CN114320294A - 硬岩隧道二氧化碳致裂器掏槽结构及爆破方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开硬岩隧道二氧化碳致裂器掏槽结构及爆破方法，硬岩隧道二氧化碳致裂器掏槽结构包括中心致裂孔、空孔、第一圈炮孔和第二圈炮孔，硬岩隧道二氧化碳致裂器掏槽爆破方法包括以下步骤：安装二氧化碳致裂器，先同时起爆中心致裂孔内的二氧化碳致裂器与第一掏槽致裂孔内的致裂器，再起爆第二掏槽致裂孔内的二氧化碳致裂器。本发明，中心致裂孔内的二氧化碳致裂器与第一掏槽致裂孔内的二氧化碳致裂器同时起爆，在内外多向共同爆破作用下，岩石受到充分的挤压破碎，岩石破碎效果比中心孔单纯为空孔的更好；三角形布置致裂孔使岩石更易受剪切破坏，当爆破应力波到达自由面时会反射成拉伸波，岩石在剪切力和拉伸力的共同作用下发生破碎并抛出。
Description
技术领域
本发明涉及二氧化碳致裂器掏槽技术领域。具体地说是硬岩隧道二氧化碳致裂器掏槽结构及爆破方法。
背景技术
近年来，非炸药破岩技术在国内外受到广泛重视，形成了多种新型破岩技术，二氧化碳爆破技术是一种高压气体爆破技术；在利用二氧化碳致裂器进行隧道掏槽作业时，如何合理的布置炮孔，实现二氧化碳致裂器能量利用的最大化，并提高爆破效果是亟须解决的问题。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种炮孔布置合理、提高爆破效果的硬岩隧道二氧化碳致裂器掏槽结构及爆破方法。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：硬岩隧道二氧化碳致裂器掏槽结构，包括中心致裂孔、空孔、第一圈炮孔和第二圈炮孔；中心致裂孔沿隧道轴心布置，空孔布置在所述中心致裂孔四周，所述第一圈炮孔布置在所述空孔的外圈，所述第二圈炮孔布置在所述第一圈炮孔的外圈；所述第一圈炮孔由第一掏槽致裂孔构成，所述第二圈炮孔由第二掏槽致裂孔构成。
上述硬岩隧道二氧化碳致裂器掏槽结构，任意相邻两个所述第一掏槽致裂孔中心连接线的中点处均开设有所述空孔。
上述硬岩隧道二氧化碳致裂器掏槽结构，从任意一个所述空孔至所述中心致裂孔的半径延长线上布置有一个所述空孔。
上述硬岩隧道二氧化碳致裂器掏槽结构，所述空孔在以所述中心致裂孔为圆心的圆周上等间距布置。
上述硬岩隧道二氧化碳致裂器掏槽结构，从所述中心致裂孔至任意一个所述空孔所在半径的延长线上布置有一个所述第二掏槽致裂孔；从所述中心致裂孔至任意一个所述第一掏槽致裂孔所在半径的延长线上也布置有一个所述第二掏槽致裂孔。
上述硬岩隧道二氧化碳致裂器掏槽结构，从任意一个所述第二掏槽致裂孔至所述中心致裂孔所在半径的延长线上布置有一个所述第二掏槽致裂孔。
上述硬岩隧道二氧化碳致裂器掏槽结构，在以所述中心致裂孔为圆心的圆周上等间距布置所述第二掏槽致裂孔。
上述硬岩隧道二氧化碳致裂器掏槽结构，任意相邻两个所述第一掏槽致裂孔中心连接线的中点处均开设有所述空孔；从所述中心致裂孔至任意一个所述空孔所在半径的延长线上布置有一个所述第二掏槽致裂孔；从所述中心致裂孔至任意一个所述第一掏槽致裂孔所在半径的延长线上也布置有一个所述第二掏槽致裂孔；从任意一个所述空孔至所述中心致裂孔的半径延长线上布置有一个所述空孔；从任意一个所述第二掏槽致裂孔至所述中心致裂孔所在半径的延长线上布置有一个所述第二掏槽致裂孔；所述空孔在以所述中心致裂孔为圆心的圆周上等间距布置；在以所述中心致裂孔为圆心的圆周上等间距布置所述第二掏槽致裂孔。
