CN111692931B - 一种隧道爆破智能布孔方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道爆破智能布孔方法，包括周边眼和定位眼炮孔打设、周边眼和定位眼爆破、精确定位布设掏槽眼和辅助眼、掏槽眼和辅助眼爆破，对周边眼按光面爆破装药，采用不耦合装药结构，周边眼最先爆破；定位眼位于开挖面质点中心位置，采用聚能水压炮孔装置；在定位眼爆破之后，根据裂纹发展方向，采用定位装置确定掏槽孔位置，结合计算方法确定辅助眼位置，然后掏槽眼爆破，最后辅助眼爆破。本发明通过裂纹发展方向定位炮孔位置，最大程度的利用了炸药的爆轰能量，同时保证了周边眼起爆后整体轮廓的平整，极大地减少了炸药的使用量，降低了经济成本的使用和爆破冲击对周边岩体的扰动，使得整体爆破效果安全稳定。

Description

一种隧道爆破智能布孔方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，具体地说，是涉及一种隧道爆破智能布孔方法。

背景技术

针对隧道掌子面爆破施工主要是爆破隧道主体开挖部位的岩体，然后在隧道设计轮廓线上布置炸药，从而形成一个平整的开挖面。在隧道的整个施工过程中，爆破开挖效果的优劣直接影响到后续工种的进度，如隧道开挖过大导致支护空洞，欠挖导致衬砌厚度不够，轮廓线不平整导致初衬表面不平，碎石块过大影响运输效率等。因此，隧道爆破技术对隧道施工进度、施工质量、施工安全、施工成本等各方面均起到了决定性的作用。

但是，目前关于爆破作用机理的研究仍然不够深入，对爆破设计中的设计参数的选取无法给出精确的理论计算方法，一般设计参数都是基于经验或工程类比法，采用传统爆破方法时一方面可能会造成爆轰能量的耗散，不能高效、经济的破碎岩石，另一方面爆轰能量溢出，导致岩石破碎过度，从而增加支护施工难度和成本，降低了经济效益。因此，如何高效的利用爆轰能量是隧道爆破技术提升爆破效果、降低经济成本的关键。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种可实现对隧道整体破碎围岩进行高效爆破，能够有效利用爆轰能量，减少炸药使用量，有效的降低经济成本，并保证隧道爆破的施工成本、施工质量、施工安全的隧道爆破布孔方法。

为了实现本发明的主要目的，本发明提供了一种隧道爆破智能布孔方法，包括以下步骤：

（1）、周边眼和定位眼炮孔打设，定位眼位于开挖面质心中心位置；定位眼的位置采用十字交叉法进行定位。

（2）、周边眼和定位眼爆破，对于周边眼按光面爆破装药，采用不耦合装药结构；对于定位眼采用聚能水压炮孔装置，通过定位眼爆破，能够有效的在定位眼周边形成岩石裂纹，用于后面掏槽眼和辅助眼的布设；定位眼孔径为周边眼孔径的2~3倍，具体需根据岩体性质做出相应调整。

（3）、接着，精确定位掏槽眼和辅助眼，用定位装置进行定位，定位装置包括摄像头和辅助程序，摄像头将拍摄的图片导入辅助程序中，精确提取裂纹和隧道周边轮廓，并进行掏槽眼和辅助眼的布孔设计；

（4）、在掏槽眼和辅助眼进行爆破时，先进行掏槽眼爆破，通过岩石裂纹，能够有效的形成临空面，然后再进行辅助眼爆破，通过所形成的临空面，崩落岩石，从而形成隧道整体轮廓。

爆破顺序为：周边眼→定位眼→掏槽眼→辅助眼。

掏槽眼和辅助眼的布孔设计方法如下：

精确定位掏槽眼和辅助眼，采用高精度定位装置进行定位，定位装置包括摄像头和辅助程序，在进行定位时，首先正对着爆破面进行拍摄，将拍摄完成的图片导入到辅助程序中，采用图像处理技术提取图像中裂纹发展情况。为了能够最大程度的利用炸药爆轰能量，在裂纹末端布设掏槽孔，利用裂纹趋势进一步的扩大裂纹发展，从而有效的形成临空面，如果两条裂纹距离较近时，一般设置距离小于一个周边眼孔距的距离，则在此处只设置一个掏槽眼。

