CN113279763A - 全水压聚能爆破降震及节能控制方法、系统、终端及介质 - Google Patents

全水压聚能爆破降震及节能控制方法、系统、终端及介质 Download PDF

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CN113279763A CN202011481767.2A CN202011481767A CN113279763A CN 113279763 A CN113279763 A CN 113279763A CN 202011481767 A CN202011481767 A CN 202011481767A CN 113279763 A CN113279763 A CN 113279763A
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Abstract

本发明属于全水压聚能爆破控制技术领域，公开了一种全水压聚能爆破降震及节能控制方法、系统、终端及介质，全水压聚能爆破降震及节能控制方法包括：全水压聚能爆破控制技术孔内参数设计；全水压聚能爆破控制技术参数设计；将优选出的参数进行现场试验测试。本发明提供的全水压聚能爆破降震及节能控制方法，在现场反复试验、测试基础上，利用相关理论仔细分析技术方案、参数和爆破实际效果之间的关系和影响，摸清炸药爆后产生的能量在水体中的传播规律，给出隧道工程全水压聚能爆破控制技术研究成果，指导隧道爆破施工，为全水压聚能爆破技术的发展和广泛应用提供理论依据。

Description

全水压聚能爆破降震及节能控制方法、系统、终端及介质
技术领域
本发明属于水压聚能爆破控制技术领域，尤其涉及一种全水压聚能爆破降 震及节能控制方法、系统、终端及介质。
背景技术
目前，隧道钻爆法(矿山法)施工过程中经常会出现严重超挖、炸药消耗 过多、一次起爆爆破震动加速度大，爆后一定时期内隧道内有害气体和岩粉含 量严重超标等问题，这些问题的存在严重影响了隧道施工的经济性和安全性。 产生这些问题的原因在于爆破施工管理、作业人员对工程爆破相关的理论了解 不够透彻，采取的技术方案、措施针对性不高，处理的效果较差。为了减少甚 至是解决这些问题带来的影响，就必须深入研究炸药在岩石内部爆炸破岩机理， 并在此基础上优化设计方案和采用更先进的爆破技术，全水压聚能爆破技术正 是基于此种目的而出现。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有隧道钻爆法施工过程 中经常会出现严重超挖、炸药消耗过多、一次起爆爆破震动加速度大，爆后一 定时期内隧道内有害气体和岩粉含量严重超标；隧道穿越煤层与瓦斯段时可以 不用煤矿许用炸药等问题。
解决以上问题及缺陷的难度为：
⑴有利方面的分析
①全水压聚能爆破时构筑物主要受到两种荷载的作用：一是水中冲击波的 作用，二是高压气团生成水球的膨胀作用。形成水中冲击波和高压脉动水球,在 壁体介质破坏过程中,冲击波和高压脉动振荡引起的二次应力波的作用是几乎 相当的,介质在冲击波作用下形成初次加载,达到一定的破坏程度,介质在高压 脉动水球振荡引起的二次应力波作用下进一步破坏。
②在全水压聚能爆破中水球振荡所引起的二次应力波最大压力应该是冲击 波峰压的10％～20％,但二次应力波的作用时间远超过冲击波的作用时间，普通 光面爆破持续时间三通道平均为：0.09s，全水压聚能爆破持续时间三通道平均 为：0.20s；所以爆破后岩石受二次应力波作用下进一步破坏，降低震动波峰叠 加，增加做功能力，降低能耗。
③冲击波和二次应力波的冲量是几乎相当的,所以在水压爆破中，振动脉冲 波峰降低了，质点振动速度降低了；
④同时加入聚能管装置，使内嵌水袋装水量充满炮孔，形成全水压聚能爆 破，其次使水中冲击波的作用与高压气团生成水球的膨胀作用聚能定向，增强 爆破做工能力，降低能耗；
⑤最后炮眼中有水可以起到雾化降尘作用，大大降低粉尘对环境的污染。 从采用FCC-3000G型防爆个体粉尘采样器对羊角隧道全水压聚能爆破后粉尘浓 度监测知道：普通光面爆破，爆破后粉尘浓度为19.1mg/m3,。全水压聚能爆破 后粉尘浓度为11.0mg/m3，与普通光面爆破相比降低了42.1％，捕尘效率达到 42.2％。
⑴实际困难
①聚能管及其内贴水袋加工，外径
Figure RE-GDA0003159679480000021
0.25mm厚的聚乙烯薄膜水袋， 固定粘贴在切成两片，每片圆心角为1620，外径
Figure RE-GDA0003159679480000022
聚能管内表面；② 聚能管及外径
Figure RE-GDA0003159679480000023
