CN110823036A - 一种控制爆区边缘岩体损伤的爆破方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种控制爆区边缘岩体损伤的爆破方法，爆区靠近边缘岩体的炮孔内部装填液态二氧化碳、其余爆区内的主炮孔内部装填炸药进行一次爆破作业，所述液态二氧化碳通过二氧化碳封装管装填在炮孔内部，并通过与二氧化碳封装管装填同一炮孔的起爆炸药进行激发爆破，所述起爆炸药与主炮孔内部的炸药联网起爆。本发明使用导爆索和少量起爆炸药即可替代激发管起爆液态二氧化碳，将预裂、光面爆破中使用的炸药替换为液态二氧化碳，将难以控制的爆炸能量替换为容易控制的高压气体能量，极大的降低了在施工过程中控制围岩损伤难度。该方法具有简单方便、安全可靠、效果明显的优点，值得广泛推广和应用。
Description
技术领域
本发明属于矿山爆破技术，具体涉及一种控制爆区边缘岩体损伤的爆破方法。
背景技术
为满足国民经济发展的需要，近年来大量铁道、公路、隧道、桥梁、矿山项目得以涌现。这些项目大多包含有岩石破碎工程，由于爆破破岩具有生产效率高、劳动强度低、使用成本低的特点，钻眼爆破依旧是目前应用最广泛、最普遍的破岩方法。
爆炸能量破碎岩石的作用过程可以描述为：炸药起爆后，爆轰压力高达103～104量级，几乎以突加荷载的方式施加在炮孔壁上。最邻近药包的岩石受到强烈压缩，结构完全被破坏，颗粒被压碎甚至直接进入液态，受爆生产物的积压径向运动形成空腔形结构(爆破腔)。爆破腔外面一定范围内的岩石，由于冲击波压力依旧大于动态抗压强度，因此在炮孔周边将形成一个以压碎和剪切破坏为主的粉碎圈。随后爆破冲击波衰减为压缩波并派生出切向和径向拉伸应力，形成环向及径向裂纹，构成粉碎圈外的裂隙圈。再之后，压缩波强度进一步衰减，直至无法破坏岩石，只能在岩石中形成振动。
对需要破坏的岩石而言，爆炸能量对岩石的压缩、拉伸、剪切破坏符合工程技术人员的工程目的。但对于需要保护的岩体，例如隧道掘进中开挖岩土周边的围岩、露天矿最终边坡的岩体、地下矿山已经充填的矿房或矿柱采场，减弱爆炸能量对需保护围岩的破坏对于保障矿山安全生产、提升矿山综合效益意义重大。目前工程实践大都通过降低爆轰压力的机理来控制爆破损伤，其主要措施在于控制不耦合装药系数、采用护壁爆破装药结构等，但由于爆炸能量难以控制，相关控制手段效果有限、现场运用步骤复杂。
发明内容
本发明解决的技术问题是：针对爆破过程中对周边岩体进行保护的现有技术存在操作复杂、效果不明显的问题，提供一种利用液态二氧化碳相变控制爆区边缘岩体损伤的爆破方法。
本发明采用如下技术方案实现：
一种控制爆区边缘岩体损伤的爆破方法，爆区靠近边缘岩体的炮孔内部装填液态二氧化碳、其余爆区内的主炮孔内部装填炸药进行一次爆破作业，所述液态二氧化碳通过二氧化碳封装管装填在炮孔内部，并通过与二氧化碳封装管装填同一炮孔的起爆炸药进行激发爆破，所述起爆炸药与主炮孔内部的炸药联网起爆。
进一步的包括如下步骤：
第一步、完成爆区内的所有炮孔钻凿；
第二步、在爆破现场将液态二氧化碳注入二氧化碳封装管并密封，将二氧化碳封装管与起爆药包固定在一起，将二氧化碳封装管和起爆药包连同起爆药包的导爆索放入爆区靠近边缘岩体的炮孔内部，完成炮孔堵塞；
第三步、将爆区其他主炮孔完成炸药装填；
