CN115388723A - 大断面洞穴爆破结构和爆破方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及爆破掘进技术领域，具体而言涉及大断面洞穴爆破结构和爆破方法，包括：掏槽孔，由开设于掘进作业面的空孔和位于空孔周围的四个装药孔构成；主爆孔，设置于掏槽孔的外围，被设置成孔间间隔起爆；周边孔，被设置在主爆孔的外围；其中，所述装药孔内设有间隔分布的装药段和堵塞段，且间隔分布的装药段被设置成孔内延时起爆，所述主爆孔内设有间隔且延时起爆的装药段，所述周边孔内设有聚能水介质装药结构。本发明能在不改变现有的凿岩设备和生产技术的条件下，达到更深的进尺深度，更少的用药量，增加破碎效果，并达到更好的爆破开挖效果，减少爆破中震动以及支护工作。
Description
技术领域
本发明涉及爆破掘进技术领域，具体而言涉及大断面洞穴爆破结构和爆破方法。
背景技术
目前，钻爆法仍是地下工程建设中的主要施工方法。随着钻爆设备机械化、自动化程度的提高，其速度也有一个明显的提升。使用钻爆法进行开挖的关键在于掏槽，其效果优劣直接影响到单次掘进循环进尺与最终爆破效果，掏槽能否成功与地质条件、掏槽形式、孔网参数、孔深、炸药种类、装药量等一些因素有关。掏槽的目的在于在岩体中爆出一定体积的槽腔，增加爆破的自由面，同时提供岩石碎胀空间。
目前的资料显示，我国的洞库掘进效率低下，尤其是，由于岩石的抵抗夹制作用，炮孔越深则爆破效果越差，爆破的能量无法实现较大的扩孔，直接限制了单次进尺深度，目前的大断面开挖过程中，为了保持周边轮廓光滑，周边孔采用的炮孔数量多，钻孔时间长，且仍不能达到较好的光面效果。因此，目前施工的月进尺均值在60～70m，炮孔利用率在70％～80％。因此如何在现有凿岩设备和生产技术的条件下，改变掏槽爆破技术水平不高的现状，提高效率、改善效果、增加进尺、保证成型，仍是一般地下工程、特别是坚硬岩石地下工程爆破掘进工作中急待解决的问题。
发明内容
本发明目的在于提供大断面洞穴爆破结构，能在不改变现有的凿岩设备和生产技术的条件下，达到更深的进尺深度，更少的用药量，增加破碎效果，并达到更好的爆破开挖效果，减少爆破中震动以及支护工作。
为了实现上述目的，本发明提供一种大断面洞穴爆破结构，包括：
掏槽孔，由开设于掘进作业面的空孔和位于空孔周围的四个装药孔构成；
主爆孔，设置于掏槽孔的外围，被设置成孔间间隔起爆；
周边孔，被设置在主爆孔的外围；
其中，所述装药孔内设有间隔分布的装药段和堵塞段，且间隔分布的装药段被设置成孔内延时起爆，所述主爆孔内设有间隔且延时起爆的装药段，所述周边孔内设有聚能水介质装药结构。
优选的，所述聚能水介质装药结构包括：
凹面相对布置的两个弧形板，两个所述弧形板边沿具有间隙，两个弧形板内侧形成容纳炸药的装药空间；定位块，被设置成能卡在两个所述弧形板的间隙间，使两个所述弧形板的间距相对固定；药卷，被设置在所述装药空间内，与弧形板的长度相同，且在向着间隙的方向上设有两条三角形的切口；其中，所述定位块的外沿被设置成能贴附于爆破孔内壁的弧面，使装药空间处于爆破孔的中间位置；所述弧形板的外部空间填充缓冲介质。
优选的，所述定位块包括支撑部、连接部和限位部，所述连接部被设置在所述间隙中，所述支撑部和限位部分别设置在连接部的两端，其中，所述支撑部设有与爆破孔内壁贴合的弧面，所述限位部设有与弧形板贴合的弧面，所述限位部的内沿为平面。