上述硬岩隧道二氧化碳致裂器掏槽结构，所述中心致裂孔的圆心点与任意相邻两个所述第一掏槽致裂孔的圆心点连接线构成等腰三角形，且任意一个所述等腰三角形的中间设置一个空孔；在任一等腰三角形中：所述空孔与中心致裂孔的圆心距等于相邻两个第一掏槽致裂孔中任意一个第一掏槽致裂孔与所述空孔的圆心距；所述中心致裂孔、所述空孔、所述第一掏槽致裂孔和所述第二掏槽致裂孔的直径相同且均垂直于工作面，所述中心致裂孔、所述空孔、所述第一掏槽致裂孔和所述第二掏槽致裂孔的直径范围为60-150mm；所述空孔的数量为四个，四个所述空孔呈正方形布置，四个所述空孔的圆心分别位于所述正方形四个角的顶点上，所述正方形的中心点与所述中心致裂孔的圆心重合；相邻两所述空孔的圆心距为600mm；所述第一圈炮孔包括四个第一掏槽致裂孔，所述第二圈炮孔包括八个第二掏槽致裂孔，所述第一掏槽致裂孔与中心致裂孔的圆心距为600mm,所述第二掏槽致裂孔与中心致裂孔的圆心距为1000mm。
硬岩隧道二氧化碳致裂器掏槽爆破方法，包括以下步骤：
步骤A：向中心致裂孔、第一圈炮孔的第一掏槽致裂孔内、第二圈炮孔的第二掏槽致裂孔内分别装入二氧化碳致裂器，空孔为空置孔；
步骤B：中心致裂孔内的二氧化碳致裂器和第一掏槽致裂孔内的二氧化碳致裂器同时起爆，再起爆第二掏槽致裂孔内的二氧化碳致裂器。
本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：
1、本发明，中心致裂孔内的二氧化碳致裂器与第一掏槽致裂孔内的二氧化碳致裂器同时起爆，在内外多向共同爆破作用下，岩石受到充分的挤压破碎，岩石破碎效果比中心孔单纯为空孔的更好。
2、本发明，中心致裂孔和每第一掏槽致裂孔之间均存在两个空孔，空孔即为自由面，保证岩石能够破碎；当爆破应力波到达自由面时，会反射成拉伸波，当拉伸波大于岩石的抗拉强度时，就会产生霍金逊效应，提高爆破效果，同时反射拉伸波和径向裂隙尖端处的应力场相互叠加，促使径向裂隙和环向裂隙进一步扩展，大大增加裂隙区的范围。
3、本发明，中心致裂孔与邻近的第一圈炮孔中相邻两个第一掏槽致裂孔均构成等腰三角形，中心致裂孔和两个第一掏槽致裂孔之间的岩石在高压二氧化碳气体作用下会产生应力叠加，三角形布置的致裂孔使岩石更易受剪切破坏，即任一第一掏槽致裂孔中心至自由面的最短距离相等，最小抵抗线相等，当爆破应力波到达自由面时，会反射成拉伸波，岩石在剪切力和拉伸力的共同作用下发生破碎并抛出，从而形成预期体积的槽腔，为下段岩石的爆破创造新的自由面，使得下段岩石的爆破抵抗大大减小，从而便于下段岩石的破碎与抛掷。
4、本发明，先起爆中心致裂孔内的二氧化碳致裂器和第一掏槽致裂孔内的二氧化碳致裂器，爆破后形成足够大的槽腔，当第二掏槽致裂孔内二氧化碳致裂器起爆时，自由面足够大，二氧化碳致裂器释放的高压气体足以克服岩石的夹制力，达到较好的爆破效果。
附图说明
图1本发明炮孔布置示意图；
图2本发明中心致裂孔、相邻两个第一掏槽致裂孔和空孔构成等腰三角形的示意图；
图3本发明中心致裂孔、相邻两个第一掏槽致裂孔和空孔的位置关系示意图；