第四步、将所有起爆药包和主炮孔内的炸药通过导爆管雷管联结成网进行一次起爆作业。
进一步的，两段以上的二氧化碳封装管分段装填在炮孔内部，每两段相邻二氧化碳封装管之间设置一段起爆炸药。
进一步的，所述二氧化碳封装管与起爆药包通过导爆索捆扎固定在一起，并在导爆索的末端绑至少两发导爆管雷管。
进一步的，所述二氧化碳封装管的管体为金属管体，所述管体的底端封闭，顶端设置连接管体内部的注入管道，所述注入管道上设置管道接口，所述管体顶部还设有与注入管道连通的排气口，所述排气口通过密封螺栓封堵。
进一步的，所述管体的内壁设有隔热保温层。
作为一种优选方案，本发明的一种控制爆区边缘岩体损伤的爆破方法用于预裂爆破，所述二氧化碳封装管装填在预裂炮孔内，所述预裂炮孔内的起爆炸药先于爆区其他主炮孔内部的炸药起爆。
作为另一种优选方案，本发明的一种控制爆区边缘岩体损伤的爆破方法用于预裂爆破，所述爆区用于光面爆破，所述二氧化碳封装管装填在光面爆破孔内，所述光面爆破孔内的起爆炸药晚于爆区其他主炮孔内部的炸药起爆。
液态二氧化碳膨胀的压力一般为102量级，明显低于炸药爆炸压力的103～104量级。使用液态二氧化碳相变来进行预裂爆破和光面爆破可以有效的控制围岩损伤。本发明利用起爆炸药爆炸时产生的能量破坏二氧化碳封装管，并通过炸药爆炸产生的热量对液态二氧化碳进行激发相变，通过液态二氧化碳相变产生的膨胀气体和炸药爆炸产生的爆生气体一同从炮孔向外产生破坏，实现爆破。
目前市场上的液态二氧化碳爆破器是将液态二氧化碳封装在致裂器壳体内，在致裂器壳体上设置泄能孔，通过致裂器内部的激发管激发液态二氧化碳，液态二氧化碳爆破产生的能量从泄能孔定向射出实现致裂爆破，致裂器的激发管通常由引火头、加热药剂(由高氯酸钾、草酸铵、水杨酸等制成)组成等组成，由于其药剂加工过程中涉及易制爆危险化学品，激发管的生产、运输、销售、使用安全受到了相关部门的广泛关注，二氧化碳静态爆破需要公安部门单独批准。本发明利用炸药激发液态二氧化碳，能够实现液态二氧化碳爆破的延期控制，由于传统二氧化碳静态爆破规模通常较小、起爆方式通常采用齐发爆破，由于前排岩石无法在后排炮孔起爆前有效抛掷，因此单次爆破方量较小。将炸药与液态二氧化碳相互结合可以实现液态二氧化碳的精确延时爆破，前面爆破的炮孔可以为后面爆破的炮孔提供充足的自由面，从而可以极大的扩展二氧化碳爆破的产量，有效的提高生产效率。
与液态二氧化碳致裂器的爆破方式不同，本发明首先将液态二氧化碳封装在一次性的二氧化碳封装管内，与炸药段一同填装到炮孔内部，对炸药段进行起爆，通过炸药爆炸的能量破坏二氧化碳封装管并利用炸药爆炸产生的热量激发液态二氧化碳，实现炸药和液态二氧化碳的混合爆破。一来减少了炸药量的设置，并且液态二氧化碳相变产生的能量对周边岩体的振动冲击更小，能够有效地控制围岩损伤。
综上所述，本发明的有益效果在于：
1、液态二氧化碳不具备爆炸风险，使用导爆索和少量起爆炸药即可替代激发管起爆液态二氧化碳，一方面，液态二氧化碳无须审批，对于具备炸药资质的公司而言，可以快速将该技术投入生产和工程运用；另一方面，不存在激发管在加工、售卖、运输、使用过程中的安全风险，有利于安全风险管控；
2、液态二氧化碳膨胀的压力明显低于炸药爆炸压力，本发明能提高爆破边壁的稳定性，液态二氧化碳相变过程的峰值压力低，粉碎区范围更小，对于周边岩体的扰动更小，减小了爆破作业对爆破边壁的冲击，降低其损伤，可以有效的提高爆破边壁的稳定性，使用液态二氧化碳相变来进行预裂爆破和光面爆破可以有效的控制爆区周边岩体的损伤；
