CN116753796B - 基于开挖部位围岩的爆破参数调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了基于开挖部位围岩的爆破参数调整方法，属于岩层探测技术领域，包括：沿开挖部位掌子面外沿的周向钻多个探测孔，然后将至少两个顶杆分别插入对应的探测孔内。将发射器对待爆破区域外侧所检测到的岩层数据设定为外围数据；将发射器对待爆破区域内部所检测到的信息设定为内侧数据；内侧数据包括接收器接收到探测波时所反馈的数据。通过外围数据和内侧数据构建模型，并通过模型进行爆破演练，根据演练的结果对实际的爆破参数进行相应的调整。本发明提供的基于开挖部位围岩的爆破参数调整方法能够在爆破前对待爆破区域进行较为全面的检测，从而可以进行后续的演练等操作，解决了过爆以及欠爆等问题，提高了爆破的精度以及可控性。

Description

基于开挖部位围岩的爆破参数调整方法

技术领域

本发明属于岩层探测技术领域，更具体地说，是涉及基于开挖部位围岩的爆破参数调整方法。

背景技术

隧道是公路、铁路等建设的重点和关键工程。随着铁路建设的发展和科技的进步，隧道开挖方法得到了迅猛发展。比较常用的开挖方法有钻爆法、盾构法和掘进机法。由于钻爆法对地质条件适应性强，开挖成本低，特别适用于坚硬岩石隧道、破碎岩石隧道及大量短隧道的施工，因此钻爆法仍是当前国内外常用的隧道开挖方法。

但是现有的爆破方法由于对围岩的分布以及形状等分析不到位并且精度不高，在实际施工中非常容易过爆以及欠爆等问题，由于爆破精度不够高影响了隧道岩壁的爆破质量，从而导致增加了施工的难度和施工效率。

发明内容

本发明的目的在于提供基于开挖部位围岩的爆破参数调整方法，旨在解决对待爆破区域围岩的分布以及形状无法有效的判定分析精度不高的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供基于开挖部位围岩的爆破参数调整方法，包括：

沿开挖部位掌子面外沿的周向钻多个探测孔，然后将至少两个顶杆分别插入对应的所述探测孔内；

驱动所述顶杆自转，使所述顶杆上的发射器可以沿周向发出探测波，同时使所述顶杆上的接收器可以沿周向接收所述探测波；

将所述发射器对待爆破区域外侧所检测到的岩层数据设定为外围数据；将所述发射器对所述待爆破区域内部所检测到的信息设定为内侧数据；所述内侧数据包括所述接收器接收到所述探测波时所反馈的数据；