辅助眼的布置在完成掏槽眼的布置之后，在辅助程序之中，将掏槽眼定位之后，按顺时针方向给掏槽眼进行编号，并依次连线，将线段与裂纹相交部分切断，并删除内侧线段，与定位眼相近的一侧称之为内侧，在删除完毕之后，通过掏槽眼连线与周边眼形成封闭图形，分别计算隧道边墙、顶部和底部的周边眼与掏槽眼的最小距离，根据隧道边墙、顶部和底部长度，分别挑选3~4个与周边眼距离最小的掏槽眼，并进行连线，进而形成更小范围的封闭几何图形。在这种封闭几何图形中，以周边眼的连接线段沿中间点的法向方向往内侧方向推移，每次推移的距离为一个周边眼孔距，推移线段保持初始长度，如果周边眼的连接线段与掏槽眼连接线段交叉则删除交叉段，形成新的长度线段，继续推移，在生成的新线段上按周边眼孔距距离布设辅助眼，同时计算辅助眼与周边的炮眼的距离，如果超过一个周边眼孔距，则删除此辅助眼，重复上述步骤，直至没有辅助眼生成。

作为优选方案，定位眼应根据隧道断面长度和宽度来综合判定位置和数量，如果质心中心位置距离顶部、边墙或底部的距离大于5倍的孔距，则应在最大长度连线处设置多个定位眼。

作为优选方案，掏槽眼根据裂纹位置布设，如果相邻掏槽眼距离过大，则应在两个掏槽眼连线的中心点，并与定位眼连线，在距离中心点一个孔距的位置，打设内侧补充掏槽眼；如果掏槽眼位置与周边眼距离过小时，则应沿着裂纹方向往后移动位置，直至掏槽眼位置与周边眼距离大于2个孔距。

作为优选方案，定位装置包括摄像头和辅助程序，摄像头应采用高分辨率镜头，保证所拍摄图片导入辅助程序中，能够精确的提取裂纹和隧道周边轮廓。在退出摄像功能之后，即可打开辅助程序进行布孔设计。

作为优选方案，辅助程序包括读入现场图片，提取裂纹算法以及掏槽眼和周边眼布设算法。两种算法都是现有技术，市场上都有成熟的软件产品提供，在此不详细阐述。在进行掏槽眼和周边眼布设时，以隧道轮廓角点建立坐标系，同时根据隧道实际尺寸标定坐标系，在掏槽眼和周边眼完成布设后，可直接提取掏槽眼和周边眼坐标，并在隧道工作面布设孔位。

作为优选方案，辅助眼在掏槽眼爆破后爆破，爆破时按照由内圈往外爆破，能够有效的崩落岩石。

一种隧道爆破智能布孔方法，针对隧道宽度过宽或高度过高时，包括如下步骤：

（a）、在进行爆破设计时，将隧道平面划分为不同的划分面块，每个划分面块都看做单独的隧道爆破掘进面；

（b）、周边眼按最大外圈进行布设，定位眼按所划分的块面的质点中心进行布设；

（c）、爆破时首先进行周边眼的爆破，定位眼按照由上往下的顺序进行爆破，对于上部定位眼，下部定位眼的爆破完成相当于形成临空面，对于不同的划分面块的连接区域能够形成扩展裂纹；

（d）、掏槽眼和辅助眼的布孔根据上述的方法设计，但不同划分面块的连接区域不需要布设掏槽眼，先爆破掏槽眼，利用周边掏槽眼的爆炸应力波，扰动不同的划分面块连接区域岩块裂缝，最后，起爆辅助眼，形成隧道轮廓。