0.25mm厚的聚乙烯薄膜水袋内的起爆体安装、送入聚能 管底部就位，导爆管引出，胶带密封，工序较普通光面爆破繁琐；③聚能管在 周边炮眼中聚能穴环向切线对齐有难度。④二号岩石乳化炸药爆热4142.2kj/ ㎏(装药密度在0.9～1.3(g/cm3)之间时)，单孔爆轰持续时间大约在200ms， 水只起到雾化作用，大约有3％的能量消耗于热能之中，
解决以上问题及缺陷的意义为：优选合理的聚能管内嵌水袋全全水压聚能 爆破参数设计，可以使全水压聚能爆破技术相对于传统爆破技术在控制超挖、 降低爆尘、炮烟、降低炸药消耗、提高炮眼利用和施工效率等方面展现出较大 的优点；在爆破振动控制方面可以应用到城镇隧道爆破施工中，特别是在对爆 破质点振动速度控制要求严格的大城市地铁隧道钻爆施工和现代地下施工职业 卫生要求条件很高的情况下。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种全水压聚能爆破降震及节能 控制方法、系统、终端及介质。
本发明是这样实现的，一种全水压聚能爆破降震及节能控制方法，所述全 水压聚能爆破降震及节能控制方法包括以下步骤：
步骤一，全水压聚能爆破控制技术孔内参数设计；
步骤二，全水压聚能爆破控制技术参数设计；
步骤三，将优选出的参数进行现场试验测试。
进一步，步骤一中，所述全水压聚能爆破控制技术孔内参数设计，包括：
(1)现场实际钻孔直径42mm，成孔46mm，计算时取45mm；
(2)聚能管水压爆破，包括PVC管道，聚能管切成两片后用软链环一圈固 定连接，每片圆心角为162°；其中，所述PVC管道外径
Figure RE-GDA0003159679480000031
壁厚3mm，长度 随钻眼装药长度截取；
(3)外径
Figure RE-GDA0003159679480000032
0.25mm厚的聚乙烯薄膜水袋，长度比聚能管长10cm， 国定粘贴在切成两片，每片圆心角为162°，
Figure RE-GDA0003159679480000033
聚能管内表面，长度2.4m；
(4)起爆体与炸药装在外径
Figure RE-GDA0003159679480000034
0.25mm厚的聚乙烯薄膜袋内，采用导 爆管引出，密封装在聚能管内粘贴的外径
Figure RE-GDA0003159679480000035
0.25mm厚的聚乙烯薄膜水袋 内；
(5)聚能管的外侧设有聚能穴，聚能穴的剖面为扇形结构；扇形结构的圆 心角的角度为18°；
(6)聚能管及外径
Figure RE-GDA0003159679480000036
0.25mm厚的聚乙烯薄膜水袋内起爆体安装好后， 整体送进周边炮孔中，聚能穴尽量与周边炮孔的环向连线方向对准，用低压水 枪给聚能管内贴外径
Figure RE-GDA0003159679480000037
0.25mm厚的聚乙烯薄膜水袋注水，注满后，用胶 带密封；
(7)除周边炮孔外，其余炮孔施工工艺相同，炸药直径采用
Figure RE-GDA0003159679480000041
药卷。
进一步，所述爆破顺序为：
钻孔-清孔-聚能管炸药防水存放腔安设起爆体，周边眼装直径
Figure RE-GDA0003159679480000042
炸药， 其余炮孔装
Figure RE-GDA0003159679480000043
药卷；引出起爆线-聚能管带炸药起爆体安装进炮孔-聚乙烯 薄膜水袋注满水-密封-封堵炮泥-联线-起爆。
进一步，步骤二中，所述全水压聚能爆破控制技术参数设计，包括：
(1)利用现有的数值软件LS-DYNA，对不同条件下的全水压聚能爆破参数 控制技术参数进行试算与试验，优选出炮眼布置及装药量设计；其中，所述全 水压聚能爆破参数控制技术参数包括装药结构、不耦合系数、水压爆破介质水 体设置、聚能设置；
(2)针对85m2断面软岩单耗，根据Ks值，计算得到不同q水压爆破试验 数值对应的周边眼线装药密度和周边装药量；
(3)断面炮眼设计。
进一步，步骤(1)中，所述利用现有的数值软件LS-DYNA，对不同条件下 的全水压聚能爆破参数控制技术参数进行试算与试验，优选出炮眼布置及装药 量设计，包括：
1)围岩岩性：砂岩灰岩～砂岩泥岩复层，根据现场取样围岩天然饱和抗压 强度试验值，得围岩普氏系数为f≈4～8之间变化，洞内Ks值在0.5～0.7Kg/m3之间。
2)爆破应力F为：
σp·E·L≤F≤σc·d·L；
其中，E＜σc/σp≤K1·d，K1＝σc/σp≈10-18；σp表示围岩的抗拉强度， 单位Mpa；σc表示围岩的抗压强度，单位Mpa；E表示周边眼间距，单位m；L 表示炮眼深度，单位m；d表示炮眼直径，单位m。
3)孔径、炸药品种：2#岩石乳化炸药、周边孔炸药直径采用25mm的逍遥 卷，周边孔不耦合系数K1＝45÷25＝1.8，起爆网络采用导爆管起爆，进尺L＝3.0m， 周边孔装药线密度q1≈(0.15～0.35)之间，普氏系数f＝4时，取0.15Kg/m3，普 氏系数f＝8时，取0.3Kg/m3。