通过所述外围数据和所述内侧数据构建模型，并通过所述模型进行爆破演练，根据演练的结果对实际的爆破参数进行相应的调整。

在一种可能的实现方式中，所述沿开挖部位掌子面外沿的周向钻多个探测孔包括：

根据所述掌子面的形状，已经爆破的岩层情况，所述发射器所能覆盖的范围等合理设定所述探测孔的数量和位置。

在一种可能的实现方式中，在所述沿开挖部位掌子面外沿的周向钻多个探测孔之前包括：

通过探测仪对所述掌子面进行初步测量，使所述探测孔能够尽量避开较硬岩石。

在一种可能的实现方式中，在所述使所述顶杆上的发射器可以沿周向发出探测波，同时使所述顶杆上的接收器可以沿周向接收所述探测波之后还包括：

当所述探测孔数量大于所述顶杆的数量时，在完成一次测量之后，调整所述顶杆的相对位置并再次进行测量，从而扩大对所述待爆破区域的检测范围。

在一种可能的实现方式中，所述内侧数据包括所述接收器接收到所述探测波时所反馈的数据；包括：

将所述发射器的覆盖范围与所述接收器的接收范围重叠且位于所述待爆破区域内的部分，以及所述覆盖范围位于所述待爆破区域内的部分检测到的信息均设定为所述内侧数据；

将所述覆盖范围位于所述待爆破区域外的部分所检测到的信息设定为所述外围数据。

在一种可能的实现方式中，所述驱动所述顶杆自转包括：

实时确定所述顶杆转动的角度以及所述顶杆上各所述发射器以及所述接收器的空间位置和角度，从而实时确定所述覆盖范围和所述接收范围。

在一种可能的实现方式中，所述通过所述外围数据和所述内侧数据构建模型包括：

根据各角度的所述覆盖范围和所述接收范围的位置，在上位机内对所述外围数据和所述内侧数据进行整合。

在一种可能的实现方式中，所述并通过所述模型进行爆破演练包括：

在所述上位机内根据整合后的数据生成模型，通过在所述模型上设定材质参数从而进行演练。

在一种可能的实现方式中，所述在所述上位机内根据整合后的数据生成模型包括：

提取所述内侧数据以及所述外围数据所反馈的大致轮廓信息，在所述上位机内构建出所述模型。

在一种可能的实现方式中，所述通过在所述模型上设定材质参数从而进行演练包括：

在所述模型的对应设置爆破物，并根据爆破物的规格设定出冲击力以及冲击范围；

在所述上位机内进行模拟爆破，根据爆破的结果对所述爆破物的位置和角度等进行调整。

本发明提供的基于开挖部位围岩的爆破参数调整方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明基于开挖部位围岩的爆破参数调整方法中首先沿掌子面外沿的周向钻多个探测孔，然后将至少两个顶杆分别插入对应的探测孔内。在顶杆自转的过程中，顶杆上的发射器会发出探测波，探测波能够对待爆破区域内部以及外侧的岩层信息进行检测，而接收器能够接收发射器所发出的探测波，同时需要指出的是，发射器能够直接对待爆破区域外侧的岩层数据进行检测。

通过发射器以及接收器最终会反应不同位置的内侧数据和外围数据，通过内侧数据以及外围数据就能够构建模型，而模型反应的是待爆破区域内岩石的分布情况，通过模型即可进行爆破演练，从而能够根据结果对实际拟定的爆破参数进行调整。

本申请中，通过顶杆上的发射器以及接收器，从而能够在爆破前对待爆破区域进行较为全面的检测，从而可以进行后续的演练等操作，解决了过爆以及欠爆等问题，提高了爆破的精度以及可控性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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为本发明实施例提供的基于开挖部位围岩的爆破参数调整方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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。

请参阅图1，现对本发明提供的基于开挖部位围岩的爆破参数调整方法进行说明。基于开挖部位围岩的爆破参数调整方法，包括：

沿开挖部位掌子面外沿的周向钻多个探测孔，然后将至少两个顶杆分别插入对应的探测孔内。

驱动顶杆自转，使顶杆上的发射器可以沿周向发出探测波，同时使顶杆上的接收器可以沿周向接收探测波。

将发射器对待爆破区域外侧所检测到的岩层数据设定为外围数据；将发射器对待爆破区域内部所检测到的信息设定为内侧数据；内侧数据包括接收器接收到探测波时所反馈的数据。

通过外围数据和内侧数据构建模型，并通过模型进行爆破演练，根据演练的结果对实际的爆破参数进行相应的调整。

本发明提供的基于开挖部位围岩的爆破参数调整方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明基于开挖部位围岩的爆破参数调整方法中首先沿掌子面外沿的周向钻多个探测孔，然后将至少两个顶杆分别插入对应的探测孔内。在顶杆自转的过程中，顶杆上的发射器会发出探测波，探测波能够对待爆破区域内部以及外侧的岩层信息进行检测，而接收器能够接收发射器所发出的探测波，同时需要指出的是，发射器能够直接对待爆破区域外侧的岩层数据进行检测。

通过发射器以及接收器最终会反应不同位置的内侧数据和外围数据，通过内侧数据以及外围数据就能够构建模型，而模型反应的是待爆破区域内岩石的分布情况，通过模型即可进行爆破演练，从而能够根据结果对实际拟定的爆破参数进行调整。

本申请中，通过顶杆上的发射器以及接收器，从而能够在爆破前对待爆破区域进行较为全面的检测，从而可以进行后续的演练等操作，解决了过爆以及欠爆等问题，提高了爆破的精度以及可控性。