优选的，所述主爆孔内设有孔口堵塞段、正常装药段和底部加强段，所述正常装药段和底部加强段内均包含间隔分布的装药段和堵塞段，其中，位于正常装药段内的装药段和堵塞段的长度均为300mm，位于底部加强段的装药段长度为300mm，堵塞段长度为50mm。
优选的，所述主爆孔包括由掏槽孔逐渐靠近周边孔的一次主爆孔、二次主爆孔和三次主爆孔，一次主爆孔、二次主爆孔、三次主爆孔被设置成孔间间隔起爆。
优选的，所述孔口堵塞段内填充黏土以及砂粒。
优选的，位于所述装药孔内的堵塞段的长度和装药段的长度相同。
优选的，所述空孔的深度比装药孔的深度深30-50cm，所述空孔的底部设有抛掷装药段。
本发明提出另一种技术方案，利用上述方案中的大断面洞穴爆破结构，包括以下步骤：
步骤S1：炮眼布置：空孔设置于掘进作业面的中心线上，装药孔呈菱形布置在空孔的周围，装药孔与空孔之间的孔距为1.5-1.7倍的空孔直径，装药孔的外围布置有矩形布孔的一次主爆孔，一次主爆孔的外围布置有二次主爆孔，二次主爆孔布置有三次主爆孔，爆破作业面轮廓上布置有周边孔；
步骤S2：炮眼掏槽：空孔垂直于作业掘进面钻孔长度为4.8-5m，装药孔垂直于掘进面钻孔长度为4.3-4.5m，主爆孔垂直于掘进面钻孔长度为5m，周边孔垂直于掘进面钻孔长度为5m；
步骤S3：炮眼装药：空孔的孔底装药400mm，装药孔内间隔装填400mm药卷和400mm堵塞物，其中，孔口处堵塞700-900mm，主爆孔孔底布置一米长加强段，加强段内间隔布置300mm药卷、50mm堵塞物，再向外布置3m长正常装药段，其中，正常装药段内间隔布置300mm药卷、300mm堵塞物，孔口布置1m长堵塞段，周边孔孔内通过聚能水介质装药结构装药；
步骤S4：起爆：装药孔内的药卷被由外至内以12ms时间间隔微差起爆，装药孔中最后一卷炸药引爆后间隔5ms后空孔底部装药起爆，装药孔、一次主爆孔、二次主爆孔、三次主爆孔和周边孔间隔25ms起爆，一次主爆孔、二次主爆孔和三次主爆孔内的药卷被由外至内以12ms时间间隔微差起爆。
优选的，在起爆过程中，使用数码电子雷管控制药卷的起爆时间间隔。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
掏槽孔采用孔内间隔装药以及延时起爆的方式，并在中心设置空孔，空孔提供爆炸后的溃缩空间，增加临空面，空孔提供周围岩石被压溃时的缓冲空间，能减少装药孔靠近内部的药包爆炸时岩石受到的阻力，改变药包底盘抵抗线，使靠近内部的岩石整体阻力小，能充分受到药包爆破能量而破碎移动，有利于向内达到更深的进尺深度，增加炮眼利用率以及月进尺深度；
主爆孔通过调整装药间隔的方式实现整体较小的装药密度，底部通过连续或缩小间隔距离的方式加强装药，通过这种方式不仅增加了爆破效果，且可以节省炸药的使用量，以降低生产成本；
周边孔采用由弧形板和支撑块组成的聚能爆破装药结构，实现不耦合装药，避免药包因与孔壁直接接触而造成的爆炸冲击波对预裂面的严重破坏，对爆炸过程产生能量有一定的缓冲和抑制作用，减小了应力对两侧炮孔壁的破坏作用，较好的保护了围岩的稳定性，并通过弧形板间的间隙实现聚能爆破，爆轰产物在双向聚能槽切槽连线方向上高速运动，并产生应力集中，产物形成的高能射流首先作用于切槽方向的孔壁上，岩体沿炮孔连线开始破裂，形成最终的预裂缝，并利用弧形板外的水介质分散炸药爆炸时产生的能量，保护预留壁面，在有效地减少炮孔数量的情况下，使预裂面光滑，减少作业时间；