4)E与W取值：不耦合系数K1＝d/d1≈1.5-2.5，炸药直径采用25mm的逍遥 卷，钻孔直径42mm，成孔直径46mm，计算时候取45mm；
E＝K1·d；K1由F值确定软弱围岩取较小值；
W＝E/K；硬质围岩取较大值；
E＝11·d＝45cm；普氏系数f＝4时，W＝0.45/0.8＝0.55；
E＝15·d＝65cm；普氏系数f＝8时，W＝0.65/0.8＝0.80；
周边孔线装药密度取0.15-0.35。
进一步，步骤(2)中，所述针对85m2断面软岩单耗，根据Ks值，计算得 到不同q水压爆破试验数值对应的周边眼线装药密度和周边装药量，包括：
针对85m2断面软岩单耗，根据Ks值，得：
1)q水压爆破试验＝0.62kg/m3，普氏系数f＝4时，周边眼线装药密度：
QL＝q·a·w＝0.62*0.45*0.55＝0.153Kg/m，实际取0.15Kg/m；
其中，a表示周边眼炮眼间距，a＝E；
周边装药：
Q＝L·QL＝3*0.15＝0.45kg，实际取0.45Kg；
q水压爆破试验＝0.64kg/m3，普氏系数f＝8时，周边眼线装药密度：
QL＝q·a·w＝0.64*0.55*0.75＝0.264Kg/m，实际取0.25Kg；
周边装药：
Q＝L·QL＝3*0.25＝0.75kg，实际取0.75Kg。
2)q普通光面爆破试验＝0.68kg/m3，普氏系数f＝4时，周边眼线装药密度：
QL＝q·a·w＝0.68*0.45*0.55＝0.168Kg/m，实际取0.17Kg/m；
其中，a表示周边眼炮眼间距，a＝E；
周边装药：
Q＝L·QL＝3*0.17＝0.51kg，实际取0.5Kg。
进一步，步骤(3)中，所述断面炮眼设计方法为：
Figure RE-GDA0003159679480000061
本发明的另一目的在于提供一种用于全水压聚能爆破降震及节能控制仿真 模拟的信息数据处理终端，所述信息数据处理终端搭载有数值软件，执行全水 压聚能爆破降震及节能控制方法，并对不同条件下的全水压聚能爆破参数控制 技术参数进行试算与试验，优选出炮眼布置及装药量。
本发明的另一目的在于提供一种全水压聚能爆破降震及节能控制系统，其 特征在于，搭载在所述信息数据处理终端上，所述全水压聚能爆破降震及节能 控制系统包括：
孔内参数设定模块，利用全水压聚能爆破控制技术进行孔内参数设定；
全水压聚能爆破降震及节能参数设定模块，利用全水压聚能爆破控制技术 进行全水压聚能爆破降震及节能参数设定；
模拟仿真试验模块，将优选出的孔内参数、全水压聚能爆破降震及节能参 数进行模拟试验。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序， 所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
利用全水压聚能爆破控制技术进行孔内参数设定；
利用全水压聚能爆破控制技术进行全水压聚能爆破降震及节能参数设定；
将优选出的孔内参数、全水压聚能爆破降震及节能参数进行模拟试验。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
本发明提供的全水压聚能爆破降震及节能控制方法，在现场反复试验、测 试基础上，利用相关理论仔细分析技术方案、参数和爆破实际效果之间的关系 和影响，摸清炸药爆后产生的能量在水体中的传播规律，给出隧道工程全水压 聚能爆破控制技术研究成果，指导隧道爆破施工，为全水压聚能爆破技术的发 展和广泛应用提供理论依据。
同时，本发明提供的全水压聚能爆破技术施工工艺操作简单、可行，普通 工人经培训即可掌握技术要领；聚能爆破技术装置现场就可以加工，原材料经 济，来源广；全水压聚能爆破技术比普通控制爆破技术节约炸药能耗10.2％，爆 破震动速度降低55％，爆破后大块率降低30％，爆破后粉尘浓度降低42％。
主要技术效果见表1、2.
表1普通光面爆破效果表
Figure RE-GDA0003159679480000071
注：本表中的抛距是渣堆的抛距；爆破后通风时间指人员进入找顶、排 除危险的时间，循环时间是指钻孔到出渣完毕的作业时间，不包括初期支护 耗时；粉尘浓度的测点为掌子面50米处；爆破振速测定点距离爆破源150m。 数据开始采集时间为爆破后5min以内。
表2四级围岩聚能管内嵌水袋全全水压聚能爆破效果表
Figure RE-GDA0003159679480000072
注：本表中的抛距是渣堆的抛距；爆破后通风时间指人员进入找顶、排 除危险的时间，循环时间是指钻孔到出渣完毕的作业时间，不包括初期支护 耗时；粉尘浓度的测点为掌子面50米处；爆破振速测定点距离爆破源150m。 数据开始采集时间为爆破后5min以内。
本发明的实验效果为：
⑴在炸药单耗、光面爆破效果(半眼存留率％)、三通道矢量合成爆破振速 值cm/s见表1、2.