3、相对于爆炸能量而言，二氧化碳膨胀能量更容易控制，调整爆破参数更加简单便捷。
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为实施例一中的预裂爆破中的炮孔装药示意图。
图2为实施例一中的二氧化碳封装管的结构示意图。
图3为实施例二中的光面爆破中的炮孔布置示意图。
图4为实施例二中的光面爆破炮孔内的装药示意图。
图中标号：1-台阶坡面，1’-围岩，11-周边孔，12-辅助孔，13-掏槽孔，2-孔内导爆管雷管，3-爆破药包，31-起爆药包，4-钻屑，5-二氧化碳封装管，51-管道接口，52-注入管道，53-密封螺栓，54-管体，55-隔热保温层，6-导爆索，7-孔外导爆管雷管，8-激发雷管，9-激发针。
具体实施方式
实施例一
参见图1，图示为露天预裂爆破的炮孔示意图，需要对图示中的台阶坡面1进行预裂爆破，爆破后需要保证爆破后形成的轮廓面平整。其应用本发明的控制爆区边缘岩体损伤的爆破方法来，其中在靠近爆区轮廓线边缘的炮孔内部填装液态二氧化碳进行致裂爆破，其余爆区内的主炮孔内部装填炸药进行爆破。
具体的爆破操作过程如下：
第一步，完成爆区内的所有炮孔钻凿。
第二步，在爆破现场将液态二氧化碳注入二氧化碳封装管5并密封，将二氧化碳封装管5与起爆药包31固定在一起，起爆药包31采用乳化炸药，将二氧化碳封装管5及起爆药包31与导爆索6捆扎在一起，并在导爆索6末端绑两发500ms孔内导爆管雷管2，用于通过孔外的导爆索连接至孔外导爆管雷管实现起爆联网，将二氧化碳封装管5和起爆药包31连同起爆药包的导爆索6放入爆区靠近边缘岩体的预裂炮孔内部，使用钻屑4完成预裂炮孔的堵塞。
如图2所示，二氧化碳封装管5包括管道接口51、注入管道52、密封螺栓53、管体54、隔热保温层55，其中管体54为能够承受常温下液态二氧化碳压力而不发生形变和泄露的铁、铜等金属材料制成的薄壁管体，其强度能够通过外部的导爆部件实现破坏。管体54的底端封闭，顶端设置连接管体内部的注入管道52，注入管道52从管体顶部分成两个出口，其中一个出口上设置管道接口51，通过管道接口51与外部液态二氧化碳输送管路对接向管体54内部注入液态二氧化碳，管道接口51具有单向锁止功能，在与输送管路对接时自动打开，与输送管路头开后自动封闭。注入管道52的另外一个出口设置为排气口，并通过密封螺栓53将该排气口封堵，在向管体内部注入液态二氧化碳时，打开密封螺栓53，利用排气口将管体内部的气体排出，便于液态二氧化碳注满管体内部，液态二氧化碳注入完毕后，将密封螺栓53封闭，防止液态二氧化碳漏出。在管体54的内壁设有隔热保温层55，由挤塑型聚苯乙烯泡沫塑料、模压型聚苯乙烯泡沫塑料、聚苯颗粒等物质制成，能够保持降低液态二氧化碳封装管中液态二氧化碳的温度，避免因传热导致压力上升，进而发生形变导致管体膨胀形变。
通常预裂炮孔内部设置多段二氧化碳封装管5，两段以上的二氧化碳封装管分段装填在炮孔内部，每两段相邻二氧化碳封装管5之间设置一段起爆药包31。
