CN114688930A - 一种硬岩中控制爆破粉尘范围的爆破方法及爆破结构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于一种爆破结构及爆破方法，为解决目前进行硬岩爆破时，具有危害性的爆破粉尘会通过裂隙扩散到较大范围，以及由于爆破粉尘的影响难以评价，会直接影响爆破场地的后续使用及操作人员安全的技术问题，提供一种硬岩中控制爆破粉尘范围的爆破结构及爆破方法，在待爆破硬岩上开挖巷道，在硬岩中构建洞室，巷道一端与待爆破硬岩外部连通，另一端与洞室内部连通。在洞室中心处构建用于放置炸药的药室，并在药室与洞室之间填充膨润土。通过堵塞段阻断巷道与洞室，引爆药室中的炸药，使膨润土形成膨润土压实壳结构。
Description
技术领域
本发明属于一种爆破方法及所使用的爆破结构，具体涉及一种硬岩中控制爆破粉尘范围的爆破方法及实现该爆破方法所使用的爆破结构。
背景技术
在硬岩中进行工程爆破是一种常见的爆破形式。硬岩介质中的裂隙在爆破后会出现明显增加，使具有危害性的爆破粉尘通过裂隙扩散到较大范围。另外，由于爆破后裂隙大小、范围难以准确表征，使爆破粉尘的影响难以评价，会直接影响爆破场地的后续使用及操作人员安全。因此，硬岩介质中实施工程爆破时，如何有效控制爆破粉尘的扩散范围，是爆破时一个极有研究意义的问题。
发明内容
本发明为解决目前进行硬岩爆破时，具有危害性的爆破粉尘会通过裂隙扩散到较大范围，以及由于爆破粉尘的影响难以评价，会直接影响爆破场地的后续使用及操作人员安全的技术问题，提供一种硬岩中控制爆破粉尘范围的爆破方法及爆破结构。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种硬岩中控制爆破粉尘范围的爆破方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
S1，在待爆破硬岩上开挖巷道，在硬岩中构建洞室，巷道一端与待爆破硬岩外部连通，另一端与洞室连通；
S2，在洞室中心处构建用于放置炸药的药室，并在药室与洞室之间填充膨润土；
S3，在巷道内构建堵塞段，通过堵塞段阻断巷道与洞室；
S4，引爆药室中的炸药进行爆破，并使膨润土形成膨润土压实壳结构。
进一步地，步骤S1中，所述洞室的形状为球形，洞室的半径R通过下式得到：
R＝Kr
其中，r为炸药的等效TNT半径：
W为爆破的等效TNT当量；
σS为待爆破硬岩的岩体强度。
进一步地，步骤S1中，所述在待爆破硬岩上开挖巷道，其中巷道具体包括相连接的直段和斜段，直段的轴线与斜段的轴线夹角a大于等于30°，且斜段靠近直段一端设置于2/3最小抵抗线处；所述直段靠近洞室设置，且直段靠近斜段的端面为平面，斜段连接于直段的顶部或底部。
步骤S3中，所述在巷道内构建堵塞段具体为，在巷道内距离洞室中心0.3-0.5m处至最小抵抗线之间砌筑水泥石块，形成堵塞段，用于形成堵塞段的水泥石块强度大于等于待爆破硬岩强度。
进一步地，步骤S3中，所述在巷道内距离洞室中心0.3-0.5m处至最小抵抗线之间砌筑水泥石块之后还包括，对堵塞段养护大于3天。
进一步地，步骤S1中，所述在硬岩中构建洞室之后还包括，清理构建洞室后的浮渣，使洞室表面呈原岩；
步骤S2中，所述在药室与洞室之间填充膨润土具体为，在药室与洞室之间自然堆积膨润土至洞室顶部；
所述药室的尺寸通过炸药堆积密度确定，药室内炸药的几何中心与洞室的几何中心重合，药室的形状与炸药的形状相同。
进一步地，所述药室由药室顶部、药室围墙和药室底部围成；