本发明未提及的技术均为现有技术。

有益效果：本发明原理简单，易于操作和加载，能够最大程度上的保证隧道周边眼起爆后整体轮廓的圆顺平整，降低了对周边围岩的扰动，使得整体爆破效果安全稳定。本发明所提供的一种隧道爆破智能布孔方法能够高效的利用爆轰能量，降低了炸药的使用量，增加了经济效益，并结合计算机技术有效的提高了施工进度，保证了综合施工效益达到了最优状态。

附图说明

图1是本发明隧道爆破布孔示意图；

图2是本发明隧道爆破掏槽眼和辅助眼布设方法示意图；

图3是本发明隧道爆破辅助眼布设方法示意图；

图4是本发明隧道爆破多个定位眼示意图；

图中：1是隧道轮廓；2是周边眼；3是辅助眼；4是掏槽眼；5是裂纹；6是掏槽眼连接线段；7是掏槽眼与周边眼炮孔布置区域；8是内侧补充掏槽眼；9是推移线段；10是推移方向；11是定位眼；12是划分面块。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例

实施例1

如图1所示，一种隧道爆破智能布孔方法，包括以下步骤：

（1）、周边眼1和定位眼11炮孔打设，定位眼11位于开挖面质心中心位置，具体地可采用十字交叉法进行定位；

（2）、接着，周边眼1和定位眼11爆破，对于周边眼1按光面爆破装药，采用不耦合装药结构；对于定位眼11采用聚能水压炮孔装置，通过定位眼11爆破，能够有效的在定位眼11周边形成岩石裂纹5，用于后面掏槽眼4和辅助眼3的布设；定位眼11孔径为周边眼1的2~3倍左右，具体需根据岩体性质做出相应调整；在爆破时，先对周边眼1进行爆破，然后再进行定位眼11爆破；

（3）、接着，精确定位掏槽眼4和辅助眼3，如图2、图3所示，采用高精度定位装置进行定位，定位装置包括摄像头和辅助程序，定摄像头应采用高分辨率镜头，保证所拍摄图片导入辅助程序中，能够精确的提取裂纹5和隧道轮廓1。在退出摄像功能之后，即可打开辅助程序进行布孔设计。辅助程序读入现场图片，提取裂纹5以及掏槽眼4和周边眼1布设。在进行掏槽4眼和周边眼1布设时，以隧道轮廓1角点建立坐标系，同时根据隧道实际尺寸标定坐标系，在掏槽眼4和周边眼1完成布设后，可直接提取掏槽眼4和周边眼1坐标，并在隧道工作面布设孔位。

在进行定位时，首先正对着爆破面进行拍摄，将拍摄完成的图片导入到辅助程序中，采用图像处理技术提取图像中裂纹5发展情况。为了能够最大程度的利用炸药爆轰能量，在裂纹5末端布设掏槽眼4，利用裂纹5趋势进一步的扩大裂纹5发展，从而有效的形成临空面，如果两条裂纹5距离较近时，则在此处只设置一个掏槽眼4。辅助眼3的布置在完成掏槽眼4的布置之后，在辅助程序之中，将掏槽眼4定位之后，按顺时针方向给掏槽眼4进行编号，并依次连线，形成掏槽眼连接线段6，将掏槽眼连接线段6与裂纹5相交部分切断，并删除内侧线段，与定位眼11相近的一侧称之为内侧，在删除完毕之后，通过掏槽眼4连线与周边眼1形成封闭图形，形成一个掏槽眼与周边眼炮孔布置区域7，分别计算隧道边墙、顶部和底部的周边眼1与掏槽眼4的最小距离，根据隧道边墙、顶部和底部长度，分别挑选3~4个与周边眼1距离最小的掏槽眼4，并进行连线，进而形成更小范围的封闭几何图形。在这种封闭几何图形中，以周边眼1的连接线段沿中间点法向方向往内侧方向推移，推移线段保持初始长度，每次推移的距离为一个周边眼孔距，如果周边眼1的连接线段与掏槽眼连接线段6交叉则删除交叉段，形成新的长度线段，继续推移，在生成的新线段上按孔距距离布设辅助眼3，同时计算辅助眼3与周边炮眼的距离，如果超过一个周边眼孔距，则删除此辅助眼3，重复上述步骤，直至没有辅助眼3生成。如果相邻掏槽眼4距离过大，则应在两个掏槽眼连线的中心点，并与定位眼连线，在距离中心点一个孔距的位置，打设内侧补充掏槽眼8。