聚能爆破装药结构的两个弧形板能被支撑块所限位，即便于对两个弧形板进行限位，使其形成一个结构可靠的筒体，由于是可分合的结构，也有利于向两个弧形板间形成的装药空间内填放药卷；定位块在填入到孔内时，具有更好的支撑性，能跟随石屑而变形，同时由于两个定位块不是一个整环，两个定位块之间具有空隙，可以在填入到炮孔内时，使石屑从旁边的间隙中排出，不会造成堵孔，便于填入到位；
本发明在不改变现有凿岩设备和生产技术的条件下，通过对孔内装药和起爆设计的改变，实现了更深的进尺深度，更少的装药量以及更佳的爆破效果。
应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。
结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
图1是本发明大断面洞穴爆破结构的结构示意图；
图2是本发明大断面洞穴爆破结构中掏槽孔的结构示意图；
图3是本发明大断面洞穴爆破结构中掏槽孔的截面结构示意图；
图4是本发明大断面洞穴爆破结构中主爆孔的结构示意图；
图5是本发明大断面洞穴爆破结构中聚能水介质装药结构的示意图；
图6是本发明大断面洞穴爆破结构中弧形板和定位块的结构示意图；
图7是图6中A处的结构示意图；
图8是本发明大断面洞穴爆破结构周边孔的结构示意图；
图9a是本发明大断面洞穴爆破结构起爆网络模拟结构示意图；
图9b是本发明大断面洞穴爆破结构起爆模拟图；
图10a-10b是本发明实施例中与传统爆破的振动波形对比图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意大断面洞穴爆破结构和爆破方法来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
本发明旨在实现，能在不改变现有的凿岩设备和生产技术的条件下，达到更深的进尺深度，更少的用药量，增加破碎效果，并达到更好的爆破开挖效果，减少爆破中震动以及支护工作。
结合图1所示，本实施例中提供大断面洞穴爆破结构，主要包括掏槽孔1、主爆孔2和周边孔3。起爆网络的时间设计如图1所示，①②③④⑤⑥⑦代表起爆顺序，首先对掏槽孔1进行爆破，掏槽孔1采用间隔延时起爆的方式，由外向内的逐步起爆，不断的形成新的临空面，以此增加掏槽深度，最后空孔中的装药将碎石抛出，在掏槽孔1起爆后间隔25ms，主爆孔2开始爆破，同样采用间隔延时起爆的方式，并在掏槽孔1形成临空面后再进行爆破，以增加循环进尺深度，主爆孔2采用逐层向外爆破的方式，每层间隔25ms，最后是周边孔3的起爆，周边孔采用聚能爆破的方式，聚能槽在两孔之间的连线方向，采用聚能爆破方式减少了炮孔的布置，即降低钻孔的作业时间，同时增加了预裂面的平整度。
结合图2所示，掏槽孔由开设于掘进作业面的空孔100和位于空孔100周围的四个装药孔1构成。采用ATLAS ROC D7液压潜孔钻机在掘进作业面上钻出如图2所示的五个孔，其中中间的孔为空孔100，四周的孔为装药孔1。
在可选的实施例中，装药孔1被设置成四个并位于以空孔100轴线为圆心的同一圆周上，优选的，四个装药孔1被设置成如图2所示位于空孔100的上、下、左、右。
