速度，并且能够提高爆破振动主频，确保建(构)筑物、市政管线和地铁等的安全。

采用电子雷管进行单孔间隔微差爆破时，电子雷管单孔延时的大小是降低爆破振动的一个关键参数。单孔延时设置过短时，岩石的破碎、抛掷没有完成，临空面也没有完全形成，相当于2个及2个以上炮孔同时起爆，不利于降低爆破振动；单孔延时设置过长时，又不利于相邻炮孔之间岩石的叠加破碎，这对掏槽眼的爆破影响较大。掏槽孔爆破时，由于仅有掌子面一个临空面，围岩的夹制作用较大，孔间延时过长时，不仅相邻炮孔岩石之间不能产生叠加破碎，而且先爆炮孔破碎岩石的抛掷也缺少紧邻后爆炮孔所产生的高压气体的助推力，造成掏槽孔岩石已经破裂但是没有完全抛掷出来，难以形成新的临空面，造成掏槽失败，影响后续炮眼的爆破。但是，目前还没有得出电子雷管实现单孔间隔微差减振爆破的延时计算方法。为此，本发明设计一种适用于复杂环境下的电子雷管单孔间隔微差减振爆破合理延时的计算方法。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，寻求设计一种电子雷管单孔间隔微差减振爆破合理延时的计算方法，能够有效提高施工效率和施工进度，并且不会对居民生活产生干扰。

为了实现上述目的，本发明涉及的电子雷管单孔间隔微差爆破的合理延时计算方法具体按照如下步骤进行：

S1、根据工程勘察资料或岩石的密度试验获取待计算隧道围岩的密度ρ；

S2、采用声波探测法获取S1中隧道围岩的纵波传播速度c_P；

S3、在隧道围岩自右至左依次分别设置3个以上炮孔，其中自左至右分别为一个掏槽孔，至少一个辅助孔和一个周边孔，分别量测获取掏槽孔、辅助孔、周边孔与隧道掌子面水平方向的夹角β₁、β₂、β₃，量测掏槽孔与掌子面中线的直线距离L₁，量测辅助孔与掏槽孔之间的直线距离L₂，量测辅助孔与周边孔之间的距离L₃；

S4、根据隧道爆破法爆破施工方案，获取掏槽孔、辅助孔和周边孔的直径，上述三者直径相同均为φ，获取隧道开挖进尺H的数值，分别获取掏槽孔、辅助孔、周边孔的装药系数ψ₁、ψ₂、ψ₃，装药系数为药包总长度与炮孔总长度的比值，药包总长度为单个药卷长度乘以装入的药卷个数；

S5、药卷通常为圆柱体，依次在掏槽孔、辅助孔、周边孔的底部放置药卷，填充部分代表药包长度和位置，为了简化计算，取药包的中心为爆炸应力波的释放点，分别计算各炮孔药包中心点到达最近临空面所需时间，也即纵波沿最小抵抗线传播所需的时间：

掏槽孔：

辅助孔：

周边孔：

其中W为不同炮孔的最小抵抗线长度，即在工程爆破中，药包中心或重心到最近自由面的最短距离，称为最小抵抗线，W₁、W₂、W₃代表掏槽孔、辅助孔、周边孔的最小抵抗线长度；

S6、分别计算出掏槽孔、辅助孔、周边孔药包爆炸后，隧道围岩从裂缝产生直到裂缝表面勾画出抛掷体的轮廓线的时间，即裂缝沿炮孔长度方向扩展到掌子面所需的时间：

掏槽炮孔：

辅助孔：

周边孔

式中裂纹扩展速度u_tr最大不超过其纵波速度的0.38倍，k的取值范围为0.6-0.9；所述裂缝即为药包爆炸后沿掏槽孔、辅助孔、周边孔长度方向扩展到掌子面的裂缝；

S7、一段炮孔由多个炮孔组成，每个炮孔爆炸后会在周围产生裂缝，每段炮孔爆炸后其产生的裂缝会相连成新的临空面，并与既有临空面围成棱柱型抛掷体。t_3n时间即是为保证围成棱柱型抛掷体的裂缝扩展到与形成新临空面相应的宽度，通常设定为10cm。分别计算出掏槽孔、辅助孔、周边孔药包爆炸后形成的棱柱体被抛掷到与形成新的临空面距离为10cm所需的时间，计算方式如下：