步骤S2中，所述构建用于放置炸药的药室具体为，分别对药室顶部、药室围墙和药室底部进行静力分析，根据药室顶部、药室围墙和药室底部上方和/或侧方的材料重量、尺寸，确定药室顶部、药室围墙和药室底部的强度指标，核算使药室顶部、药室围墙和药室底部的材料使用强度大于对应的强度指标。
本发明还提供了一种硬岩中控制爆破粉尘范围的爆破结构，用于实现上述一种硬岩中控制爆破粉尘范围的爆破方法，其特殊之处在于，包括洞室、药室、巷道和堵塞段；
所述洞室设置在待爆破硬岩内部；
所述药室设置在洞室内中心处，药室与洞室之间填充有压实的膨润土；
所述巷道一端与待爆破硬岩外部连通，另一端与洞室连通；
所述堵塞段位于巷道与洞室连通一端的端部。
进一步地，所述堵塞段位于所述巷道由洞室至最小抵抗线之间；
所述巷道包括相连接的直段和斜段，直段的轴线与斜段的轴线夹角a大于等于30°，且斜段靠近直段一端设置于2/3最小抵抗线处；所述直段靠近洞室设置，且直段靠近斜段的端面为平面，斜段连接于直段的顶部或底部。
进一步地，所述洞室为球形，洞室的半径为2.2-4m；
所述药室为长方体状或高径比为1的圆柱体状；
所述巷道顶部等于或高于洞室顶部。
进一步地，所述堵塞段靠近洞室的一端距离洞室中心处的距离为0.3-0.5m；
所述堵塞段与洞室侧壁间平滑过渡；
所述药室通过药室支撑结构设置于洞室内，药室支撑结构四周通过钢筋与洞室侧壁设置的锚杆连接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明硬岩中控制爆破粉尘范围的爆破结构，设置有洞室、药室、巷道和堵塞段，并在洞室和药室之间填充膨润土，在这种结构下进行爆破时，可通过药室内的炸药爆炸，使膨润土形成膨润土压实壳结构，能够将爆破粉尘有效控制在洞室附近。
2.本发明中巷道包括直段和斜段，直段与斜段夹角大于等于30°，且直段靠近斜段的端面为平面，能够有效提高爆破时的安全性。
3.本发明中巷道顶部等于或高于洞室顶部，便于膨润土施工。
4.本发明中药室通过药室支撑结构设置于洞室内，并通过钢筋与洞室侧壁设置的锚杆连接，保证了在药室、药室内炸药及膨润土的压力下，依然能够保证药室的安全可靠性。
5.本发明硬岩中控制爆破粉尘范围的爆破方法，通过在硬岩中构建洞室，在洞室中心构建放置炸药的药室，药室与洞室之间填充膨润土，利用炸药爆炸压实膨润土形成膨润土压实壳结构，将爆破粉尘控制在洞室附近，大幅降低了硬岩中爆破粉尘在爆破压力驱动下的扩散范围，为保障工程场地的后续利用提供了重要的技术支撑，对提高硬岩中工程爆破的安全性具有重要意义。
6.本发明中洞室的尺寸根据炸药的情况进行确定，能够有效保证本发明的爆破效果。
附图说明
图1为本发明硬岩中控制爆破粉尘范围的爆破方法流程示意图；
图2为本发明硬岩中控制爆破粉尘范围的爆破结构中洞室内的结构图；
图3为本发明硬岩中控制爆破粉尘范围的爆破结构中巷道的结构示意图。
其中：1-洞室、2-药室、3-巷道、301-直段、302-斜段、4-堵塞段、5-药室支撑结构、6-膨润土。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
为了大幅降低硬岩中爆破粉尘在爆破压力驱动下的扩散范围，保障工程场地的后续利用，本发明提供了一种硬岩中控制爆破粉尘范围的爆破结构及爆破方法，具体爆破方法如下：
S1，在待爆破硬岩上开挖巷道3，在硬岩中构建洞室1，巷道3一端与待爆破硬岩外部连通，另一端与洞室1内部连通。
洞室1根据拟实施的工程爆破的等效TNT当量W(t TNT)，利用TNT炸药的标准密度1.6t/m3，得到炸药的等效TNT半径r：
洞室1的形状近似球形，根据硬岩的岩体强度σS，确定洞室半径R＝Kr，
洞室半径较大时控制爆破粉尘的效果更好。