Figure RE-GDA0003159679480000073
Figure RE-GDA0003159679480000081
表1普通光面爆破效果表
注：本表中的抛距是渣堆的抛距；爆破后通风时间指人员进入找顶、排 除危险的时间，循环时间是指钻孔到出渣完毕的作业时间，不包括初期支护 耗时；粉尘浓度的测点为掌子面50米处；爆破振速测定点距离爆破源150m。 数据开始采集时间为爆破后5min以内。
表2四级围岩聚能管内嵌水袋全全水压聚能爆破效果表
Figure RE-GDA0003159679480000082
注：本表中的抛距是渣堆的抛距；爆破后通风时间指人员进入找顶、排 除危险的时间，循环时间是指钻孔到出渣完毕的作业时间，不包括初期支护 耗时；粉尘浓度的测点为掌子面50米处；爆破振速测定点距离爆破源150m。 数据开始采集时间为爆破后5min以内。
全水压聚能爆破技术比普通控制爆破技术节约炸药能耗10.2％，爆破震动速 度降低55％，爆破后大块率降低30％，爆破后粉尘浓度降低42％。
⑵爆破振动。
普通光面爆破持续时间三通道平均为：0.09s；三通道矢量合成爆破振速值3.890822cm/s。
全水压聚能爆破持续时间三通道平均为：0.20s；三通道矢量合成爆破振速 值1.7498571cm/s。
从监测数据可以看出：采用聚能管内嵌水袋全全水压聚能爆破，频率50Hz～100Hz时，三通道矢量质点振动速度明显降低，孔内爆压做工持续时间明显增长， 这对降低爆破后岩石块体体积，增加破碎率有明显的效果。另外，这对普通钢 筋混凝土结构建筑(主振动频率30Hz～100Hz之间)的保护是有深远意义的， 特别是当隧道施工穿越城镇、或者是在城市施工，要求严格控制爆破质点振动 速度时。
⑶爆破后粉尘浓度与降尘效率，见表3。
表3羊角隧道全水压聚能爆破后粉尘浓度监测表
Figure RE-GDA0003159679480000091
在试验采用聚能管内嵌水袋全全水压聚能爆破参数下，爆破后粉尘浓度为11.0mg/m3，与普通光面爆破相比降低了42.1％，捕尘效率达到42.2％，对隧 道施工作业人员的工作环境是有显著改善的，特别是在职业隧道技术人员、工 人的呼吸系统健康保护是非常大的。当然，还可以减少隧道爆破后通风时间。
⑷其他技术指标
羊角隧道出口采取普通光面爆破掘进时，在正常情况下，从开始打眼到出 碴完毕，平均用时600min。设计掘进炮眼深度3.5m，每循环实际进尺为3.0m， 炮眼利用率仅为85.7％。每一循环实际用药量为163.4kg，实际单位用药量为 0.681kg/m3。爆破的岩石最大块度为73cm，爆堆长28.6m。爆破后粉尘浓度平 均为19mg/m3。
采用聚能管内嵌水袋全全水压聚能爆破近20个循环统计，从打眼开始到出 碴完毕，所占用时间比常规爆破所占用时间略大10min。这是因为聚能管内嵌水 袋装药、注水、密封和回填堵塞炮泥与其他工序平行作业的结合不是很默契。
全水压聚能爆破每循环钻眼深度3.1m，平均进尺3.0m，炮眼利用率达 93.8％；半眼存留率达到95％，全水压聚能爆破每一循环实际用药量为148.05kg， 实际单位用药量为0.618kg/m3，单位耗药量比常规爆破降低了10.2％。全水压 聚能爆破后，岩石块度最大仅为51cm，破碎度提高了；爆堆长仅为20.4m，与 常规爆破相比缩短了30.7％。由爆碴破碎和爆堆短了，所以装碴比常规爆破快。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所 需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述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他的附图。
图1是本发明实施例提供的全水压聚能爆破降震及节能控制方法流程图。
图2是本发明实施例提供的聚能水压爆破聚能管、水袋、起爆体设计图。
图3是本发明实施例提供的聚能水压爆破聚能管、水袋、起爆体、堵塞设 计图。
图4是本发明实施例提供的炮眼布置图。
图5是本发明实施例提供的全水压聚能爆破效果图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例， 对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以 解释本发明，并不用于限定本发明。
2016年8月在《建筑工程技术与设计》CN439000/TU发表《渝黔高铁夜郎 隧道水压爆破研究》，本发明主要考虑上世纪70年代到80年代煤矿水炮泥炮 采技术参数下的改进，主要目的是改进爆破后的粉尘含量，消除爆破产生的火 焰，对瓦斯隧道安全的影响，所以称之为水压爆破。
本发明全水压聚能爆破主要试验解决的问题是降低炸药消耗，降低爆破震 动速度值，降低爆破后的岩石大块率，降低粉尘含量，提高爆破后光面效果， 在隧道穿越煤层瓦斯地段(未使用煤矿许用炸药爆破)避免因爆破产生瓦斯爆 炸事故。主要改进在：⑴.对PVC聚能管内嵌全长粘结型水袋灌水量对爆破效果 的影响完成试验改进设计；⑵.增加PVC聚能管，内嵌全长粘结型水袋灌满水(除 堵塞长度段外)设计；⑶.PVC聚能管内嵌全长粘结型水袋(内安装密闭起爆体) 灌满水与钻孔基本耦合，符合拆除爆破中密闭容器水压爆破理论；⑷.按《爆破 安全规程》(GB6722-2014对浅孔爆破堵塞长度(掏槽眼和辅助眼封堵长度为炸 药长度的30％，周边眼的封堵长度不小于80cm)、材料(炮泥制作采用75％黄土 +15％中砂制成，炮泥的含水率宜为15％—18％)进行改进设计。