（4）、在掏槽眼4和辅助眼3进行爆破时，首先爆破掏槽眼4，从而形成有效的临空面，然后再爆破辅助眼3，在辅助眼3进行爆破时，采用由内圈向外圈进行爆破，能够有效的崩落围岩，形成轮廓平整的隧道面。

发明原理简单，易于操作和施工，能够对隧道整体破碎围岩进行高效爆破，有效利用爆轰能量，减少炸药使用量，有效的降低经济成本，并保证隧道爆破的施工成本、施工质量、施工安全的隧道爆破布孔方法。

实施例2

如图4所示，与实施例1基本相同，所不同的是：对于隧道宽度过宽或高度过高时，将进行爆破设计时，将隧道平面划分为不同的划分面块12，每个划分面块12都可以看作单独的隧道爆破掘进面，周边眼按最大外圈进行布设，定位眼11按所划分的划分面块12的质点中心进行布设。爆破时首先进行周边眼1的爆破，定位眼11按照由上往下的顺序进行爆破，对于上部定位眼11，下部定位眼11的爆破完成相当于形成临空面，对于不同的划分面块12的连接区域能够较好的形成扩展裂纹5，掏槽眼4和辅助眼3的布设与实施例1基本相同，但不同划分面块12的连接区域不需要布设掏槽眼4，利用周边掏槽眼4的爆炸应力波，扰动不同的划分面块12连接区域岩块裂缝5，最后，起爆辅助眼3，形成隧道轮廓1。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对各设施位置进行调整，这些调整也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种隧道爆破智能布孔方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）、周边眼和定位眼炮孔打设，定位眼位于开挖面质心位置；

（2）、周边眼和定位眼爆破，对于周边眼按光面爆破装药，采用不耦合装药结构；对于定位眼采用聚能水压炮孔装置，在爆破时，先对周边眼进行爆破，然后再进行定位眼爆破，通过定位眼爆破，能够有效的在定位眼周边形成岩石裂纹；

（3）、接着，精确定位掏槽眼和辅助眼，用定位装置进行定位，定位装置包括摄像头和辅助程序，摄像头将拍摄的图片导入辅助程序中，精确提取裂纹和隧道周边轮廓，并进行掏槽眼和辅助眼的布孔设计；

（4）、在掏槽眼和辅助眼进行爆破时，首先爆破掏槽眼，从而形成有效的临空面，然后再进行辅助眼爆破，通过所形成的临空面，崩落岩石，从而形成隧道整体轮廓。

2.根据权利要求1所述的一种隧道爆破智能布孔方法，其特征在于：所述步骤（1）中定位眼的位置采用十字交叉法进行定位。

3.根据权利要求1所述的一种隧道爆破智能布孔方法，其特征在于：所述定位眼应根据隧道断面高度和宽度来综合判定位置和数量，如果质心位置距离顶部、边墙或底部的距离大于5倍的孔距，则应在最大长度连线处设置多个定位眼。