洞室1构建完成后，洞室1内的浮渣须清理干净至原岩。
用于入洞室1的巷道3顶部与洞室1顶部等高，或略高于洞室1顶部，以便于后续的膨润土6施工，根据巷道3高度确定巷道3底部位置，以满足工程施工需求。巷道3从洞室1中心处至最小抵抗线之间需设计一道不小于30°的转弯，转弯位置在洞室1中心处向外2/3最小抵抗线附近，转弯巷道面向洞室的端面为平面。如图3所示，具体结构为：巷道3包括相连接的直段301和斜段302，直段301的轴线与斜段302的轴线夹角a大于等于30°，且斜段302靠近直段301一端设置于2/3最小抵抗线处；所述直段301靠近洞室1设置，且直段301靠近斜段302的端面为平面，斜段30连接于直段301的顶部或底部。
S2，在洞室1中心处构建用于放置炸药的药室2，并在药室2与洞室1之间填充膨润土6，膨润土6在拟定空间内自然堆积至洞室1顶部，顶部局部可适当压实使膨润土6尽可能密实。
药室2中炸药的形状近似为立方体形状，或高径比为1的圆柱体形状，根据使用的炸药堆积密度，可以得到近似立方体的各边长，或圆柱体的高和直径，炸药所处中心与近似球形洞室1的中心基本重合，炸药在中心起爆。
药室2结构形状与炸药形状相同，其内部尺寸以能够放置炸药为准。药室2的结构构件包括药室顶部、药室围墙、药室底部，由结构构件共同围城药室2，根据炸药形状尺寸、以及拟采用的结构构件材质及其尺寸，设计药室2各结构构件的尺寸。药室2的各结构构件材料，应使用爆炸作用后易破碎的材料，药室顶部、药室围墙、药室底部使用的材料尽可能一致，如砖、水泥块、水泥板、木板等，不使用钢板等金属板材，或钢筋水泥制品等。具体可以对药室顶部、药室围墙、药室底部结构构件进行静力分析，根据每个结构构件上方、侧方的材料重量、结构构件尺寸，计算每个结构构件的强度指标，核算使得每个结构构件材料的使用强度大于强度指标。
另外，药室2具体可通过药室支撑结构5设置在洞室1内，药室支撑结构5可采用钢架结构，其设计应保证能够稳定支撑药室结构重量、炸药重量、顶部膨润土重量，侧部膨润土产生的压力等共同作用。如承重较大，也可使用角钢或螺纹钢加强支撑力。药室支撑结构5四周可利用钢筋与设置在洞室1侧壁的锚杆连接。
S3，通过堵塞段4阻断巷道3与洞室1，引爆药室2中的炸药，使膨润土6形成膨润土压实壳结构。巷道3从洞室1至最小抵抗线之间全部砌筑水泥石块，形成堵塞段4，砌筑的水泥石块强度不低于洞室1区域岩石强度，靠近洞室1的堵塞段4起始位置距离洞室1侧壁约0.3-0.5m，且洞室1壁面与堵塞段4端面尽可能平滑过渡，不形成大的凹凸。砌筑水泥石块构建堵塞段4施工前，须将开挖时散落的浮渣清理干净至原岩，堵塞段4均须堆砌或砌筑至巷道3顶部不留空隙，堵塞段4施工完毕后，一般需要养护3天以上。
与上述爆破方法相对应的，本发明还提供了一种硬岩中控制爆破粉尘范围的爆破结构，包括洞室1、药室2、巷道3和堵塞段4。洞室1设置在待爆破硬岩内部。药室2设置在洞室1内中心处，药室2与洞室1之间填充有压实的膨润土6。巷道3一端与待爆破硬岩外部连通，另一端与洞室1连通。堵塞段4位于巷道3与洞室1连通一端的端部。
如下是采用上述爆破方法的一个具体实施例：
拟在硬岩中实施的爆破等效TNT当量为0.9tTNT，利用TNT炸药的标准密度1.6t/m3，得到炸药的等效TNT半径r＝0.52m。爆破处硬岩的岩体强度约为80MPa，确定近似球形的洞室半径R＝1.6m。以堆积密度1.7t/m3计算，需要准备的膨润土约30t。洞室1构建完成后，将洞室1内的浮渣清理干净至原岩。
炸药的形状近似为立方体形状，以炸药堆积密度1.5t/m3计算，立方体炸药的边长约为0.85m，炸药中心与近似球形洞室1的中心基本重合，炸药于中心处起爆。