图中附图标记表示为：1-中心致裂孔；2-空孔；3-第一圈炮孔；31-第一掏槽致裂孔；4-第二圈炮孔；41-第二掏槽致裂孔。
具体实施方式
请参阅图1，硬岩隧道二氧化碳致裂器掏槽结构，包括中心致裂孔1、空孔2、第一圈炮孔3和第二圈炮孔4；中心致裂孔1沿隧道轴心布置，空孔2布置在所述中心致裂孔1四周，所述第一圈炮孔3布置在所述空孔2的外圈，所述第二圈炮孔4布置在所述第一圈炮孔3的外圈；所述第一圈炮孔3由第一掏槽致裂孔31构成，所述第二圈炮4孔由第二掏槽致裂孔41构成，所述中心致裂孔1、所述空孔2、所述第一掏槽致裂孔31和所述第二掏槽致裂孔41的直径相同且均垂直于工作面，所述中心致裂孔1、所述空孔2、所述第一掏槽致裂孔31和所述第二掏槽致裂孔41的直径范围为60-150mm。
任意相邻两个所述第一掏槽致裂孔31中心连接线的中点处均开设有所述空孔2，从任意一个所述空孔2至所述中心致裂孔1的半径延长线上布置有一个所述空孔2，所述空孔2在以所述中心致裂孔1为圆心的圆周上等间距布置，所述空孔2的数量为四个，四个所述空孔2呈正方形布置，四个所述空孔2的圆心分别位于所述正方形四个角的顶点上，所述正方形的中心点与所述中心致裂孔1的圆心重合；相邻两所述空孔2的圆心距为600mm，中心致裂孔1和每第一掏槽致裂孔31之间均存在两个空孔2，空孔2即为自由面，保证岩石能够破碎；当爆破应力波到达自由面时，会反射成拉伸波，当拉伸波大于岩石的抗拉强度时，就会产生霍金逊效应，提高爆破效果，同时反射拉伸波和径向裂隙尖端处的应力场相互叠加，促使径向裂隙和环向裂隙进一步扩展，大大增加裂隙区的范围。
从所述中心致裂孔1至任意一个所述空孔2所在半径的延长线上布置有一个所述第二掏槽致裂孔41；从所述中心致裂孔1至任意一个所述第一掏槽致裂孔31所在半径的延长线上也布置有一个所述第二掏槽致裂孔41，从任意一个所述第二掏槽致裂孔41至所述中心致裂孔1所在半径的延长线上布置有一个所述第二掏槽致裂孔41，在以所述中心致裂孔1为圆心的圆周上等间距布置所述第二掏槽致裂孔41，所述第一圈炮孔3包括四个第一掏槽致裂孔31，所述第二圈炮孔4包括八个第二掏槽致裂孔41，所述第一掏槽致裂孔31与中心致裂孔1的圆心距为600mm。
任意相邻两个所述第一掏槽致裂孔31中心连接线的中点处均开设有所述空孔2；从所述中心致裂孔1至任意一个所述空孔2所在半径的延长线上布置有一个所述第二掏槽致裂孔41；从所述中心致裂孔1至任意一个所述第一掏槽致裂孔31所在半径的延长线上也布置有一个所述第二掏槽致裂孔41；从任意一个所述空孔2至所述中心致裂孔1的半径延长线上布置有一个所述空孔2；从任意一个所述第二掏槽致裂孔41至所述中心致裂孔1所在半径的延长线上布置有一个所述第二掏槽致裂孔41；所述空孔2在以所述中心致裂孔1为圆心的圆周上等间距布置；在以所述中心致裂孔1为圆心的圆周上等间距布置所述第二掏槽致裂孔41，如图2所示，所述中心致裂孔1的圆心点与任意相邻两个所述第一掏槽致裂孔31的圆心点连接线构成等腰三角形，且任意一个所述等腰三角形的中间设置一个空孔2；如图3所示，在任一等腰三角形中：所述空孔2与中心致裂孔1的圆心距等于相邻两个第一掏槽致裂孔31中任意一个第一掏槽致裂孔31与所述空孔2的圆心距，所述第二掏槽致裂孔41与中心致裂孔1的圆心距为1000mm，中心致裂孔1与邻近的第一圈炮孔3中相邻两个第一掏槽致裂孔31均构成等腰三角形，中心致裂孔1和两个第一掏槽致裂孔31之间的岩石在高压二氧化碳气体作用下会产生应力叠加，三角形布置的致裂孔使岩石更易受剪切破坏，即任一第一掏槽致裂孔31中心至自由面的最短距离相等，最小抵抗线相等，当爆破应力波到达自由面时，会反射成拉伸波，岩石在剪切力和拉伸力的共同作用下发生破碎并抛出，从而形成预期体积的槽腔，为下段岩石的爆破创造新的自由面，使得下段岩石的爆破抵抗大大减小，从而便于下段岩石的破碎与抛掷。