4.根据权利要求1所述的一种隧道爆破智能布孔方法，其特征在于：所述定位眼孔径为周边眼孔径的2~3倍。

5.根据权利要求1所述的一种隧道爆破智能布孔方法，其特征在于：所述步骤（3）中掏槽眼和辅助眼的布孔设计方法如下：

（3-1）、在进行定位时，首先正对着爆破面进行拍摄，将拍摄完成的图片导入到辅助程序中，提取图像中裂纹发展情况，在裂纹末端布设掏槽眼；

（3-2）、将掏槽眼定位之后，按顺时针方向给掏槽眼进行编号，并依次连线，将线段与裂纹相交部分切断，并删除内侧线段，与定位眼相近的一侧称之为内侧，在删除完毕之后，掏槽眼连线与周边眼形成封闭图形，分别计算隧道边墙、顶部和底部的周边眼与掏槽眼的最小距离，根据隧道边墙、顶部和底部长度，分别挑选3~4个与周边眼距离最小的掏槽眼，并进行连线，进而形成更小范围的封闭几何图形，在封闭几何图形中，以周边眼的连接线段沿中间点的法向方向往内侧方向推移，每次推移的距离为一个周边眼孔距，推移线段保持初始长度，如果推移后的周边眼的连接线段与掏槽眼连接线段交叉则删除交叉段，形成新的长度线段，继续推移，在生成的新线段上按周边眼孔距距离布设辅助眼，同时计算辅助眼与周边的炮眼的距离，如果超过一个周边眼孔距，则删除此辅助眼，重复上述步骤，直至没有辅助眼生成。

6.根据权利要求5所述的一种隧道爆破智能布孔方法，其特征在于：所述步骤（3-1）中掏槽眼根据裂纹位置布设，相邻掏槽眼距离过大，则应在两个掏槽眼连线的中心点与定位眼连线，在距离中心点一个孔距的位置，打设内侧补充掏槽眼；如果掏槽眼位置与周边眼距离过小时，则应沿着裂纹方向往后移动位置，直至掏槽眼位置与周边眼距离大于2个周边眼孔距。

7.根据权利要求1所述的一种隧道爆破智能布孔方法，其特征在于：所述辅助程序包括读入现场图片，提取裂纹算法以及掏槽眼和辅助眼布设算法，在进行掏槽眼和辅助眼布设时，以隧道轮廓角点建立坐标系，同时根据隧道实际尺寸标定坐标系，在掏槽眼和辅助眼完成布设后，直接提取掏槽眼和辅助眼坐标，并在隧道工作面布设孔位。

8.根据权利要求1所述的一种隧道爆破智能布孔方法，其特征在于：所述步骤（4）中的辅助眼在爆破时按照由内圈往外爆破，能够有效的崩落岩石。

9.一种隧道爆破智能布孔方法，针对隧道宽度过宽或高度过高时，其特征在于包括如下步骤：

（a）、在进行爆破设计时，将隧道平面划分为不同的划分面块，每个划分面块都看做单独的隧道爆破掘进面；

（b）、周边眼按最大外圈进行布设，定位眼按划分面块的质心进行布设；

（c）、爆破时首先进行周边眼的爆破，定位眼按照由上往下的顺序进行爆破，对于上部定位眼，下部定位眼的爆破完成相当于形成临空面，对于不同的划分面块的连接区域能够形成扩展裂纹；

（d）、掏槽眼和辅助眼的布孔根据如下方法设计：

（d-1）、在进行定位时，首先正对着爆破面进行拍摄，将拍摄完成的图片导入到辅助程序中，提取图像中裂纹发展情况，在裂纹末端布设掏槽眼；

（d-2）、将掏槽眼定位之后，按顺时针方向给掏槽眼进行编号，并依次连线，将线段与裂纹相交部分切断，并删除内侧线段，与定位眼相近的一侧称之为内侧，在删除完毕之后，掏槽眼连线与周边眼形成封闭图形，分别计算隧道边墙、顶部和底部的周边眼与掏槽眼的最小距离，根据隧道边墙、顶部和底部长度，分别挑选3~4个与周边眼距离最小的掏槽眼，并进行连线，进而形成更小范围的封闭几何图形，在封闭几何图形中，以周边眼的连接线段沿中间点的法向方向往内侧方向推移，每次推移的距离为一个周边眼孔距，推移线段保持初始长度，如果推移后的周边眼的连接线段与掏槽眼连接线段交叉则删除交叉段，形成新的长度线段，继续推移，在生成的新线段上按周边眼孔距距离布设辅助眼，同时计算辅助眼与周边的炮眼的距离，如果超过一个周边眼孔距，则删除此辅助眼，重复上述步骤，直至没有辅助眼生成；

但不同的划分面块的连接区域不需要布设掏槽眼，先爆破掏槽眼，利用周边掏槽眼的爆炸应力波，扰动不同的划分面块连接区域岩块裂缝，最后，起爆辅助眼，形成隧道轮廓。

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