第三步，将爆区其他主炮孔完成炸药装填，使用500ms孔内导爆管雷管2、爆破药包3、钻屑4完成主爆破炮孔的装药和堵塞。具体的炸药段药孔内部结构参考现有的常规炸药预裂爆破的炮孔填装形式，本实施例在此不做赘述。
第四步，将所有起爆药包和主炮孔内的炸药通过导爆管雷管联结成网进行一次起爆作业，具体的，使用孔外导爆管雷管7连接主爆破炮孔及预裂炮孔之中延伸出的导爆管，最终使用激发雷管8联结整个爆破网络，并由激发针9完成爆破网络起爆，其中，主爆破炮孔外联结的孔外导爆管雷管延期时间为65ms，预裂炮孔外联结的孔外导爆管雷管延期时间为25ms，预裂炮孔内的起爆炸药先于爆区其他主炮孔内部的炸药起爆，通过预裂炮孔内部的起爆炸药的爆炸能量破坏二氧化碳封装管，利用爆炸热量对液态二氧化碳进行激发相变，实现预裂炮孔内部的液态二氧化碳和爆破炸药之间的联网延时起爆，通过致裂炮孔内部的二氧化碳相变能量降低预裂爆破对预裂后形成的轮廓面的破坏。
实施例二
参见图3和图4，图示为矿山开拓巷道中的预裂爆破的炮孔示意图，需要对图示中的围岩1’进行光面爆破，保证爆破后的临空面尽量光滑平整，并且不对围岩1’进行破坏。
第一步，完成爆区内的所有炮孔钻凿，本实施例爆区内部的炮孔包括周边孔11、辅助孔12和掏槽孔13，其中周边孔11为位于爆区周边的光面炮孔，辅助孔12和掏槽孔13为位于爆区中间区域的主爆破炮孔。
第二步，在爆破现场将液态二氧化碳注入二氧化碳封装管5并密封，将二氧化碳封装管5与起爆药包31固定在一起，起爆药包31采用乳化炸药，将二氧化碳封装管5及起爆药包31与导爆索6捆扎在一起，并在导爆索6末端绑两发500ms孔内导爆管雷管2，用于通过孔外的导爆索连接至孔外导爆管雷管实现起爆联网，将二氧化碳封装管5和起爆药包31连同起爆药包的导爆索6放入爆区靠近边缘岩体的周边孔11内部，与实施例一不同的是，本实施例的炮孔均是沿巷道方向水平设置，可以利用长杆将二氧化碳封装管和起爆药包推入周边孔11，使用钻屑4完成周边孔11的堵塞。
如图2所示，二氧化碳封装管5包括管道接口51、注入管道52、密封螺栓53、管体54、隔热保温层55，其中管体54为能够承受常温下液态二氧化碳压力而不发生形变和泄露的铁、铜等金属材料制成的薄壁管体，其强度能够通过外部的导爆部件实现破坏。管体54的底端封闭，顶端设置连接管体内部的注入管道52，注入管道52从管体顶部分成两个出口，其中一个出口上设置管道接口51，通过管道接口51与外部液态二氧化碳输送管路对接向管体54内部注入液态二氧化碳，管道接口51具有单向锁止功能，在与输送管路对接时自动打开，与输送管路头开后自动封闭。注入管道52的另外一个出口设置为排气口，并通过密封螺栓53将该排气口封堵，在向管体内部注入液态二氧化碳时，打开密封螺栓53，利用排气口将管体内部的气体排出，便于液态二氧化碳注满管体内部，液态二氧化碳注入完毕后，将密封螺栓53封闭，防止液态二氧化碳漏出。在管体54的内壁设有隔热保温层55，由挤塑型聚苯乙烯泡沫塑料、模压型聚苯乙烯泡沫塑料、聚苯颗粒等物质制成，能够保持降低液态二氧化碳封装管中液态二氧化碳的温度，避免因传热导致压力上升，进而发生形变导致管体膨胀形变。
通常预裂炮孔内部设置多段二氧化碳封装管5，两段以上的二氧化碳封装管分段装填在炮孔内部，每两段相邻二氧化碳封装管5之间设置一段起爆药包31。