硬岩隧道二氧化碳致裂器掏槽爆破方法，包括以下步骤：
步骤A：向中心致裂孔1、第一圈炮孔3的第一掏槽致裂孔31内、第二圈炮孔4的第二掏槽致裂孔41内分别装入二氧化碳致裂器，空孔2为空置孔；
步骤B：先同时起爆中心致裂孔1内的二氧化碳致裂器和第一掏槽致裂孔31内的二氧化碳致裂器，再起爆第二掏槽致裂孔41内的二氧化碳致裂器；中心致裂孔1内的二氧化碳致裂器与第一掏槽致裂孔31内的二氧化碳致裂器同时起爆，在内外多向共同爆破作用下，岩石受到充分的挤压破碎，岩石破碎效果比中心孔单纯为空孔2的更好；先起爆中心致裂孔1内的二氧化碳致裂器和第一掏槽致裂孔31内的二氧化碳致裂器，爆破后形成足够大的槽腔，当第二掏槽致裂孔41内二氧化碳致裂器起爆时，自由面足够大，二氧化碳致裂器释放的高压气体足以克服岩石的夹制力，达到较好的爆破效果。
工作流程：在工作面上线开设垂直的中心致裂孔1，以中心致裂孔1的中心，在中心致裂孔1的四周设置空孔2，空孔2按正方形设置，空孔2之间的中心距为600mm，使四个空孔2构成的正方形的中心点与中心致裂孔1的圆心重合，在中心致裂孔1的四周按圆心距600mm、开设四个第一掏槽致裂孔31，在中心致裂孔1的四周按圆心距1000mm开设相应数量的第二掏槽致裂孔41，并使空孔2、第一掏槽致裂孔31和第二掏槽致裂孔41的位置符合要求，完成炮孔布置；在第一掏槽致裂孔31、第二掏槽致裂孔41和中心致裂孔1内放置二氧化碳致裂器，首先同时起爆中心致裂孔1和第一掏槽致裂孔31内的二氧化碳致裂器，然后起爆第二掏槽致裂孔41内的二氧化碳致裂器，完成爆破施工。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。
Claims (10)
1.硬岩隧道二氧化碳致裂器掏槽结构，其特征在于，包括中心致裂孔(1)、空孔(2)、第一圈炮孔(3)和第二圈炮孔(4)；中心致裂孔(1)沿隧道轴心布置，空孔(2)布置在所述中心致裂孔(1)四周，所述第一圈炮孔(3)布置在所述空孔(2)的外圈，所述第二圈炮孔(4)布置在所述第一圈炮孔(3)的外圈；所述第一圈炮孔(3)由第一掏槽致裂孔(31)构成，所述第二圈炮孔(4)由第二掏槽致裂孔(41)构成。
2.根据权利要求1所述的硬岩隧道二氧化碳致裂器掏槽结构，其特征在于，任意相邻两个所述第一掏槽致裂孔(31)中心连接线的中点处均开设有所述空孔(2)。
3.根据权利要求2所述的硬岩隧道二氧化碳致裂器掏槽结构，其特征在于，从任意一个所述空孔(2)至所述中心致裂孔(1)的半径延长线上布置有一个所述空孔(2)。
4.根据权利要求3所述的硬岩隧道二氧化碳致裂器掏槽结构，其特征在于，所述空孔(2)在以所述中心致裂孔(1)为圆心的圆周上等间距布置。
