CN114234747A - 一种基于钻杆钻进速度设计光面爆破炮孔参数设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于钻杆钻进速度设计光面爆破炮孔参数设计方法，涉及隧道施工光面爆破技术领域。该基于钻杆钻进速度设计光面爆破炮孔参数设计方法，包括以下步骤：S1.先由技术人员实时实地记录现场数据，在一个循环内统计钻进速度与所对应的围岩坚固性系数的一组数据，一组内包括20余个钻孔数据与3个岩石单轴抗压强度数据，然后对所得的数据进行回归分析，得出钻进速度与围岩坚固性系数关系曲线。通过引入围岩坚固性系数为媒介，研究出根据钻杆钻进速度设计光面爆破炮孔参数的适用于施工现场的新方法，并给出了钻进速度与周边眼间距、光爆层厚度的关系表，有力于工程队进行快速施工。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工光面爆破技术领域，具体为一种基于钻杆钻进速度设计光面爆破炮孔参数设计方法。
背景技术
光面爆破技术约在1950年发源于瑞典，1952年在加拿大首次应用，因光面爆破对围岩损伤小，可减少应力集中区，最大限度地保持了围岩自身承载能力，减小了掘进超挖数量和出碴工作量，所以在隧道工程、矿业工程中广泛应用。
目前，已经有很多先前研究人员将普氏系数、节理裂隙发育情况、炮孔直径、掘进面积等8个指标设置为影响因素，使用BP神经网络技术对参数进行预测和优选，并用C#语言开发了巷道光面爆破智能设计系统，并且从爆破原理、断裂力学原理、经验方法的角度，计算出合理的周边眼间距，并进一步试验了不同周边眼间距情况下光面爆破效果，验证了计算方法的合理性，并且基于Hoek－Brown的岩体强度经验方程推导了岩体边坡光面爆破钻孔的孔间距、钻孔装药不耦合系数和钻孔线装药密度等计算公式。
但是，广大学者在光面爆破炮孔参数的长期研究中，尚未提出一种适用于施工现场的、简单便捷的炮孔参数设计方法，以满足爆破现场快速施工的要求，还需要很大的改进。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于钻杆钻进速度设计光面爆破炮孔参数设计方法，解决了广大学者在光面爆破炮孔参数的长期研究中，尚未提出一种适用于施工现场的、简单便捷的炮孔参数设计方法，以满足爆破现场快速施工的要求问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于钻杆钻进速度设计光面爆破炮孔参数设计方法，包括以下步骤：
S1.先由技术人员实时实地记录现场数据，在一个循环内统计钻进速度与所对应的围岩坚固性系数的一组数据，一组内包括20余个钻孔数据与3个岩石单轴抗压强度数据，然后对所得的数据进行回归分析，得出钻进速度与围岩坚固性系数关系曲线。
S2.然后根据步骤S1中的数据和关系曲线进行坚固性系数与炮孔参数的计算。
S3.然后建立钻进速度与炮孔参数关系，通过引入坚固性系数为中间媒介，通过数据回归分析与公式理论推导两部分将钻进速度与光面爆破周边眼间距及光爆层厚度建立关系。
S4.然后对爆破方案进行改进，通过分析研究及现场试验，对隧道上台阶开挖爆破进行光面爆破炮孔参数设计，拱顶周边眼装药量共3.5卷、边墙周边眼装药量共4卷，装药结构如图3、图4所示。
S5.爆破后，测量队使用Trimble SX10三维扫描仪对更改爆破方案后的连续4个循环开挖轮廓断面进行精准扫描，得出各截面的超欠挖数据。
优选的，所述步骤S1中的累计统计钻进时间为6294.5min，累计统计钻进距离为1545.2m，所统计得出的22组数据如下表1：
表1坚固性系数与钻进速度对应表
对上述22组数据通过进行回归分析，得出钻进速度与围岩坚固性系数关系曲线，如图1所示，钻进速度与围岩坚固性系数关系式为：
f＝-91.63v+34.12。
优选的，所述步骤S2中单位炸药消耗量q[10]为：
式中：k0为炸药爆力校正系数，k0＝525/p，p为炸药爆力；
S为断面面积；
周边眼线装药密度qL为：
qL＝0.33ekW2
式中：e为炸药换算系数，e＝320/p，p为炸药爆力；