本发明的装药结构见图1、2.的全水压聚能爆破模式下，相当于孔内注满水， 总水量也只有3.5L(2.2*3.1415926*0.0452/4)，根据水的热量进行数值模拟 计算：此时，二号岩石乳化炸药爆热4142.2kj/㎏(装药密度在0.9～1.3(g.cm-3) 之间时)，单孔爆轰持续时间大约在200ms，水只起到雾化作用，基本上没有达 到气化这一步,在捕尘试验中也证明了这点。表明：在隧道小孔径掘进全水压聚 能爆破时，用于形成冲击波的能量约占全部炸药能量的48.5％，保留在高压气 团中的能量约占总能量的48.5％，其余3％的能量消耗于热能之中，不会对爆 破药量造成太大的影响。针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种全水压 聚能爆破降震及节能控制方法、系统、终端及介质，下面结合附图对本发明作 详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的全水压聚能爆破降震及节能控制方法包 括以下步骤：
S101，全水压聚能爆破控制技术孔内参数设计；
S102，全水压聚能爆破控制技术参数设计；
S103，将优选出的参数进行现场试验测试。
下面结合实施例对本发明作进一步描述。
一、全水压聚能爆破控制技术孔内参数设计
1、现场实际钻孔直径42mm，成孔46mm，计算时取45mm；
2、聚能管水压爆破，包括PVC管道(外径
Figure RE-GDA0003159679480000111
壁厚3mm，长度随钻眼 装药长度截取，本实验取2.3m)，聚能管切成两片后用软链环一圈固定连接， 每片圆心角为162°，详见图2；
3、外径
Figure RE-GDA0003159679480000112
0.25mm厚的聚乙烯薄膜水袋(长度比聚能管长10cm)国 定粘贴在切成两片，每片圆心角为162°，
Figure RE-GDA0003159679480000113
聚能管内表面，长度2.4m；
4、起爆体与炸药装在外径
Figure RE-GDA0003159679480000121
0.25mm厚的聚乙烯薄膜袋内、采用导爆 管引出，密封装在聚能管内粘贴的外径
Figure RE-GDA0003159679480000122
0.25mm厚的聚乙烯薄膜水袋内， 详见图3；
5、聚能管的外侧设有聚能穴，聚能穴的剖面为扇形结构；扇形结构的圆心 角的角度为18°；
6、聚能管及外径
Figure RE-GDA0003159679480000123
0.25mm厚的聚乙烯薄膜水袋内起爆体安装好后， 整体送进周边炮孔中，聚能穴尽量与周边炮孔的环向连线方向对准，用低压水 枪给聚能管内贴外径
Figure RE-GDA0003159679480000124
0.25mm厚的聚乙烯薄膜水袋注水，注满后，用胶 带密封；
7、除周边炮孔外，其余炮孔施工工艺一样，只是炸药直径采用
Figure RE-GDA0003159679480000125
药卷；
具体爆破顺序为，钻孔-清孔-聚能管炸药防水存放腔安设起爆体(周边眼 装直径
Figure RE-GDA0003159679480000126
炸药，其余炮孔装
Figure RE-GDA0003159679480000127
药卷)并引出起爆线-聚能管带炸药起 爆体安装进炮孔-聚乙烯薄膜水袋注满水-密封-封堵炮泥-联线-起爆。
二、全水压聚能爆破控制技术参数
羊角隧道位于贵州省桐梓县，隧道总体岩性为奥陶系下统湄潭组(O1m)地 层，该段岩性主要为灰褐色石灰岩、钙质页岩为主，薄～中厚层。隧道穿越IV 级围岩段，D1K115+744～780段，共12个循环断面的掌子面岩性情况：灰岩，层 厚0.17m～0.42m，可钻性好(钻速10cm/min)，钻孔岩粉末流出清晰，局部充填 泥岩等破碎岩硝。
1、利用现有的数值软件LS-DYNA，对不同条件下的全水压聚能爆破参数控 制技术参数(主要是装药结构、不耦合系数、水压爆破介质水体设置、聚能设 置)进行试算与试验，优选出炮眼布置及装药量设计：
(1)围岩岩性：砂岩灰岩～砂岩泥岩复层，根据现场取样围岩天然饱和抗 压强度试验值，得围岩普氏系数为f≈4～8之间变化，洞内Ks值在0.5～0.7Kg/m3之间。
(2)爆破应力F：σp·E·L≤F≤σc·d·L；
E＜σc/σp≤K1·d(注：K1＝σp/σc≈10-18)
σp…围岩的抗拉强度Mpa
σc…围岩的抗压强度Mpa
E…周边眼间距m
L…炮眼深度m
d…炮眼直径m
(3)孔径、炸药品种：2#岩石乳化炸药、周边孔(水压聚能爆破实验)炸 药直径采用25mm的逍遥卷，周边孔不耦合系数K1＝45÷25＝1.8，起爆网络采用 导爆管起爆，进尺L＝3.0m，周边孔装药线密度q1≈(0.15～0.35)之间，普氏系 数f＝4时，取0.15Kg/m3，普氏系数f＝8时，取0.3Kg/m3；
(4)E与W取值：不耦合系数K1＝d/d1≈1.5-2.5，(建议周边孔(水压聚 能爆破实验)炸药直径采用25mm的逍遥卷，钻孔直径42mm，成孔直径46mm(计 算时候取45mm)。
E＝K1·d K1由F值确定软弱围岩取较小值
W＝E/K 硬质围岩取较大值
E＝11·d＝45cm，(普氏系数f＝4时)，W＝0.45/0.8＝0.55，
E＝15·d＝65cm，(普氏系数f＝8时)，W＝0.65/0.8＝0.80
周边孔线装药密度取0.15-0.35。
2、85m2断面软岩单耗，根据Ks值，得：
(1)q水压爆破试验＝0.62kg/m3，(普氏系数f＝4时)，周边眼线装药密 度：
QL＝q·a·w＝0.62*0.45*0.55＝0.153Kg/m，实际取0.15Kg/m；
a…为周边眼炮眼间距a＝E
周边装药：
Q＝L·QL＝3*0.15＝0.45kg，实际取0.45Kg；
q水压爆破试验＝0.64kg/m3，(普氏系数f＝8时)，周边眼线装药密度：
QL＝q·a·w＝0.64*0.55*0.75＝0.26Kg/；，实际取0.45Kg；
周边装药：
Q＝L·QL＝3*0.25＝0.75kg，实际取0.75Kg。
(2)q普通光面爆破试验＝0.68kg/m3，(普氏系数f＝4时)，周边眼线装 药密度：
QL＝q·a·w＝0.68*0.45*0.55＝0.168＝0.17Kg/m；
a…为周边眼炮眼间距a＝E；
周边装药：
Q＝L·QL＝3*0.17＝0.51kg，实际取0.5Kg。
3、断面炮眼设计
Figure RE-GDA0003159679480000141
实际布置炮孔为138个：周边孔51个，光爆层炮孔34个，辅助孔33个， 掏槽孔20个，底眼14个，炮眼布置图见图4。
三、将优选出的参数进行现场试验测试，并在实验测试收集相应的数据， 分析对比不同参数设计下的全水压聚能控制爆破技术相对于传统爆破技术在控 制超挖、降低爆尘、炮烟、降低炸药消耗、提高炮眼利用和施工效率等方面差 异。
1、普通光面爆破参数设计、试验、效果测定。
表1羊角隧道出口D1K115+744，四级围岩普通光面爆破设计参数表
Figure RE-GDA0003159679480000142
Figure RE-GDA0003159679480000151
表2普通光面爆破效果表
Figure RE-GDA0003159679480000152
注：本表中的抛距是渣堆的抛距；爆破后通风时间指人员进入找顶、排除 危险的时间，循环时间是指钻孔到出渣完毕的作业时间，不包括初期支护耗时； 粉尘浓度的测点为掌子面50米处；爆破振速测定点距离爆破源150m。数据开始 采集时间为爆破后5min以内。
2、四级围岩全水压聚能控制爆破参数设计、试验、效果测定。
表3羊角隧道出口D1K115+777～D1K115+802(共计10个循环)，四级围岩全 水压聚能控制爆破设计参数表
Figure RE-GDA0003159679480000153
Figure RE-GDA0003159679480000161
表4四级围岩聚能管内嵌水袋全水压聚能爆破效果表
Figure RE-GDA0003159679480000162
注：本表中的抛距是渣堆的抛距；爆破后通风时间指人员进入找顶、排除 危险的时间，循环时间是指钻孔到出渣完毕的作业时间，不包括初期支护耗时； 粉尘浓度的测点为掌子面50米处；爆破振速测定点距离爆破源150m。数据开始 采集时间为爆破后5min以内。
四、全水压聚能爆破主要技术成果、指标对比
1、爆破振动
(1)羊角隧道出口D1K115+744，四级围岩普通光面爆破普通光面爆破振动 测试(见表5)。
测试单位：重庆大学
测试地点：羊角隧道出口地表基岩表面
表5羊角隧道出口D1K115+744，四级围岩普通光面爆破普通光面爆破振动 测试
Figure RE-GDA0003159679480000163
Figure RE-GDA0003159679480000171
质点振动速度在频率50Hz～100Hz时，三通道质点振动速度为：
Vx：3.165cm/s，Vy：2.274cm/s，Vz：2.480cm/s；
持续时间三通道平均为：0.09s；三通道矢量合成爆破振速值3.890822cm/s。
(2)羊角隧道D1K115+777～D1K115+802(共计十个循环)，全水压聚能控制 爆破(见表6)
测试单位：重庆大学
测试地点：羊角隧道出口地表基岩表面
表6羊角隧道D1K115+777～D1K115+802(共计十个循环)，全水压聚能控制爆破
Figure RE-GDA0003159679480000172
质点振动速度在频率50Hz～100Hz时，三通道质点振动速度为：
Vx：1.011cm/s，Vy：1.436cm/s，Vz：0.812cm/s；
持续时间三通道平均为：0.20s；三通道矢量合成爆破振速值 1.7498571cm/s。
从监测数据可以看出：采用聚能管内嵌水袋全水压聚能爆破，频率 50Hz～100Hz时，三通道矢量质点振动速度明显降低，孔内爆压做工持续时间明 显增长，这对降低爆破后岩石块体体积，增加破碎率有明显的效果。另外，这 对普通钢筋混凝土结构建筑(主振动频率30Hz～100Hz之间)的保护是有深远意 义的，特别是当隧道施工穿越城镇、或者是在城市施工，要求严格控制爆破质 点振动速度时。
2、爆破后粉尘浓度与降尘效率
测试单位：重庆大学
监测者：陆春昌
仪器型号与名称：FCC-3000G型防爆个体粉尘采样器
表7羊角隧道全水压聚能爆破后粉尘浓度监测表
Figure RE-GDA0003159679480000181
在试验采用聚能管内嵌水袋全水压聚能爆破参数下，爆破后粉尘浓度为 11.0mg/m3，与普通光面爆破相比降低了42.1％，捕尘效率达到42.2％，对隧道施 工作业人员的工作环境是有显著改善的，特别是在职业隧道技术人员、工人的 呼吸系统健康保护是非常大的。当然，还可以减少隧道爆破后通风时间。
3、其他技术指标，炸药消耗量
羊角隧道出口采取普通光面爆破掘进时，在正常情况下，从开始打眼到出 碴完毕，平均用时600min。设计掘进炮眼深度3.5m，每循环实际进尺为3.0m， 炮眼利用率仅为85.7％。每一循环实际用药量为163.4kg，实际单位用药量为 0.681kg/m3。爆破的岩石最大块度为73cm，爆堆长28.6m。爆破后粉尘浓度平均 为19mg/m3。
采用聚能管内嵌水袋全水压聚能爆破近20个循环统计，从打眼开始到出碴 完毕，所占用时间比常规爆破所占用时间略大10min。这是因为聚能管内嵌水袋 装药、注水、密封和回填堵塞炮泥与其他工序平行作业的结合不是很默契。
全水压聚能爆破每循环钻眼深度3.1m，平均进尺3.0m，炮眼利用率达93.8％； 半眼存留率达到95％，爆破半眼村留率现场详见图5。
全水压聚能爆破每一循环实际用药量为148.05kg，实际单位用药量为 0.618kg/m3，单位耗药量比常规爆破降低了10.2％。水压聚能爆破后，岩石块度 最大仅为51cm，破碎度提高了；爆堆长仅为20.4m，与常规爆破相比缩短了30.7％。 由爆碴破碎和爆堆短了，所以装碴比常规爆破快。
证明部分(具体实施例/实验/仿真/药理学分析/能够证明本发明创造性的 正面实验数据等)
四级围岩全水压聚能控制爆破参数设计、试验、效果测定。
表2.11羊角隧道出口D1K115+777～D1K115+802，四级围岩全水压聚能控 制爆破设计参数表
Figure RE-GDA0003159679480000191
Figure RE-GDA0003159679480000201
表2.12四级围岩聚能管内嵌水袋全全水压聚能爆破效果表
Figure RE-GDA0003159679480000202
注：本表中的抛距是渣堆的抛距；爆破后通风时间指人员进入找顶、排 除危险的时间，循环时间是指钻孔到出渣完毕的作业时间，不包括初期支护 耗时；粉尘浓度的测点为掌子面50米处；爆破振速测定点距离爆破源150m。 数据开始采集时间为爆破后5min以内。
本发明的爆破振动测试表格如下：
Figure RE-GDA0003159679480000203
质点振动速度在频率50Hz～100Hz时，三通道质点振动速度为：
Vx：1.011cm/s Vy：1.436cm/s Vz： 0.812cm/s
持续时间三通道平均为：0.20s；三通道矢量合成爆破振速值 1.7498571cm/s。
本发明的爆破后粉尘浓度与降尘效率监测表为：
表2.15羊角隧道全水压聚能爆破后粉尘浓度监测表
Figure RE-GDA0003159679480000204
Figure RE-GDA0003159679480000211
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组 合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程 序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指 令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可 以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算 机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向 另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、 计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或 无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数 据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可 用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设 备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如， DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。
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，凡在本发明 的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的 保护范围之内。

Claims (10)

1.一种全水压聚能爆破降震及节能控制方法，其特征在于，所述全水压聚能爆破降震及节能控制方法包括：
利用全水压聚能爆破控制技术进行孔内参数设定；
利用全水压聚能爆破控制技术进行全水压聚能爆破降震及节能参数设定；
将优选出的孔内参数、全水压聚能爆破降震及节能参数进行模拟试验。
2.如权利要求1所述的全水压聚能爆破降震及节能控制方法，其特征在于，所述利用全水压聚能爆破控制技术进行孔内参数设定，包括：
(1)现场实际钻孔直径42mm，成孔46mm，计算时取45mm；
(2)聚能管水压爆破，包括PVC管道，聚能管切成两片后用软链环一圈固定连接，每片圆心角为162°；所述PVC管道外径
Figure FDA0002838320500000011
壁厚3mm，长度随钻眼装药长度截取；
(3)外径
Figure FDA0002838320500000012
0.25mm厚的聚乙烯薄膜水袋，长度比聚能管长10cm，固定粘贴在切成两片，每片圆心角为162°，外径
Figure FDA0002838320500000013
PVC聚能管内表面，长度2.4m；
(4)起爆体与炸药装在外径
Figure FDA0002838320500000014
0.25mm厚的聚乙烯薄膜袋内，采用导爆管引出，密封装在聚能管内粘贴的外径
Figure FDA0002838320500000015
0.25mm厚的聚乙烯薄膜水袋内；
(5)聚能管的外侧设有聚能穴，聚能穴的剖面为扇形结构；扇形结构的圆心角的角度为18°；
(6)聚能管及外径
Figure FDA0002838320500000016