受地质环境和人类开挖活动的影响，煤矿深部巷道围岩存在着大量的结构面。这些结构面常常是围岩力学强度相对薄弱的部位，它导致围岩力学性质的不连续性、不均一性和各向异性，其空间分布和组合情况对围岩的介质特征和力学属性有着至关重要的影响。因此，探测分析围岩结构并掌握其演化过程对煤矿深部巷道围岩稳定控制及安全性评估具有重要的意义。

目前，围岩结构探测的主要手段仍是钻孔岩芯测定法，它简单、方便、直观、实用。但是，由于煤矿深部围岩的高地应力和软弱破碎特征，岩芯采取非常困难，导致钻孔岩芯测定法难以反映结构面的发育特征。而钻孔结构面数字式全景摄像系统，可以通过钻孔摄像取得钻孔内部的图像信息，给出高分辨率的360°孔壁展开图及立体柱状图，进而获取钻孔结构面的产状、迹长、隙宽和填充物等信息。然而，受客观条件的制约，测试钻孔难以覆盖围岩的全部区域，通过单个钻孔摄像得到的信息往往只能反映局部围岩的结构特征，难以反映围岩结构的区域特征。另外，巷道开挖后的围岩结构事实上是动态变化的，而仅通过钻孔摄像方法很难掌握这种变化过程。因此，亟需一种新的探测分析方法来获取煤矿深部巷道区域围岩的结构演化过程，而这种方法国内外文献尚未见报道。

传统的超声波检测是跨孔检测方式，即在被检测对象两侧放置声测管，将超声波激发和接收探头分别放置在两声测管中进行数据采集，利用的是透射波信息。

现有技术在对围岩掌子面进行爆破时，往往仅通过图像的采集，来大致的推测出在掌子面后侧也即待爆破区域的岩层的结构以及岩石的分布情况，但是需要指出的是，上述的方法存在一定的缺陷，首先岩石的形状各异，仅通过掌子面的图像进行推测很难保证准确性，最终的结果是过爆或者欠爆。

在本申请提供的基于开挖部位围岩的爆破参数调整方法的一些实施例中，沿开挖部位掌子面外沿的周向钻多个探测孔包括：

根据掌子面的形状，已经爆破的岩层情况，发射器所能覆盖的范围等合理设定探测孔的数量和位置。

为了能够确定出待爆破区域内岩石分布情况，本申请中在爆破之前沿掌子面的周向钻多个探测孔，在探测孔施工完成后，将顶杆插入探测孔内，通过顶杆上安装的接收器和发射器来对待爆破区域内的具体情况进行测量。

需要特别指出是，发射器会发出探测波，通过探测波可以检测一定范围内的岩层分布情况，也即探测波发出的脉冲信号接触不同密度的物体表面时方向以及角度会发生相应的变化，实施例为，探测波在遇到密度较大的物体表面时会进行全反射，此时通过确定接收到的探测波的角度以及探测波发出和接收的时间间隔，就能够大致推算出密度较大物体的相对于发射器以及接收器的位置。

本申请中的探测孔用于插入顶杆，为了便于施工同时对待爆破区域进行尽可能多的分析，通常情况下探测孔沿隧道等长度方向上开设。虽然探测孔的数量越多，那么顶杆的检测范围也就越大，最终的检测精度也就越高，但是探测孔数量的增多会影响施工效率，因此如果岩层结构较为简单，那么可以钻两个探测孔，对应岩层结构较为复杂的场景，则需要钻至少三个探测孔。