5.根据权利要求1所述的硬岩隧道二氧化碳致裂器掏槽结构，其特征在于，从所述中心致裂孔(1)至任意一个所述空孔(2)所在半径的延长线上布置有一个所述第二掏槽致裂孔(41)；从所述中心致裂孔(1)至任意一个所述第一掏槽致裂孔(31)所在半径的延长线上也布置有一个所述第二掏槽致裂孔(41)。
6.根据权利要求5所述的硬岩隧道二氧化碳致裂器掏槽结构，其特征在于，从任意一个所述第二掏槽致裂孔(41)至所述中心致裂孔(1)所在半径的延长线上布置有一个所述第二掏槽致裂孔(41)。
7.根据权利要求6所述的硬岩隧道二氧化碳致裂器掏槽结构，其特征在于，在以所述中心致裂孔(1)为圆心的圆周上等间距布置所述第二掏槽致裂孔(41)。
8.根据权利要求1所述的硬岩隧道二氧化碳致裂器掏槽结构，其特征在于，任意相邻两个所述第一掏槽致裂孔(31)中心连接线的中点处均开设有所述空孔(2)；从所述中心致裂孔(1)至任意一个所述空孔(2)所在半径的延长线上布置有一个所述第二掏槽致裂孔(41)；从所述中心致裂孔(1)至任意一个所述第一掏槽致裂孔(31)所在半径的延长线上也布置有一个所述第二掏槽致裂孔(41)；从任意一个所述空孔(2)至所述中心致裂孔(1)的半径延长线上布置有一个所述空孔(2)；从任意一个所述第二掏槽致裂孔(41)至所述中心致裂孔(1)所在半径的延长线上布置有一个所述第二掏槽致裂孔(41)；所述空孔(2)在以所述中心致裂孔(1)为圆心的圆周上等间距布置；在以所述中心致裂孔(1)为圆心的圆周上等间距布置所述第二掏槽致裂孔(41)。
9.根据权利要求1所述的硬岩隧道二氧化碳致裂器掏槽结构，其特征在于，所述中心致裂孔(1)的圆心点与任意相邻两个所述第一掏槽致裂孔(31)的圆心点连接线构成等腰三角形，且任意一个所述等腰三角形的中间设置一个空孔(2)；在任一等腰三角形中：所述空孔(2)与中心致裂孔(1)的圆心距等于相邻两个第一掏槽致裂孔(31)中任意一个第一掏槽致裂孔(31)与所述空孔(2)的圆心距；所述中心致裂孔(1)、所述空孔(2)、所述第一掏槽致裂孔(31)和所述第二掏槽致裂孔(41)的直径相同且均垂直于工作面，所述中心致裂孔(1)、所述空孔(2)、所述第一掏槽致裂孔(31)和所述第二掏槽致裂孔(41)的直径范围为60-150mm；所述空孔(2)的数量为四个，四个所述空孔(2)呈正方形布置，四个所述空孔(2)的圆心分别位于所述正方形四个角的顶点上，所述正方形的中心点与所述中心致裂孔(1)的圆心重合；相邻两所述空孔(2)的圆心距为600mm；所述第一圈炮孔(3)包括四个第一掏槽致裂孔(31)，所述第二圈炮孔(4)包括八个第二掏槽致裂孔(41)，所述第一掏槽致裂孔(31)与中心致裂孔(1)的圆心距为600mm,所述第二掏槽致裂孔(41)与中心致裂孔(1)的圆心距为1000mm。
10.硬岩隧道二氧化碳致裂器掏槽爆破方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：向中心致裂孔(1)、第一圈炮孔(3)的第一掏槽致裂孔(31)内、第二圈炮孔(4)的第二掏槽致裂孔(41)内分别装入二氧化碳致裂器，空孔(2)为空置孔；
步骤B：先同时起爆中心致裂孔(1)内的二氧化碳致裂器和第一掏槽致裂孔(31)内的二氧化碳致裂器，再起爆第二掏槽致裂孔(41)内的二氧化碳致裂器。
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