结合图3所示，装药孔1内设有间隔分布的装药段11和堵塞段12，堵塞段12的长度和装药段11的长度相同，且间隔分布的装药段11被设置成孔内延时起爆，在装药孔1的孔口设置了700-900mm的孔口堵塞段13，在空孔100的孔底设置了300-500mm抛掷装药段。
如此，空孔100提供爆炸后的溃缩空间，增加临空面，空孔100提供周围岩石被压溃时的缓冲空间，装药孔1内部的炸药爆炸后，爆轰产物开始作用于岩壁，岩壁在爆轰波作用下首先发生塑形变形。岩壁会产生的较强约束作用使得爆轰产物粒子向外膨胀受阻，且在爆轰产物与岩壁界面发生应力波的反射与透射。最终在爆轰产物的推动下，预爆岩石向掘进作业面移动，产生爆破槽。
进一步的，装药孔1中的装药段11采用乳化炸药，用数码电子雷管起爆，前段先爆后段后爆的方式可以为后面的爆炸提供新的临空面，提高掏槽效果。
为了能形成更好的自由面，当前段药包爆破后，破碎体脱离原岩体，新的自由面形成，但是前段药包爆轰产物的准静态压力所建立的残余应力尚未消失之前，后段药包应起爆，如此，既可以利用前段药包所产生的新的自由面，另外，通过前后两段药包的应力相叠加，达到好的爆破效果，优选的，相邻的装药段22的间隔起爆时间
其中，td＝kh1；
式中，td是底盘岩体开始移动的时间，k是与岩性、药包直径以及药包抵抗线有关的常数，在岩石硬度系数f＝10-12的强蚀变千枚岩和花岗闪长斑岩内，k＝3.2ms/m，h1是药包底盘抵抗线，S是新的自由面形成所需的裂缝宽度，标志爆破体已脱离岩体，定义S＝10mm，vc是平均裂缝张开速度，在岩石硬度系数f＝10-12矿岩内，vc＝3.3-3.4m/s。在本实施例中，间隔起爆时间为12ms。
在岩石硬度系数f＝16-18的含铁石英岩内，k＝2.8ms/m，vC＝的数值是10m/s，时间间隔为10ms。
k是与岩性、药包直径以及药包抵抗线有关的常数，一般为2～4ms/m，k的数值具体是通过观测确定的。vc是平均裂缝张开速度。
在优选的实施例中，定义中心孔周围依次分布的四个装药孔为装药孔A、装药孔B、装药孔C和装药孔D，装药孔A内的装药段由外至内的定义为A1、A2···AN，装药孔B内的装药段由外至内的定义为B1、B2···BN，装药孔C内的装药段由外至内的定义为C1、C2···CN，装药孔D内的装药段由外至内的定义为D1、D2···DN，炸药被引爆的顺序为：A1、B1、C1、D1同时起爆，间隔12ms，A2、B2、C2、D2同时起爆，···，间隔12ms，AN、BN、CN、DN同时起爆。
在可选的实施例中，还可以使用螺旋爆破的方式，即A1、B1、C1、D1、A2、B2、C2、D2···AN、BN、CN、DN顺序起爆的方式，每个起爆点间隔12ms。
如此，利用各段起爆间隔，使岩体在前端炸药的爆轰作用中已造成一定的破坏，形成了一定宽的裂隙和附加自由面，为后段装药提供新的爆破自由面。改变后段装药起爆的最小抵抗线方向，使爆破宽度有效增加，可以达到更深的循环进尺深度。
结合图1所示，主爆孔2设置于掏槽孔的外围；主爆孔2包括由掏槽孔逐渐靠近周边孔的一次主爆孔(被布置呈矩形)、二次主爆孔(被布置呈两个线性和一个折线形，位于一次主爆孔的外围)和三次主爆孔(布置在光面孔和二次主爆孔之间)，一次主爆孔、二次主爆孔、三次主爆孔被设置成孔间间隔起爆。