在地下工程开挖过程中，为了对围岩的稳定性进行分析，常常需要确定岩体开挖过程中围岩松弛深度的变化情况，为稳定性的分析提供数据基础。在实际工程条件下，围岩的松弛深度受到围岩性质、地应力、开挖方法等多重因素叠加影响，其形成、发展的机理和过程十分复杂，现有理论计算和数值模拟均难以进行准确地判断。因此，工程实践中往往需要借助多种现场监测手段来实现对围岩松弛深度的监测。其中，钻孔摄像技术和声波测试是围岩松弛深度监测中较为常用的两种监测方法，同时，又因为两者在监测过程中存在一定的相似性，比如两者在监测过程中通常共同使用同一钻孔。经过研究发现，当前钻孔成像技术以及声波探测方法的监测设备构成较多，且存在部分设备构成重复的状况，比如声波探测技术的设备主要包括声波探头，电缆线，探杆，声波采集仪几部分；钻孔摄像技术的设备主要有摄像探头，电缆线，探杆，三脚架，深度线，钻孔摄像采集仪构成。在使用钻孔成像技术以及声波探测方法对岩体进行监测的过程中，探头及电缆线在钻孔中的移动主要是连接探杆后通过人工将探头推进以及拉出。

在本申请提供的基于开挖部位围岩的爆破参数调整方法的一些实施例中，在沿开挖部位掌子面外沿的周向钻多个探测孔之前包括：

通过探测仪对掌子面进行初步测量，使探测孔能够尽量避开较硬岩石。

在一次爆破完成之后需要进行清理等一系列后续的工作，而在两次爆破之间需要钻探测孔，并且需要尽量的保证能探测孔尽可能沿当前掌子面的外沿设置，从而才能最大化的提高发射器的检测范围。

如果探测孔穿过岩石，那么在穿入顶杆之后，位于岩石内部的发射器所发出的探测波可能无法有效穿过岩石，并且位于岩石内部的接收器可能也无法有效的接收到发射器所发出的探测波。

基于上述原因，就需要在钻探测孔之前通过探测仪对待爆破区域进行初步的测量，然后以尽可能的位于掌子面的外沿为原则，确保探测孔能够避开岩石，最终保证测量的精确。

在本申请提供的基于开挖部位围岩的爆破参数调整方法的一些实施例中，内侧数据包括接收器接收到探测波时所反馈的数据；包括：

将发射器的覆盖范围与接收器的接收范围重叠且位于待爆破区域内的部分，以及覆盖范围位于待爆破区域内的部分检测到的信息均设定为内侧数据。

将覆盖范围位于待爆破区域外的部分所检测到的信息设定为外围数据。

本申请中在顶杆上安装有发射器同时安装有接收器，发射器发出探测波，而接收器能够接收到探测波。需要指出的是，本申请中顶杆的数量至少为两个，同时为了能够更为全面的对待爆破区域进行检测，因此在将顶杆插入探测孔内之后，需要使顶杆绕自身的轴线转动，在顶杆转动的过程中，发射器会实时发出探测波，同时接受器会实时接受探测波。需要指出的是，当顶杆上的发射器位于远离另一个顶杆的侧面时，也即发射器发出的探测波无法被自身的接收器以及另一个顶杆上的接收器接收时，此时发射器发出的探测波可以测量待爆破区域外侧的岩层结构，此时仅通过发射器来辅助实现接收器的作用，借助发射器所反馈的数据，对一定范围内的岩层结构进行一定程度的探测。

而当两个顶杆上的发射器与接收器相对设置时，此时可以理解为发射器发出的探测波通过待爆破区域就能够直接被接收器接收到，此时探测波直接穿过了待爆破区域，从而能够直接且准确的对待爆破区域的内部进行检测和分析。

在本申请提供的基于开挖部位围岩的爆破参数调整方法的一些实施例中，在使顶杆上的发射器可以沿周向发出探测波，同时使顶杆上的接收器可以沿周向接收探测波之后还包括：

当探测孔数量大于顶杆的数量时，在完成一次测量之后，调整顶杆的相对位置并再次进行测量，从而扩大对待爆破区域的检测范围。

为了能够插入顶杆，本申请中探测孔的数量至少为两个，当将两个顶杆分别插入对应的探测孔内之后，那么顶杆的位置就已经确定了，同时顶杆上的接收器和发射器所能检测的范围也就确定了。

实施例为，两个探测孔均位于掌子面的中部，在插入顶杆之后那么待爆破区域中部的岩层可以较为准确的测量，但是顶部以及底部的岩层由于发射器发出的探测波无法覆盖，而接收器无法接收到探测波，只能通过发射器进行辅助的测量，就可能存在检测精度较低的问题。