药室2结构形状也是立方体，其内部立方体边长约0.85m，药室2结构构件分为药室顶部方形平板、药室围墙、药室底部方形平板，厚度均为0.1m，假定药室围墙为砖砌结构，其密度取1.8t/m3，药室顶部平板、药室底部平板均为混凝土，混凝土密度取2.2t/m3，药室2上方膨润土密度取1.7t/m3。根据药室2结构尺寸及各类材料重量，药室底部平板边缘受力最大约0.11MPa，药室底部平板最大应力远小于混凝土或砖的抗压强度，也小于砖砌体砂浆抗压强度。因此，药室2的结构中，构建底板时可以有多种选择。
当药室顶部使用混凝土平板时，药室顶部的静力学问题为简支方板受均布载荷问题。以弹性分析，在药室顶部中心处内力最大，取安全系数1.3，则混凝土板的设计抗拉强度约为1.5MPa,对应混凝土强度等级为C30，如果认为混凝土板抗拉强度不足，也可用木板代替。
考虑到混凝土板的抗拉强度有限，在作为药室顶部的混凝土方形板的下面设计有横竖螺纹钢交叉的支撑框架，作为药室支撑结构5，支撑框架与钢架支撑结构连接，钢架支撑结构采用螺纹钢材料，设有多组横斜加强连接结构，能够保证稳定支撑药室2重量、炸药重量、顶部膨润土重量，以及侧部膨润土产生的压力等共同作用，钢架支撑结构四周利用钢筋与洞室1侧壁的锚杆连接。
进入洞室1的巷道3顶部略高于洞室顶部约0.1m，以便于膨润土施工，为满足工程施工需求，巷道3高度为1.8m，宽度为1.5m，即巷道3底部高于洞室3底部1.5m，低于洞室中心0.1m。根据岩体强度约80MPa，0.9t TNT当量，最小抵抗线约19m，因此，在距洞室中心约14m位置处设计一道不小于30度的转弯,转弯处巷道3面向洞室1的端面为平面，巷道3从洞室1中心处至最小抵抗线之间全部采用砌筑水泥石块形成堵塞段4，砌筑水泥石块强度不低于洞室1区域岩石强度，靠近洞1的堵塞段4起始位置距离洞室1侧壁约0.3-0.5m，且洞室1壁面与堵塞段4端面尽可能平滑过渡，不形成大的凹凸。巷道3砌筑水泥石块形成堵塞段4前，须将开挖时散落的浮渣清理干净至原岩，堵塞段4的结构均须堆砌或砌筑至巷道3顶部且不留空隙，堵塞段4结构施工完毕后需要养护3天以上。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种硬岩中控制爆破粉尘范围的爆破方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，在待爆破硬岩上开挖巷道(3)，在硬岩中构建洞室(1)，巷道(3)一端与待爆破硬岩外部连通，另一端与洞室(1)连通；
S2，在洞室(1)中心处构建用于放置炸药的药室(2)，并在药室(2)与洞室(1)之间填充膨润土(6)；
S3，在巷道(3)内构建堵塞段(4)，通过堵塞段(4)阻断巷道(3)与洞室(1)；
S4，引爆药室(2)中的炸药进行爆破，并使膨润土(6)形成膨润土压实壳结构。
2.如权利要求1所述一种硬岩中控制爆破粉尘范围的爆破方法，其特征在于：步骤S1中，所述洞室(1)的形状为球形，洞室(1)的半径R通过下式得到：
R＝Kr
其中，r为炸药的等效TNT半径：
W为爆破的等效TNT当量；
σS为待爆破硬岩的岩体强度。
3.如权利要求1或2所述一种硬岩中控制爆破粉尘范围的爆破方法，其特征在于：
步骤S1中，所述在待爆破硬岩上开挖巷道(3)，其中巷道(3)具体包括相连接的直段(301)和斜段(302)，直段(301)的轴线与斜段(302)的轴线夹角a大于等于30°，且斜段(302)靠近直段(301)一端设置于2/3最小抵抗线处；所述直段(301)靠近洞室(1)设置，且直段(301)靠近斜段(302)的端面为平面，斜段(302)连接于直段(301)的顶部或底部；