掏槽孔：

辅助孔：

周边孔：

掏槽孔：

辅助孔：

周边孔：

S9、掏槽孔取的上整数；对于辅助孔及周边孔，除了考虑上述时间外，还要考虑相邻炮孔爆破地震波波峰和波谷叠加抵消进一步减振的要求，分别计算辅助孔和周边孔不同药量下的爆破地震波周期T：

辅助孔：

周边孔：

式中：^PK_T表示P波与周期相关的岩土性质常数，Q表示单孔起爆药量：

单位kg；

S10、对于辅助孔和周边孔，电子雷管的延时计算公式如下：

辅助孔：

辅助孔或周边孔：

式中：t₂、t₃单位为ms，且只能取整数；

S11、隧道爆破时，掏槽孔的电子雷管延时按照公式(10)进行设置，辅助孔和周边孔的电子雷管延时按照公式(15)和(16)进行设置；隧道拱部的辅助孔和周边孔可参考下部的辅助眼和周边眼设置方法；同时排与排之间的炮孔延时设置为约30～50ms，该延时用以完全错开相邻排之间的爆破地震波的叠加，降低爆破振动，同时为后排炮孔爆破创造一个完整的临空面，使后排炮孔起爆时能够实现岩石更好的破碎和剥落；

S12、电子雷管按照S11所述延时设置完毕后，进行装药、组网、起爆试验和爆破振动监测，通过分析爆破振动监测数据反馈优化电子雷管的延时，以获取最佳的岩石爆破和减振效果；

进一步地，本发明采用SWS多波列数字图像工程勘探与工程检测仪对隧道围岩进行声波探测来获取隧道围岩的纵波传播速度。

本发明与现有技术相比，取得的有益效果如下：

1、解决了隧道减振控制爆破中采用电子雷管进行单孔间隔微差爆破的延时设置难题，改变了过去全凭经验进行延时设置的弊端，通过综合考虑岩石叠加破碎和爆破地震波叠加抵消干扰减振的要求，提出了隧道爆破中掏槽孔辅助孔和周边孔的延时设置方法，尤其适用于城区爆破对振速控制要求较高(不超过0.5～1.0cm/s)的复杂环境隧道工程。

2、采用本电子雷管微差爆破延时计算方法，施工进度提高2～3倍，施工效率提高20～30％，综合经济效益提高10～20％。

3、电子雷管爆破振速相比非电雷管下降50％～70％，不会引起建筑物和地下管线的破坏，不会造成“扰民”和“民扰”事件，提高社会效益、经济效益和环境效益显著，推广应用前景广阔。

附图说明：

图1为本发明中涉及的炮孔位置示意图。

图2为本发明中涉及的炮孔爆炸所形成的棱柱体示意图。

图3为本发明中涉及的隧道炮眼纵断面图。

图4为本发明中涉及的隧道炮眼布置立面图。

具体实施方式：

下面结合具体实施例并通过附图对本发明中的技术方案作进一步说明。

实施例1：

本实施例涉及的电子雷管单孔间隔微差爆破的合理延时计算方法具体按照如下步骤进行：

S1、根据工程勘察资料或岩石的密度试验获取待计算隧道围岩的密度ρ；

S2、采用声波探测法获取S1中隧道围岩的纵波传播速度c_P；

S3、如图1和图3所示，在隧道围岩自右至左依次分别设置一个掏槽孔，至少一个辅助孔和一个周边孔，分别量测获取掏槽孔、辅助孔、周边孔与隧道掌子面水平方向的夹角β₁、β₂、β₃，量测掏槽孔与掌子面中线的直线距离L₁，量测辅助孔与掏槽孔之间的直线距离L_2，量测辅助孔与周边孔之间的距离L₃；炮孔如图2、各参数见表1；

表1各炮孔几何参数

S4、炮孔直径的计算：掏槽孔、辅助孔和周边孔的直径相同，并且由与钻孔机配套的钻头直径确定，使用Φ50mm钻头，炮孔直径φ为40-44mm；隧道设计开挖进尺H为2m，为一次爆破达到设计进尺，各炮孔的装药系数依次设计为ψ₁＝0.7、ψ₂₁＝0.6、ψ₂₂＝0.5、ψ₂₃＝0.4、ψ₂₄＝0.3、ψ₃＝0.2；

S5、药卷通常为圆柱体，放置在炮孔底部，填充部分代表药包长度和位置，为了简化计算，取药包的中心为爆炸应力波的释放点，分别计算各炮孔药包中心点到达最近临空面所需时间，也即纵波沿最小抵抗线传播所需的时间：

带入相应参数，运用公式(1)、(2)、(3)计算，其中W为不同炮孔的最小抵抗线长度，即在工程爆破中，药包中心或重心到最近自由面的最短距离，称为最小抵抗线，图1中W₁、W₂、W₃代表掏槽孔、辅助孔、周边孔的最小抵抗线长度，计算结果见表2：

表2各炮孔的t_1n值

S6、分别计算出掏槽孔、辅助孔、周边孔药包爆炸后从裂缝产生直到裂缝表面勾画出抛掷体的轮廓线的时间，即裂缝沿掏槽孔、辅助孔、周边孔长度方向扩展到掌子面所需的时间；其中，裂纹扩展速度u_tr最大不超过其纵波速度的0.38倍，k取0.65；

带入相应参数，运用公式(4)、(5)、(6)计算，计算结果见表3：

表3各炮孔的t_2n值

S7、分别计算出掏槽孔、辅助孔、周边孔的药包爆炸后围成的棱柱体被抛掷到与形成新的临空面距离为10cm所需的时间；带入相应参数，运用公式(7)、(8)、(9)计算，计算结果见表4；

表4各炮孔的t_3n值

S8、每个炮孔的总时间先取3个时间的代数和，再对时间取上整数，计算结果见表5；

表5各炮孔总延时t_n值和值

S9、掏槽孔取的上整数为5ms；对于辅助眼及周边眼，除了考虑上述时间外，还要考虑相邻炮孔爆破地震波波峰和波谷叠加抵消进一步减振的要求，分别计算辅助孔和周边孔不同药量下的爆破地震波周期T，计算结果见表6；^PK_T表示P波与周期相关的岩土性质常数取0.0032，2号岩石乳化炸药每支0.2kg，长度0.2m；根据装药长度确定单孔起爆药量：

表6各炮孔爆破地震波周期T_n值

S10、对于辅助眼及周边眼，电子雷管的延时计算公式如下：

2-辅助孔：

3-辅助孔或周边孔：

计算结果见表7：

表7各炮孔延时t_n的采用值

S11、隧道爆破时，掏槽孔延时取5ms，辅助孔延时分别取4ms、或5ms或6ms，周边孔延时取4ms或5ms，排与排之间的炮孔延时设置30ms，进行3～5次爆破试验；以掏槽孔延时取5ms、辅助孔和周边孔延时分别取4ms为例，最终形成隧道炮眼延时布置如图3所示；

S12、通过分析爆破振动监测数据，发现掏槽孔延时取5ms、辅助孔和周边孔延时分别取6ms时，岩石爆破良好，实测爆破振速最小，故按该延时方案进行后续爆破施工；

显然，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (2)

1.一种电子雷管单孔间隔微差爆破的合理延时计算方法，其特征在于该方法具体按照如下步骤进行：

S1、根据工程勘察资料或岩石的密度试验获取待计算隧道围岩的密度ρ；

S2、采用声波探测法获取S1中隧道围岩的纵波传播速度c_P；

S3、在隧道围岩自右至左依次分别设置3个以上炮孔，其中自左至右分别为一个掏槽孔，至少一个辅助孔和一个周边孔，分别量测获取掏槽孔、辅助孔、周边孔与隧道掌子面水平方向的夹角β₁、β₂、β₃，量测掏槽孔与掌子面中线的直线距离L₁，量测辅助孔与掏槽孔之间的直线距离L₂，量测辅助孔与周边孔之间的距离L₃；