更为重要的是，部分待爆破区域岩层较为复杂，此时需要钻至少三个探测孔，虽然可以在每个探测孔内均插入顶杆，但是相应的成本较高。因此可首先将两个顶杆插入两个探测孔内，当检测完成之后，将顶杆抽出并插入其他探测孔内，然后再进行检测，通常情况下需要同时改变两个顶杆的位置，最终实现对待爆破区域的全面检测。

在本申请提供的基于开挖部位围岩的爆破参数调整方法的一些实施例中，驱动顶杆自转包括：

实时确定顶杆转动的角度以及顶杆上各发射器以及接收器的空间位置和角度，从而实时确定覆盖范围和接收范围。

为了进行全面的探测，就需要发射器和接收器分别可以360°发出以及接收探测波，因此在顶杆插入对应的探测孔内之后，需要使顶杆自转，从而使得发射器可以沿周向发出探测波，而接受器也可以沿周向接受探测波。

为了更详细的进行说明，发射器和接受器均螺旋排布在顶杆上，进而在一定程度上避免发射器和接受器沿直线排布时，探测波的相互干涉问题。

更为重要的是，由于顶杆上发射器和接收器的数量为多个，发射器的位置不同那么探测波覆盖的范围也就不同，如果不能对发射器的位置进行精确的判断，那么岩层的具体结构也就无法确定，这也就使得检测的可信度大打折扣。因此需要编码器等角度测量装置来确定出当前顶杆转动的角度，当接收器接收到探测波之后，通过编码器等能够确定出当前接收器所在的位置以及角度，同时能够确定出当前发射器发射探测波时的角度以及位置，从而确定出待爆破区域内的结构。

在本申请提供的基于开挖部位围岩的爆破参数调整方法的一些实施例中，通过外围数据和内侧数据构建模型包括：

根据各角度的覆盖范围和接收范围的位置，在上位机内对外围数据和内侧数据进行整合。

顶杆上的发射器和接收器通过顶杆内部的引线将相关的数据传出，而从顶杆上传出的数据最终会输入至上位机内。在上位机内会接收到两种类型的数据，一种为仅通过发射器所探测的岩层数据，出现上述情况的原因是，另一个顶杆上的接收器或者同一个顶杆上的接收器没有接收到探测波，这部分岩层数据通常情况下表征的为待爆破区域的外围。另一种数据为发射器发出探测波之后，接收器接收到了对应的探测波，由于接收器接收到了探测波，说明两个顶杆上的发射器和接收器所覆盖的区域有重叠，该重叠的区域更多的是覆盖部分待爆破区域，能够真实反应待爆破区域内的岩层情况。

上位机需要将两种不同的数据根据顶杆当时的角度进行整合，最终会形成待爆破区域以及外围的岩层信息。

在本申请提供的基于开挖部位围岩的爆破参数调整方法的一些实施例中，并通过模型进行爆破演练包括：

在上位机内根据整合后的数据生成模型，通过在模型上设定材质参数从而进行演练。

通过上位机所模拟出的后方的岩层结构，就能够大致推算出岩石的分布情况，由于待爆破区域内的岩石分布已经确定，并且在爆破之前能够确定出掌子面后侧的围岩结构。

当上述情况均确定之后，在上位机内可以进行爆破的模拟，通过模拟能够确定出在爆破冲击力的作用下，岩石以及土壤等的运动情况，从而提前对可能出现的欠爆和过爆等作出预警，从而能够对爆破参数进行合理的选择。

在本申请提供的基于开挖部位围岩的爆破参数调整方法的一些实施例中，在上位机内根据整合后的数据生成模型包括：

提取内侧数据以及外围数据所反馈的大致轮廓信息，在上位机内构建出模型。

为了更直接的进行说明，首先通过发射器和接收器所发出以及接收的探测波能够大致推算出在待爆破区域内岩石的大致分布情况以及相应的体积，而待爆破区域外侧的岩层结构，通过发射器也能够进行相应的检测，当上述步骤均完成之后，可在上位机内进行相应的建模，同时在模型上设置相应的材质参数，使模型与现实中的情况相同，从而最真实的模拟出爆破后岩石的运动情况。