步骤S3中，所述在巷道(3)内构建堵塞段(4)具体为，在巷道(3)内距离洞室(1)中心0.3-0.5m处至最小抵抗线之间砌筑水泥石块，形成堵塞段(4)，用于形成堵塞段(4)的水泥石块强度大于等于待爆破硬岩强度。
4.如权利要求3所述一种硬岩中控制爆破粉尘范围的爆破方法，其特征在于：
步骤S3中，所述在巷道(3)内距离洞室(1)中心0.3-0.5m处至最小抵抗线之间砌筑水泥石块之后还包括，对堵塞段(4)养护大于3天。
5.如权利要求4所述一种硬岩中控制爆破粉尘范围的爆破方法，其特征在于：
步骤S1中，所述在硬岩中构建洞室(1)之后还包括，清理构建洞室(1)后的浮渣，使洞室(1)表面呈原岩；
步骤S2中，所述在药室(2)与洞室(1)之间填充膨润土(6)具体为，在药室(2)与洞室(1)之间自然堆积膨润土(6)至洞室(1)顶部；
所述药室(2)的尺寸通过炸药的用量及堆积密度确定，药室(2)内炸药的几何中心与洞室(1)的几何中心重合，药室(2)的形状与炸药的形状相同。
6.如权利要求5所述一种硬岩中控制爆破粉尘范围的爆破方法，其特征在于：
所述药室(2)由药室顶部、药室围墙和药室底部围成；
步骤S2中，所述构建用于放置炸药的药室(2)具体为，分别对药室顶部、药室围墙和药室底部进行静力分析，根据药室顶部、药室围墙和药室底部上方和/或侧方的材料重量、尺寸，确定药室顶部、药室围墙和药室底部的强度指标，核算使药室顶部、药室围墙和药室底部的材料使用强度大于对应的强度指标。
7.一种硬岩中控制爆破粉尘范围的爆破结构，用于实现权利要求1所述一种硬岩中控制爆破粉尘范围的爆破方法，其特征在于：包括洞室(1)、药室(2)、巷道(3)和堵塞段(4)；
所述洞室(1)设置在待爆破硬岩内部；
所述药室(2)设置在洞室(1)内中心处，药室(2)与洞室(1)之间填充有压实的膨润土(6)；
所述巷道(3)一端与待爆破硬岩外部连通，另一端与洞室(1)连通；
所述堵塞段(4)位于巷道(3)与洞室(1)连通一端的端部。
8.如权利要求7所述一种硬岩中控制爆破粉尘范围的爆破结构，其特征在于：
所述堵塞段(4)位于所述巷道(3)由洞室(1)至最小抵抗线之间；
所述巷道(3)包括相连接的直段(301)和斜段(302)，直段(301)的轴线与斜段(302)的轴线夹角a大于等于30°，且斜段(302)靠近直段(301)一端设置于2/3最小抵抗线处；所述直段(301)靠近洞室(1)设置，且直段(301)靠近斜段(302)的端面为平面，斜段(302)连接于直段(301)的顶部或底部。
9.如权利要求7或8所述一种硬岩中控制爆破粉尘范围的爆破结构，其特征在于：
所述洞室(1)为球形，洞室(1)的半径为2.2-4m；
所述药室(2)为长方体状或高径比为1的圆柱体状；
所述巷道(3)顶部等于或高于洞室(1)顶部。
10.如权利要求9所述一种硬岩中控制爆破粉尘范围的爆破结构，其特征在于：
所述堵塞段(4)靠近洞室(1)的一端距离洞室(1)中心处的距离为0.3-0.5m；
所述堵塞段(4)与洞室(1)侧壁间平滑过渡；
所述药室(2)通过药室支撑结构(5)设置于洞室(1)内，药室支撑结构(5)四周通过钢筋与洞室(1)侧壁设置的锚杆连接。
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- 2022-03-30 CN CN202210333459.8A patent/CN114688930A/zh active Pending
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