结合图4所示，主爆孔2内设有孔口堵塞段201、正常装药段202和底部加强段203，正常装药段202和底部加强段203内均包含间隔分布的装药段22和堵塞段21，其中，位于正常装药段202内的装药段A22和堵塞段A21的长度均为300mm，位于底部加强段203的装药段B23长度为300mm，堵塞段B长度为50mm。
如此，通过孔内间隔分布的装药方式，可以降低整体的装药密度，即降低装药量，并且利用孔内间隔的延时起爆方式，可以使岩体在前端炸药的爆轰作用中已造成一定的破坏，形成了一定宽的裂隙和附加自由面，为后段装药提供新的爆破自由面。改变后段装药起爆的最小抵抗线方向，使爆破宽度有效增加，可以达到更深的循环进尺深度，而后段由于加强装药密度，可以使前段的碎岩被向外抛掷，内侧形成空腔，有利于外层主爆孔爆破。
进一步的，由于孔间采用延时起爆，孔内同样也是延时起爆，并且孔间的延时时间相同，孔内的延时时间相同，在不同的局部岩块中，前段爆破冲击波并未消失，后部即爆炸，另外还有其他相邻孔的爆破影响，被爆岩体受到多向应力，从而改善破碎效果，也增加碎石之间的相互作用，使岩石松碎，岩块尺寸较小，且由于双方向受力，使碎岩不会蹦飞较远的距离，便于后期装载碎石，提高安全性；另外，爆破产生的震动波会相互干扰而削弱，从而降低了对周边环境的震动作用，有利于爆破作业的安全开展。
结合图1所示，周边孔3被设置在主爆孔的外围；位于掘进面的轮廓线上；周边孔3内设有聚能水介质装药结构。
结合图5-7所示，在优选的实施例中，聚能水介质装药结构包括：
凹面相对布置的两个弧形板5，两个弧形板5边沿具有间隙51，两个弧形板5内侧形成容纳炸药的装药空间501；定位块4被设置成能卡在两个弧形板5的间隙间，使两个弧形板5的间距相对固定；药卷6被设置在装药空间501内，与弧形板5的长度相同，且在向着间隙51的方向上设有两条三角形的切口61；其中，定位块4的外沿被设置成能贴附于爆破孔内壁的弧面，使装药空间501处于爆破孔的中间位置；弧形板5的外部空间填充缓冲介质7。
在优选的实施例中，结合图5所示，缓冲介质7为水介质，被通过水袋的方式填放在弧形板5外侧和爆破孔内侧的空间内，在间隙沿径向延伸的方向为空气介质。
具体的，水袋采用防划的塑料薄膜制成，内部填充水，外形被设置成能贴附在弧形板5的外壁，大致呈弧板型，并在外壁面和内壁面设置成凹凸结构，以适应不同的直径以及容纳孔内的石屑，便于带有水袋的弧形板5被放置到孔内。
如此，通过在弧形板5的外部填充水介质，水介质进行能量传递，炸药爆炸后的冲击波及爆轰产物在水介质中的传播速度远小于在空气中的传播速度，因此，炸药在水介质周围爆炸后的能量较均匀地作用于被爆介质壁面上，有利于分散炸药爆炸时产生的能量，保护预留壁面。
结合图9a-9b所示，在断面上半圆圆心处所受的冲击力最大，并且冲击波基本辐射到了整个断面，可知整个断面的爆破效果是很好的，这种起爆网络可以有效的对整个断面起一个很好的爆破效果，破碎效果是非常的完美，并且图中可以看到，虽然上半部分圆心处收到的冲击力最大，但是并没有影响到顶部的稳定结构并且在周边的冲击力也是逐渐递减，当到达边缘时，基本上都已经递减为零，因此起爆网络达到较好的减震效果。
结合图10a-10b，通过现场爆破振动测试，传统爆破引起的质点振动峰值速度为0.568cm/s，采用聚能水压光面爆破技术的振动峰值速度为0.203cm/s，聚能水压爆破技术具有较好的减振效果，相比常规爆破，光面减振率可达64.3％。
在优选的的示例中，弧形板5的内壁设有防爆涂层，其中，防爆涂层是聚氨酯涂层或聚脲涂层。
结合图6和图7所示，定位块4包括支撑部41、连接部43和限位部42，连接部43被设置在间隙51中，支撑部41和限位部42分别设置在连接部43的两端，其中，支撑部41设有与爆破孔内壁贴合的弧面411，限位部42设有与弧形板5贴合的弧面421，限位部42的内沿为平面。
如此，在安装定位块4时，将连接部43放置在弧形板5的间隙51中，其中，支撑部41与孔壁接触，限位部42与弧形板5内壁接触。实现对弧形板5的支撑，使其稳定居中布置在爆破孔内。
具体的，支撑部41设有与爆破孔内壁贴合的弧面411，使支撑部41能和孔内壁贴合，支撑部41优选为泡沫或橡胶材质，可以在填入到孔内时，具有更好的支撑性，能跟随石屑而变形，同时由于两个定位块4之间具有空隙，可以使石屑从旁边的间隙中排出，不会造成堵孔。
在优选的实施例中，为了进一步的便于将定位块4塞入到孔中，并具有良好的适应性，同时也具备好的支撑能力，支撑部4靠近弧面411的内侧部位设有形变腔。
结合图6-7所示，为了能保持弧形板5具有相互对合的力，不会相互分离，限位部42设有与弧形板5内壁贴合的弧面421，弧面421贴在弧形板5的内壁，当弧形板5具有分离趋势时，会挤压弧面421，产生反作用力，因此，实现对弧形板5的限位。
在优选的实施例中，为了能便于装填药卷，限位部42向内延伸的体积不能太大，因此，限位部42的内沿为平面。
结合图5-6所示，支撑部41被设置成扇形，自间隙51处向外延伸至爆破孔内壁，支撑部41的外沿形成与爆破孔内壁贴合的弧面411。通过这种形状的结构设计可以增加与孔壁之间的接触面积，提高利用支撑部41定位的稳定性，同时利用支撑部41也起到对间隙51方向的指向作用。
结合图7所示，在弧形板5靠近爆破孔底部的一端设有缓冲介质7(水袋)，在弧形板5靠近爆破孔外部的一端设有填塞物31。
在炮孔的最底部安装水袋32，孔口使用黏土和砂的混合物进行回填堵塞，以达到充分利用爆破势能、聚能导向、改善爆破效果、保护原岩的目的，另外才孔内填充水袋可以大大削弱噪声、爆破飞石、冲击波、爆破振动及爆破烟尘等有害效应。
本发明提出另一种技术方案，利用上述方案中的大断面洞穴爆破结构，包括以下步骤：
步骤S1：炮眼布置：空孔100设置于掘进作业面的中心线上，装药孔1呈菱形布置在空孔100的周围，装药孔1与空孔100之间的孔距为1.5-1.7倍的空孔直径，装药孔1的外围布置有矩形布孔的一次主爆孔，一次主爆孔的外围布置有二次主爆孔，二次主爆孔布置有三次主爆孔，爆破作业面轮廓上布置有周边孔；
步骤S2：炮眼掏槽：空孔100垂直于作业掘进面钻孔长度为4.8-5m，装药孔1垂直于掘进面钻孔长度为4.3-4.5m，主爆孔垂直于掘进面钻孔长度为5m，周边孔垂直于掘进面钻孔长度为5m；
步骤S3：炮眼装药：结合图3所示，空孔100的孔底装药400mm，装药孔1内间隔装填400mm药卷和400mm堵塞物，其中，孔口处堵塞700-900mm，结合图4所示，主爆孔孔底布置一米长加强段203，加强段203内间隔布置300mm药卷、50mm堵塞物，再向外布置3m长正常装药段202，其中，正常装药段202内间隔布置300mm药卷、300mm堵塞物，孔口布置1m长堵塞段201，结合图8所示，周边孔3孔内通过聚能水介质装药结构装药；
步骤S4：起爆：装药孔1内的药卷被由外至内以12ms时间间隔微差起爆，装药孔1中最后一卷炸药引爆后间隔5ms后空孔100底部装药起爆，装药孔1、一次主爆孔、二次主爆孔、三次主爆孔和周边孔3间隔25ms起爆，一次主爆孔、二次主爆孔和三次主爆孔内的药卷被由外至内以12ms时间间隔微差起爆。
在优选的示例中，在起爆过程中，使用数码电子雷管控制药卷的起爆时间间隔。
表一：常规光面爆破与本发明爆破钻孔费用对比
从表中可以看出，聚能水压爆破每米钻孔费用比常规光面爆破节约837.5元。即节省39.9％，并且大大提高劳动生产效率，周边孔打孔时间减少30min，每循环时间缩短，有利于加快工程进度。据此，在洞库掘进中，最佳的爆破方式应选取聚能水压光面爆破。
如此，结合以上实施例，本发明的掏槽孔采用孔内间隔装药以及延时起爆的方式，能减少孔眼靠近内部的药包爆炸时岩石受到的阻力，改变药包底盘抵抗线，在前端装药向后段装药传播的应力波未完全消失时，同时前段爆破的岩石与后段岩石已经分离出一段间距后，起爆后段装药，使靠近内部的岩石整体阻力小，能充分受到药包爆破能量而破碎移动，有利于向内达到更深的进尺深度，增加炮眼利用率以及月进尺深度；
主爆孔通过调整装药间隔的方式实现整体较小的装药密度，底部通过连续或缩小间隔距离的方式加强装药，通过这种方式不仅增加了爆破效果，且可以节省炸药的使用量，以降低生产成本；
周边孔采用由弧形板和支撑块组成的聚能爆破装药结构，实现不耦合装药，避免药包因与孔壁直接接触而造成的爆炸冲击波对预裂面的严重破坏，对爆炸过程产生能量有一定的缓冲和抑制作用，减小了应力对两侧炮孔壁的破坏作用，较好的保护了围岩的稳定性，并通过弧形板间的间隙实现聚能爆破，爆轰产物在双向聚能槽切槽连线方向上高速运动，并产生应力集中，产物形成的高能射流首先作用于切槽方向的孔壁上，岩体沿炮孔连线开始破裂，形成最终的预裂缝，并利用弧形板外的水介质分散炸药爆炸时产生的能量，保护预留壁面，使预裂面光滑；
因此，本发明在不改变现有凿岩设备和生产技术的条件下，通过对孔内装药和起爆设计的改变，实现了更深的进尺深度，更少的装药量以及更佳的爆破效果。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (10)
1.一种大断面洞穴爆破结构，其特征在于，包括：
掏槽孔，由开设于掘进作业面的空孔和位于空孔周围的四个装药孔构成；
主爆孔，设置于掏槽孔的外围，被设置成孔间间隔起爆；
周边孔，被设置在主爆孔的外围；
其中，所述装药孔内设有间隔分布的装药段和堵塞段，且间隔分布的装药段被设置成孔内延时起爆，所述主爆孔内设有间隔且延时起爆的装药段，所述周边孔内设有聚能水介质装药结构。
2.根据权利要求1所述的大断面洞穴爆破结构，其特征在于，所述聚能水介质装药结构包括：
凹面相对布置的两个弧形板，两个所述弧形板边沿具有间隙，两个弧形板内侧形成容纳炸药的装药空间；定位块，被设置成能卡在两个所述弧形板的间隙间，使两个所述弧形板的间距相对固定；药卷，被设置在所述装药空间内，与弧形板的长度相同，且在向着间隙的方向上设有两条三角形的切口；其中，所述定位块的外沿被设置成能贴附于爆破孔内壁的弧面，使装药空间处于爆破孔的中间位置；所述弧形板的外部空间填充缓冲介质。