k为爆出标准漏斗时的单位体积耗药量，单位kg/m3；
W为光爆层厚度，单位m
经换算可得0.8ηqLS＝qLNL；
即
式中：0.8为光面爆破与普通爆破装药量差异调整系数，根据实践经验所得。
L为循环进尺，m；
η为炮眼利用率，取0.85；
N为断面炮孔数目；
因此
优选的，所述步骤S3中将上述两个公式f＝-91.63v+34.12和
联立即可得到钻进速度与光爆层厚度的关系式：
优选的，所述步骤S3中以鹁塘沟隧道为依托给出钻杆钻进速度与周边眼间距及光爆层厚度关系表，鹁塘沟隧道上台阶开挖断面面积为98m2，炮孔个数为166个，爆出标准漏斗时的单位体积耗药量k根据文献11计算为1.71kg/m3，关系表如下表2：
表2鹁塘沟隧道钻杆钻进速度与周边眼间距及光爆层厚度关系表
优选的，所述步骤S4中的分析研究和现场试验基于对鹁隧道上台阶开挖爆破进行光面爆破炮孔参数设计，通过统计气腿凿岩机钻进速度为0.287m/min，根据表2确定周边眼间距为50cm、光爆层厚度为60cm，炮眼密集系数为0.83，周边炮眼装药结构为间隔装药，使用导爆索进行多点起爆，在装药前，先将炸药按照设计药量与间距绑在竹皮上，连好导爆索后将捆绑好炸药的竹皮插入炮孔中，最后利用炮泥将孔口封堵。
优选的，所述步骤S4中的分析研究和现场试验中爆破所用炸药为2号岩石乳化炸药，规格为300g/卷，药卷直径为32mm。
优选的，所述步骤S5中根据各截面的超欠挖数据，最终得出变更光面爆破效益表，如下表3：
表4变更光面爆破效益表
(三)有益效果
本发明提供了一种基于钻杆钻进速度设计光面爆破炮孔参数设计方法。
具备以下有益效果：
1、本发明提供了一种基于钻杆钻进速度设计光面爆破炮孔参数设计方法，使隧道的平均超挖距离由33.82cm减小至6.49cm，同比减小80.81％；平均超挖面积由8.086m2减小至0.751m2，同比减小90.71％，光面爆破炮眼痕迹率可达90％以上，大大减少直接施工成本，并且开挖轮廓线平整圆顺，减少了应力集中区与对围岩的损伤，保证了隧道结构和工人的安全。
2、本发明提供了一种基于钻杆钻进速度设计光面爆破炮孔参数设计方法，通过引入围岩坚固性系数为媒介，研究出根据钻杆钻进速度设计光面爆破炮孔参数的适用于施工现场的新方法，并给出了钻进速度与周边眼间距、光爆层厚度的关系表，有力于工程队进行快速施工。
3、本发明提供了一种基于钻杆钻进速度设计光面爆破炮孔参数设计方法，该方法设计出的周边眼间距为50cm、光爆层厚度为60cm，并能取得良好的爆破效果，使平均超挖距离由33.82cm减小至6.49cm，炮眼痕迹率达到90％以上，有效减少施工的成本。
4、本发明提供了一种基于钻杆钻进速度设计光面爆破炮孔参数设计方法，该方法提供的光面爆破炮孔参数能够很好的适用于斑状花岗岩Ⅲ、Ⅳ级围岩等地段，能够在该类型的地段中起到较好的爆破效果。
附图说明
图1为本发明的钻杆钻进速度与围岩坚固性系数拟合关系曲线图；
图2为本发明的优化光面爆破炮眼布置图；
图3为本发明的拱顶周边炮眼装药结构示意图；
图4为本发明的边墙周边炮眼装药结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。
实施例：
如图1-4所示，本发明实施例提供一种基于钻杆钻进速度设计光面爆破炮孔参数设计方法，包括以下步骤：
S1.先由技术人员实时实地记录现场数据，在一个循环内统计钻进速度与所对应的围岩坚固性系数的一组数据，一组内包括20余个钻孔数据与3个岩石单轴抗压强度数据，然后对所得的数据进行回归分析，得出钻进速度与围岩坚固性系数关系曲线。
S2.然后根据步骤S1中的数据和关系曲线进行坚固性系数与炮孔参数的计算。
S3.然后建立钻进速度与炮孔参数关系，通过引入坚固性系数为中间媒介，通过数据回归分析与公式理论推导两部分将钻进速度与光面爆破周边眼间距及光爆层厚度建立关系。
S4.然后对爆破方案进行改进，通过分析研究及现场试验，对隧道上台阶开挖爆破进行光面爆破炮孔参数设计，拱顶周边眼装药量共3.5卷、边墙周边眼装药量共4卷，装药结构如图3、图4所示。