0.25mm厚的聚乙烯薄膜水袋内的起爆体安装好后，整体送进周边炮孔中，聚能穴尽量与周边炮孔的环向连线方向对准，用低压水枪给聚能管内贴外径
Figure FDA0002838320500000017
0.25mm厚的聚乙烯薄膜水袋注水，注满后，用胶带密封；
(7)除周边炮孔外，其余炮孔施工工艺相同，炸药直径采用
Figure FDA0002838320500000021
药卷。
3.如权利要求2所述的全水压聚能爆破降震及节能控制方法，其特征在于，所述爆破顺序为：
钻孔、清孔、聚能管炸药防水存放腔安设起爆体，周边眼装直径
Figure FDA0002838320500000022
炸药，其余炮孔装
Figure FDA0002838320500000023
药卷；引出起爆线-聚能管带炸药起爆体安装进炮孔-聚乙烯薄膜水袋注满水、胶带密封、封堵炮泥、联线、起爆。
4.如权利要求1所述的全水压聚能爆破降震及节能控制方法，其特征在于，所述利用全水压聚能爆破控制技术进行全水压聚能爆破降震及节能参数设定，包括：
(1)利用现有的数值软件，对不同条件下的全水压聚能爆破参数控制技术参数进行试算与试验，优选出炮眼布置及装药量设计；所述全水压聚能爆破参数控制技术参数包括装药结构、不耦合系数、水压爆破介质水体设置、聚能设置；
(2)针对85m2断面Ⅳ级软岩单耗，根据Ks值，计算得到不同q水压爆破试验数值对应的周边眼线装药密度和周边装药量；
(3)断面炮眼设计。
5.如权利要求4所述的全水压聚能爆破降震及节能控制方法，其特征在于，步骤(1)中，所述利用现有的数值软件，对不同条件下的全水压聚能爆破参数控制技术参数进行试算与试验，优选出炮眼布置及装药量设计，包括：
1)围岩岩性：砂岩灰岩～砂岩泥岩复层，根据现场取样围岩天然饱和抗压强度试验值，得围岩普氏系数为f≈4～8之间变化，洞内Ks值在0.5～0.7Kg/m3之间；
2)爆破应力F为：
σp·E·L≤F≤σc·d·L；
其中，E＜σc/σp≤K1·d，K1＝σc/σp≈10-18；σp表示围岩的抗拉强度，单位Mpa；σc表示围岩的抗压强度，单位Mpa；E表示周边眼间距，单位m；L表示炮眼深度，单位m；d表示炮眼直径，单位m；
3)孔径、炸药品种：2#岩石乳化炸药、周边孔炸药直径采用25mm的逍遥卷，周边孔不耦合系数K1＝45÷25＝1.8，起爆网络采用导爆管起爆，进尺L＝3.0m，周边孔装药线密度ql≈(0.15～0.35)之间，普氏系数f＝4时，取0.15Kg/m3，普氏系数f＝8时，取0.3Kg/m3，其余采用内插法；
4)E与W取值：不耦合系数K1＝d/d1≈1.5-2.5，炸药直径采用25mm的逍遥卷，钻孔直径42mm，成孔直径46mm，计算时候取45mm；
E＝K1·d；K1由F值确定软弱围岩取较小值；
W＝E/K；硬质围岩取较大值；
E＝11·d＝45cm；普氏系数f＝4时，W＝0.45/0.8＝0.55；
E＝15·d＝65cm；普氏系数f＝8时，W＝0.65/0.8＝0.80；
周边孔线装药密度取0.15-0.35。
6.如权利要求4所述的全水压聚能爆破降震及节能控制方法，其特征在于步骤(2)中，所述针对85m2断面Ⅳ级软岩单耗，根据Ks值，计算得到不同q水压爆破试验数值对应的周边眼线装药密度和周边装药量，包括：
针对85m2断面Ⅳ级软岩单耗，根据Ks值，得：
1)q水压爆破试验＝0.62kg/m3，普氏系数f＝4时，周边眼线装药密度：
QL＝q·a·w＝0.62*0.45*0.55＝0.153Kg/m，取0.15Kg/m；
其中，a表示周边眼炮眼间距，a＝E；
周边装药：
Q＝L·QL＝3*0.15＝0.45kg，实际取0.45Kg；
q水压爆破试验＝0.64kg/m3，普氏系数f＝8时，周边眼线装药密度：
QL＝q·a·w＝0.64*0.55*0.75＝0.264Kg/m，实际取0.25Kg；；
周边装药：
Q＝L·QL＝3*0.25＝0.75kg，实际取0.75Kg；
2)q普通光面爆破试验＝0.68kg/m3，普氏系数f＝4时，周边眼线装药密度：
QL＝q·a·w＝0.68*0.45*0.55＝0.168＝0.17Kg/m；
其中，a表示周边眼炮眼间距，a＝E；
周边装药：
Q＝L·QL＝3*0.17＝0.51Kg/m，实际取0.5Kg/m。
7.如权利要求5所述的全水压聚能爆破降震及节能控制方法，其特征在于，步骤(3)中，所述断面炮眼设计方法为：
Figure FDA0002838320500000041
个计算炮孔。
8.一种用于全水压聚能爆破降震及节能控制仿真模拟的信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端搭载有数值软件，执行权利要求1～7任意一项全水压聚能爆破降震及节能控制方法，并对不同条件下的全水压聚能爆破参数控制技术参数进行试算与试验，优选出炮眼布置及装药量。
9.一种全水压聚能爆破降震及节能控制系统，其特征在于，搭载在权利要求8所述信息数据处理终端上，所述全水压聚能爆破降震及节能控制系统包括：
孔内参数设定模块，利用全水压聚能爆破控制技术进行孔内参数设定；
全水压聚能爆破降震及节能参数设定模块，利用全水压聚能爆破控制技术进行全水压聚能爆破降震及节能参数设定；
模拟仿真试验模块，将优选出的孔内参数、全水压聚能爆破降震及节能参数进行模拟试验。
10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
利用全水压聚能爆破控制技术进行孔内参数设定；
利用全水压聚能爆破控制技术进行全水压聚能爆破降震及节能参数设定；
将优选出的孔内参数、全水压聚能爆破降震及节能参数进行模拟试验。
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