3.根据权利要求2所述的大断面洞穴爆破结构，其特征在于，所述定位块包括支撑部、连接部和限位部，所述连接部被设置在所述间隙中，所述支撑部和限位部分别设置在连接部的两端，其中，所述支撑部设有与爆破孔内壁贴合的弧面，所述限位部设有与弧形板贴合的弧面，所述限位部的内沿为平面。
4.根据权利要求1所述的大断面洞穴爆破结构，其特征在于，所述主爆孔内设有孔口堵塞段、正常装药段和底部加强段，所述正常装药段和底部加强段内均包含间隔分布的装药段和堵塞段，其中，位于正常装药段内的装药段和堵塞段的长度均为300mm，位于底部加强段的装药段长度为300mm，堵塞段长度为50mm。
5.根据权利要求4所述的大断面洞穴爆破结构，其特征在于，所述主爆孔包括由掏槽孔逐渐靠近周边孔的一次主爆孔、二次主爆孔和三次主爆孔，一次主爆孔、二次主爆孔、三次主爆孔被设置成孔间间隔起爆。
6.根据权利要求4所述的大断面洞穴爆破结构，其特征在于，所述孔口堵塞段内填充黏土以及砂粒。
7.根据权利要求1所述的大断面洞穴爆破结构，其特征在于，位于所述装药孔内的堵塞段的长度和装药段的长度相同。
8.根据权利要求1所述的大断面洞穴爆破结构，其特征在于，所述空孔的深度比装药孔的深度深30-50cm，所述空孔的底部设有抛掷装药段。
9.一种根据权利要求1-7任意一项所述的大断面洞穴爆破结构的爆破方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：炮眼布置：空孔设置于掘进作业面的中心线上，装药孔呈菱形布置在空孔的周围，装药孔与空孔之间的孔距为1.5-1.7倍的空孔直径，装药孔的外围布置有矩形布孔的一次主爆孔，一次主爆孔的外围布置有二次主爆孔，二次主爆孔布置有三次主爆孔，爆破作业面轮廓上布置有周边孔；
步骤S2：炮眼掏槽：空孔垂直于作业掘进面钻孔长度为4.8-5m，装药孔垂直于掘进面钻孔长度为4.3-4.5m，主爆孔垂直于掘进面钻孔长度为5m，周边孔垂直于掘进面钻孔长度为5m；
步骤S3：炮眼装药：空孔的孔底装药400mm，装药孔内间隔装填400mm药卷和400mm堵塞物，其中，孔口处堵塞700-900mm，主爆孔孔底布置一米长加强段，加强段内间隔布置300mm药卷、50mm堵塞物，再向外布置3m长正常装药段，其中，正常装药段内间隔布置300mm药卷、300mm堵塞物，孔口布置1m长堵塞段，周边孔孔内通过聚能水介质装药结构装药；
步骤S4：起爆：装药孔内的药卷被由外至内以12ms时间间隔微差起爆，装药孔中最后一卷炸药引爆后间隔5ms后空孔底部装药起爆，装药孔、一次主爆孔、二次主爆孔、三次主爆孔和周边孔间隔25ms起爆，一次主爆孔、二次主爆孔和三次主爆孔内的药卷被由外至内以12ms时间间隔微差起爆。
10.根据权利要求9所述的大断面洞穴的爆破方法，其特征在于，在起爆过程中，使用数码电子雷管控制药卷的起爆时间间隔，所述装药孔内炸药的间隔起爆时间
其中，td＝kh1；
式中，td是底盘岩体开始移动的时间，k是与岩性、药包直径以及药包抵抗线有关的常数，在岩石硬度系数f＝10-12的强蚀变千枚岩和花岗闪长斑岩内，k＝3.2ms/m，h1是药包底盘抵抗线，S是新的自由面形成所需的裂缝宽度，标志爆破体已脱离岩体，定义S＝10mm，vc是平均裂缝张开速度，在岩石硬度系数f＝10-12矿岩内，vc＝3.3-3.4m/s。
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| GR01 | Patent grant |