S5.爆破后，测量队使用Trimble SX10三维扫描仪对更改爆破方案后的连续4个循环开挖轮廓断面进行精准扫描，得出各截面的超欠挖数据。
步骤S1中的累计统计钻进时间为6294.5min，累计统计钻进距离为1545.2m，所统计得出的22组数据如下表1：
表1坚固性系数与钻进速度对应表
对上述22组数据通过进行回归分析，得出钻进速度与围岩坚固性系数关系曲线，如图1所示，钻进速度与围岩坚固性系数关系式为：
f＝-91.63v+34.12。
步骤S2中单位炸药消耗量q[10]为：
式中：k0为炸药爆力校正系数，k0＝525/p，p为炸药爆力；
S为断面面积；
周边眼线装药密度qL为：
qL＝0.33ekW2
式中：e为炸药换算系数，e＝320/p，p为炸药爆力；
k为爆出标准漏斗时的单位体积耗药量，单位kg/m3；
W为光爆层厚度，单位m
经换算可得0.8ηqLS＝qLNL；
即
式中：0.8为光面爆破与普通爆破装药量差异调整系数，根据实践经验所得。
L为循环进尺，m；
η为炮眼利用率，取0.85；
N为断面炮孔数目；
因此
将上述两个公式f＝-91.63v+34.12和
联立即可得到钻进速度与光爆层厚度的关系式：
步骤S3中以鹁塘沟隧道为依托给出钻杆钻进速度与周边眼间距及光爆层厚度关系表，鹁塘沟隧道上台阶开挖断面面积为98m2，炮孔个数为166个，爆出标准漏斗时的单位体积耗药量k根据文献11计算为1.71kg/m3，关系表如下表2：
表2鹁塘沟隧道钻杆钻进速度与周边眼间距及光爆层厚度关系表
步骤S4中的分析研究和现场试验基于对鹁隧道上台阶开挖爆破进行光面爆破炮孔参数设计，通过统计气腿凿岩机钻进速度为0.287m/min，根据表2确定周边眼间距为50cm、光爆层厚度为60cm，炮眼密集系数为0.83，周边炮眼装药结构为间隔装药，使用导爆索进行多点起爆，在装药前，先将炸药按照设计药量与间距绑在竹皮上，连好导爆索后将捆绑好炸药的竹皮插入炮孔中，最后利用炮泥将孔口封堵。
步骤S5中根据各截面的超欠挖数据，最终得出变更光面爆破效益表，如下表3：
表4变更光面爆破效益表
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种基于钻杆钻进速度设计光面爆破炮孔参数设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.先由技术人员实时实地记录现场数据，在一个循环内统计钻进速度与所对应的围岩坚固性系数的一组数据，一组内包括20余个钻孔数据与3个岩石单轴抗压强度数据，然后对所得的数据进行回归分析，得出钻进速度与围岩坚固性系数关系曲线。
S2.然后根据步骤S1中的数据和关系曲线进行坚固性系数与炮孔参数的计算。
S3.然后建立钻进速度与炮孔参数关系，通过引入坚固性系数为中间媒介，通过数据回归分析与公式理论推导两部分将钻进速度与光面爆破周边眼间距及光爆层厚度建立关系。
S4.然后对爆破方案进行改进，通过分析研究及现场试验，对隧道上台阶开挖爆破进行光面爆破炮孔参数设计，拱顶周边眼装药量共3.5卷、边墙周边眼装药量共4卷，装药结构如图3、图4所示。
S5.爆破后，测量队使用Trimble SX10三维扫描仪对更改爆破方案后的连续4个循环开挖轮廓断面进行精准扫描，得出各截面的超欠挖数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于钻杆钻进速度设计光面爆破炮孔参数设计方法，其特征在于：所述步骤S1中的累计统计钻进时间为6294.5min，累计统计钻进距离为1545.2m，所统计得出的22组数据如下表1：
表1坚固性系数与钻进速度对应表
对上述22组数据通过进行回归分析，得出钻进速度与围岩坚固性系数关系曲线，如图1所示，钻进速度与围岩坚固性系数关系式为：
f＝-91.63v+34.12。
3.根据权利要求1所述的一种基于钻杆钻进速度设计光面爆破炮孔参数设计方法，其特征在于：所述步骤S2中单位炸药消耗量q[10]为：
式中：k0为炸药爆力校正系数，k0＝525/p，p为炸药爆力；
S为断面面积；
周边眼线装药密度qL为：
qL＝0.33ekW2