第三步，将爆区辅助孔12和掏槽孔13完成炸药装填，使用500ms孔内导爆管雷管2、爆破药包3、钻屑4完成主爆破炮孔的装药和堵塞。具体的炸药段药孔内部结构参考现有的炸药光面爆破的炮孔填装形式，本实施例在此不做赘述。
第四步，将所有起爆药包和主炮孔内的炸药通过导爆管雷管联结成网进行一次起爆作业，具体的，使用孔外导爆管雷管连接所有炮孔之中延伸出的导爆管，最终使用激发雷管联结整个爆破网络，并由激发针完成爆破网络起爆，其中，周边孔11外联结的孔外导爆管雷管延期时间比爆区中间的辅助孔12和掏槽孔13孔外导爆管雷管延期时间晚50-200ms，周边孔11内的起爆炸药晚于爆区其他炮孔内部的炸药起爆，通过周边孔11内部的起爆炸药的爆炸能量破坏二氧化碳封装管，利用爆炸热量对液态二氧化碳进行激发相变，实现周边孔11内部的液态二氧化碳和爆破炸药之间的联网延时起爆，通过周边孔11内部的二氧化碳相变能量降低光面爆破对爆区围岩的破坏。
以上实施例描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的具体工作原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种控制爆区边缘岩体损伤的爆破方法，其特征在于：
爆区靠近边缘岩体的炮孔内部装填液态二氧化碳、其余爆区内的主炮孔内部装填炸药进行一次爆破作业，所述液态二氧化碳通过二氧化碳封装管装填在炮孔内部，并通过与二氧化碳封装管装填同一炮孔的起爆炸药进行激发爆破，所述起爆炸药与主炮孔内部的炸药联网起爆。
2.根据权利要求1所述的一种控制爆区边缘岩体损伤的爆破方法，具体包括如下步骤：
第一步、完成爆区内的所有炮孔钻凿；
第二步、在爆破现场将液态二氧化碳注入二氧化碳封装管并密封，将二氧化碳封装管与起爆药包固定在一起，将二氧化碳封装管和起爆药包连同起爆药包的导爆索放入爆区靠近边缘岩体的炮孔内部，完成炮孔堵塞；
第三步、将爆区其他主炮孔完成炸药装填；
第四步、将所有起爆药包和主炮孔内的炸药通过导爆管雷管联结成网进行一次起爆作业。
3.根据权利要求2所述的一种控制爆区边缘岩体损伤的爆破方法，两段以上的二氧化碳封装管分段装填在炮孔内部，每两段相邻二氧化碳封装管之间设置一段起爆炸药。
4.根据权利要求3所述的一种控制爆区边缘岩体损伤的爆破方法，所述二氧化碳封装管与起爆药包通过导爆索捆扎固定在一起，并在导爆索的末端绑至少两发导爆管雷管。
5.根据权利要求1所述的一种控制爆区边缘岩体损伤的爆破方法，所述二氧化碳封装管的管体为金属管体，所述管体的底端封闭，顶端设置连接管体内部的注入管道，所述注入管道上设置管道接口，所述管体顶部还设有与注入管道连通的排气口，所述排气口通过密封螺栓封堵。
6.根据权利要求5所述的一种控制爆区边缘岩体损伤的爆破方法，所述管体的内壁设有隔热保温层。
7.根据权利要求1-6中的任一项所述的一种控制爆区边缘岩体损伤的爆破方法，所述爆区用于预裂爆破，所述二氧化碳封装管装填在预裂炮孔内，所述预裂炮孔内的起爆炸药先于爆区其他主炮孔内部的炸药起爆。
8.根据权利要求1-6中的任一项所述的一种控制爆区边缘岩体损伤的爆破方法，所述爆区用于光面爆破，所述二氧化碳封装管装填在光面爆破孔内，所述光面爆破孔内的起爆炸药晚于爆区其他主炮孔内部的炸药起爆。
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