S4、根据隧道爆破法爆破施工方案，获取掏槽孔、辅助孔和周边孔的直径，上述三者直径相同均为φ，获取隧道开挖进尺H的数值，分别获取掏槽孔、辅助孔、周边孔的装药系数ψ₁、ψ₂、ψ₃，装药系数为药包总长度与炮孔总长度的比值，药包总长度为单个药卷长度乘以装入的药卷个数；

S5、药卷通常为圆柱体，依次在掏槽孔、辅助孔、周边孔的底部放置药卷，填充部分代表药包长度和位置，为了简化计算，取药包的中心为爆炸应力波的释放点，分别计算各炮孔药包中心点到达最近临空面所需时间，也即纵波沿最小抵抗线传播所需的时间：

掏槽孔：

辅助孔：

周边孔：

其中W为不同炮孔的最小抵抗线长度，即在工程爆破中，药包中心或重心到最近自由面的最短距离，称为最小抵抗线，W₁、W₂、W₃代表掏槽孔、辅助孔、周边孔的最小抵抗线长度；

S6、分别计算出掏槽孔、辅助孔、周边孔药包爆炸后，隧道围岩从裂缝产生直到裂缝表面勾画出抛掷体的轮廓线的时间，即裂缝沿炮孔长度方向扩展到掌子面所需的时间：

掏槽炮孔：

辅助孔：

周边孔

式中裂纹扩展速度u_tr最大不超过其纵波速度的0.38倍，k的取值范围为0.6-0.9；所述裂缝即为药包爆炸后沿掏槽孔、辅助孔、周边孔长度方向扩展到掌子面的裂缝；

S7、一段炮孔包括有多个炮孔，每个炮孔爆炸后会在周围产生裂缝，每段炮孔爆炸后其产生的裂缝会相连成新的临空面，并与既有临空面围成棱柱型抛掷体，t_3n时间即是为保证围成棱柱型抛掷体的裂缝扩展到与形成新临空面相应的宽度，通常设定为10cm，分别计算出掏槽孔、辅助孔、周边孔药包爆炸后形成的棱柱体被抛掷到与形成新的临空面距离为10cm所需的时间，计算方式如下：

掏槽孔：

辅助孔：

周边孔：

掏槽孔：

辅助孔：

周边孔：

S9、掏槽孔取的上整数；对于辅助孔及周边孔，除了考虑上述时间外，还要考虑相邻炮孔爆破地震波波峰和波谷叠加抵消进一步减振的要求，分别计算辅助孔和周边孔不同药量下的爆破地震波周期T：

辅助孔：

周边孔：

式中：^PK_T表示P波与周期相关的岩土性质常数，Q表示单孔起爆药量：

单位kg；

S10、对于辅助孔和周边孔，电子雷管的延时计算公式如下：

辅助孔：

辅助孔或周边孔：

式中：t₂、t₃单位为ms，且只能取整数；

S11、隧道爆破时，掏槽孔的电子雷管延时按照公式(10)进行设置，辅助孔和周边孔的电子雷管延时按照公式(15)和(16)进行设置；隧道拱部的辅助孔和周边孔可参考下部的辅助眼和周边眼设置方法；同时排与排之间的炮孔延时设置为约30～50ms，该延时用以完全错开相邻排之间的爆破地震波的叠加，降低爆破振动，同时为后排炮孔爆破创造一个完整的临空面，使后排炮孔起爆时能够实现岩石更好的破碎和剥落；

S12、电子雷管按照S11所述延时设置完毕后，进行装药、组网、起爆试验和爆破振动监测，通过分析爆破振动监测数据反馈优化电子雷管的延时，以获取最佳的岩石爆破和减振效果。

2.根据权利要求1所述的一种电子雷管单孔间隔微差爆破的合理延时计算方法，其特征在于该方法采用SWS多波列数字图像工程勘探与工程检测仪对隧道围岩进行声波探测来获取隧道围岩的纵波传播速度。