在本申请提供的基于开挖部位围岩的爆破参数调整方法的一些实施例中，通过在模型上设定材质参数从而进行演练包括：

在模型的对应设置爆破物，并根据爆破物的规格设定出冲击力以及冲击范围。

在上位机内进行模拟爆破，根据爆破的结果对爆破物的位置和角度等进行调整。

当上述情况均确定之后，需要在上位机内进行模拟爆破，借助有限元分析，然后根据模拟后爆破的结果，从而对现实中的爆破参数进行相应的调整。

并且在上位机内可以通过改变爆炸物的位置、角度和药量等进行提前的预演，模拟出最适宜的爆破方案，提高最终的爆破效果。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.基于开挖部位围岩的爆破参数调整方法，其特征在于，包括：

沿开挖部位掌子面外沿的周向钻多个探测孔，然后将至少两个顶杆分别插入对应的所述探测孔内；

驱动所述顶杆自转，使所述顶杆上的发射器可以沿周向发出探测波，同时使所述顶杆上的接收器可以沿周向接收所述探测波；

将所述发射器对待爆破区域外侧所检测到的岩层数据设定为外围数据；将所述发射器对所述待爆破区域内部所检测到的信息设定为内侧数据；所述内侧数据包括所述接收器接收到所述探测波时所反馈的数据；

通过所述外围数据和所述内侧数据构建模型，并通过所述模型进行爆破演练，根据演练的结果对实际的爆破参数进行相应的调整；

在所述使所述顶杆上的发射器可以沿周向发出探测波，同时使所述顶杆上的接收器可以沿周向接收所述探测波之后还包括：

当所述探测孔数量大于所述顶杆的数量时，在完成一次测量之后，调整所述顶杆的相对位置并再次进行测量，从而扩大对所述待爆破区域的检测范围；

所述内侧数据包括所述接收器接收到所述探测波时所反馈的数据；包括：

将所述发射器的覆盖范围与所述接收器的接收范围重叠且位于所述待爆破区域内的部分，以及所述覆盖范围位于所述待爆破区域内的部分检测到的信息均设定为所述内侧数据；

将所述覆盖范围位于所述待爆破区域外的部分所检测到的信息设定为所述外围数据；

所述驱动所述顶杆自转包括：

实时确定所述顶杆转动的角度以及所述顶杆上各所述发射器以及所述接收器的空间位置和角度，从而实时确定所述覆盖范围和所述接收范围；

所述通过所述外围数据和所述内侧数据构建模型包括：

根据各角度的所述覆盖范围和所述接收范围的位置，在上位机内对所述外围数据和所述内侧数据进行整合；

所述并通过所述模型进行爆破演练包括：

在所述上位机内根据整合后的数据生成模型，通过在所述模型上设定材质参数从而进行演练；

所述通过在所述模型上设定材质参数从而进行演练包括：

在所述模型的对应位置设置爆破物，并根据爆破物的规格设定出冲击力以及冲击范围；

在所述上位机内进行模拟爆破，根据爆破的结果对所述爆破物的位置和角度进行调整。

2.如权利要求1所述的基于开挖部位围岩的爆破参数调整方法，其特征在于，所述沿开挖部位掌子面外沿的周向钻多个探测孔包括：

根据所述掌子面的形状，已经爆破的岩层情况，所述发射器所能覆盖的范围合理设定所述探测孔的数量和位置。

3.如权利要求1所述的基于开挖部位围岩的爆破参数调整方法，其特征在于，在所述沿开挖部位掌子面外沿的周向钻多个探测孔之前包括：

通过探测仪对所述掌子面进行初步测量，使所述探测孔能够尽量避开较硬岩石。

4.如权利要求1所述的基于开挖部位围岩的爆破参数调整方法，其特征在于，所述在所述上位机内根据整合后的数据生成模型包括：

提取所述内侧数据以及所述外围数据所反馈的轮廓信息，在所述上位机内构建出所述模型。