式中：e为炸药换算系数，e＝320/p，p为炸药爆力；
k为爆出标准漏斗时的单位体积耗药量，单位kg/m3；
W为光爆层厚度，单位m
经换算可得0.8ηqLS＝qLNL；
即
式中：0.8为光面爆破与普通爆破装药量差异调整系数，根据实践经验所得。
L为循环进尺，m；
η为炮眼利用率，取0.85；
N为断面炮孔数目；
因此
4.根据权利要求1所述的一种基于钻杆钻进速度设计光面爆破炮孔参数设计方法，其特征在于：所述步骤S3中将上述两个公式f＝-91.63v+34.12和
联立即可得到钻进速度与光爆层厚度的关系式：
5.根据权利要求1所述的一种基于钻杆钻进速度设计光面爆破炮孔参数设计方法，其特征在于：所述步骤S3中以鹁塘沟隧道为依托给出钻杆钻进速度与周边眼间距及光爆层厚度关系表，鹁塘沟隧道上台阶开挖断面面积为98m2，炮孔个数为166个，爆出标准漏斗时的单位体积耗药量k根据文献11计算为1.71kg/m3，关系表如下表2：
表2鹁塘沟隧道钻杆钻进速度与周边眼间距及光爆层厚度关系表
6.根据权利要求1所述的一种基于钻杆钻进速度设计光面爆破炮孔参数设计方法，其特征在于：所述步骤S4中的分析研究和现场试验基于对鹁隧道上台阶开挖爆破进行光面爆破炮孔参数设计，通过统计气腿凿岩机钻进速度为0.287m/min，根据表2确定周边眼间距为50cm、光爆层厚度为60cm，炮眼密集系数为0.83，周边炮眼装药结构为间隔装药，使用导爆索进行多点起爆，在装药前，先将炸药按照设计药量与间距绑在竹皮上，连好导爆索后将捆绑好炸药的竹皮插入炮孔中，最后利用炮泥将孔口封堵。
7.根据权利要求1所述的一种基于钻杆钻进速度设计光面爆破炮孔参数设计方法，其特征在于：所述步骤S4中的分析研究和现场试验中爆破所用炸药为2号岩石乳化炸药，规格为300g/卷，药卷直径为32mm。
8.根据权利要求1所述的一种基于钻杆钻进速度设计光面爆破炮孔参数设计方法，其特征在于：所述步骤S5中根据各截面的超欠挖数据，最终得出变更光面爆破效益表，如下表3：
表4变更光面爆破效益表
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 100000 zhoujiajing, Guanzhuang, Chaoyang District, Beijing Applicant after: CHINA FIRST HIGHWAY ENGINEERING Co.,Ltd. Applicant after: CCCC Central South Engineering Bureau Co.,Ltd. Applicant after: CHINA COMMUNICATIONS CONSTRUCTION JIJIAO EXPRESSWAY INVESTMENT DEVELOPMENT Co.,Ltd. Applicant after: Beijing Jiaotong University Address before: 100000 zhoujiajing, Guanzhuang, Chaoyang District, Beijing Applicant before: CHINA FIRST HIGHWAY ENGINEERING Co.,Ltd. Applicant before: BRIDGE & TUNNEL ENGINEERING CO., LTD. OF CCCC FIRST HIGHWAY ENGINEERING Co.,Ltd. Applicant before: CHINA COMMUNICATIONS CONSTRUCTION JIJIAO EXPRESSWAY INVESTMENT DEVELOPMENT Co.,Ltd. Applicant before: Beijing Jiaotong University |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220325 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |