CN117167086A - 一种隧道岩爆超前应力释放及支护一体化方法 - Google Patents
一种隧道岩爆超前应力释放及支护一体化方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117167086A CN117167086A CN202311064018.3A CN202311064018A CN117167086A CN 117167086 A CN117167086 A CN 117167086A CN 202311064018 A CN202311064018 A CN 202311064018A CN 117167086 A CN117167086 A CN 117167086A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- advanced
- stress
- hole
- rock burst
- stress release
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 71
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 47
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000005422 blasting Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 claims description 15
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 13
- 239000002360 explosive Substances 0.000 claims description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 7
- 238000013473 artificial intelligence Methods 0.000 claims description 4
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 4
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 7
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 11
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 2
- DLHONNLASJQAHX-UHFFFAOYSA-N aluminum;potassium;oxygen(2-);silicon(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Si+4].[Si+4].[Si+4].[K+] DLHONNLASJQAHX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000009933 burial Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 239000010438 granite Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
本发明提供了一种隧道岩爆超前应力释放及支护一体化方法，涉及深部隧道工程技术领域，包括如下步骤：S1、获取结构面参数信息，获取地应力参数信息；S2、通过采集、分析岩体内部破裂信号进行岩爆预警等级评估；S3、钻设超前应力释放孔，并使超前应力释放孔穿过应力集中区；S4、根据岩爆预警等级确定超前应力释放孔装药量；S5、封堵超前应力释放孔孔口至其经过的相邻周边孔中间位置孔段；S6、爆破开挖；S7、待S6结束，安装锚杆；S8、返回执行S2，进行下一个循环。本发明提高了应力释放及支护的针对性，增强了应力释放效果，降低了支护工程量，具有很高的工程实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及深部隧道工程技术领域，具体而言，尤其涉及一种隧道岩爆超前应力释放及支护一体化方法。
背景技术
深部岩体具有高地应力的特点，岩体内储存有大量的弹性能，在深部隧道工程施工时，岩体内应力重分布会导致弹性能的突然释放，发生岩爆灾害，严重威胁施工人员、设备安全，影响工程进度。
目前，岩爆预警、应力释放和能量吸收是岩爆防控的主要手段。岩爆预警技术可以预警岩爆发生的位置和等级；应力释放技术可以提前释放岩体内储存的弹性能，降低岩爆发生风险和等级；能量吸收技术通过采用吸能支护材料，可以为围岩提供高预紧力，在岩爆发生时提供变形空间吸收岩爆释放的能量，降低岩爆破坏性。
上述技术取得了较好的岩爆防控效果，但实际应用中表现出施工繁琐、工程量大、影响正常工序、成本高、针对性低等问题，未能实现与掘进施工的紧密配合。例如应力释放和能量吸收独立实施，在钻设完超前应力释放孔后还需钻设锚杆钻孔，施工繁琐、工程量大、成本高，甚至会影响正常的施工工序；进行应力释放时往往只参考岩爆预警等级，在整个掌子面钻设一定密度的超前应力释放孔，缺乏针对性，应力释放效果有限，且增加了工程量和成本；在岩爆等级较高时采用爆破或水压致裂进行超前应力释放，无法利用掘进爆破能量，增加了工序和成本。有鉴于此，需要研发一种改进的适用于深部隧道工程岩爆防控的超前应力释放及支护一体化方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明目的在于克服上述技术不足而提供一种用于深度隧道岩爆灾害防控，能够与掘进施工紧密配合，提高超前应力释放针对性，降低成本、施工步骤简单、工程量小的超前应力释放及支护一体化方法。
本发明采用的技术手段如下：
一种隧道岩爆超前应力释放及支护一体化方法，包括如下步骤：
S1、通过超前地质钻探或物探方法获取待开挖区域岩性、结构面参数信息，通过对开挖区域地应力测量或数值模拟方法获取地应力参数信息；
S2、在已开挖区域安装微震传感器，采用微震传感器对待开挖岩体进行超前微震监测，通过采集、分析岩体内部破裂信号进行岩爆预警等级评估，当岩爆预警等级为轻微及以下时，爆破开挖，当岩爆预警等级为中等及以上时，执行S3；
S3、采用人工智能方法，根据所述超前微震监测数据、结构面参数信息和地应力参数信息，提前评估应力集中区位置和程度；钻设超前应力释放孔，并使超前应力释放孔穿过应力集中区；
S4、钻设掘进炮孔，在掘进炮孔钻设完毕后，根据岩爆预警等级确定超前应力释放孔装药量；
S5、封堵超前应力释放孔孔口至其经过的相邻周边孔中间位置孔段；
S6、爆破开挖，所述周边孔的爆破震动作用于超前应力释放孔并向应力集中区传播，对应力集中区起到应力释放作用；
S7、待S6结束，安装锚杆；
S8、返回执行S2，进行下一个循环。
进一步地，S3所述人工智能方法采用点云技术和三维卷积算法，输入信息包括预警区域微震监测数据，岩性、结构面、地应力。
进一步地，S4中，当岩爆预警等级为中等岩爆时，超前应力释放孔内不装药；当岩爆预警等级为强烈或极强岩爆时，采用间隔装药方式少量装药，装药区域覆盖应力集中区。
进一步地，所述超前应力释放孔的钻设参数包括位置、角度、长度和数量；所述超前应力释放孔避开掏槽孔和崩落孔，与周边孔相交，且穿过下一循环进尺边墙；所述超前应力释放孔孔口位于周边孔与掏槽孔之间；所述超前应力释放孔孔底超过应力集中区位置；所述超前应力释放孔的数量根据应力集中区范围和程度确定，所述超前应力释放孔作用范围覆盖应力集中区。
进一步地，S7中，所述锚杆安装于新开挖边墙揭露的超前应力释放孔内。
进一步地，S7所述的锚杆为让压锚杆，所述让压锚杆长度为超前应力释放孔揭露于所述边墙的孔口至孔底长度。
本发明还提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时，执行上述任一项隧道岩爆超前应力释放及支护一体化方法。
本发明还提供了一种电子装置，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器通过所述计算机程序运行执行上述任一项隧道岩爆超前应力释放及支护一体化方法。
本发明利用微震监测，评估应力集中区位置和程度，在掌子面钻设超前应力释放孔，爆破开挖结束后，在超前应力释放孔内打设让压锚杆，形成了与掘进施工紧密配合，岩爆预警、应力释放和能量吸收一体化的超前应力释放及支护方法。与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提高了超前应力释放效果，利用周边孔的爆破震动在超前应力释放孔内的传播增强应力释放效果；
本发明提高了超前应力释放及支护的针对性，利用微震监测，提前评估应力集中区位置和程度，超前应力释放及支护均针对应力集中区开展，在应力释放环节根据岩爆预警等级确定是否装药，有效控制成本；
本发明减少了工序和工程量，有效控制了成本，让压锚杆直接打设于超前应力释放孔内，无需再单独打设让压锚杆钻孔；
本发明形成了与掘进施工紧密配合，岩爆预警、应力释放和能量吸收一体化方法。
本发明创新点主要在于，实现了岩爆监测、超前应力释放和支护一体化的方法，将原本独立的几个步骤进行深度融合，降低工时，节省成本，提高效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的实施例隧道断面炮孔布置图；
图2为本发明提供的超前应力释放及支护方法实施流程图；
图3为本发明提供的掘进前超前应力释放布置示意图；
图4为本发明提供的超前应力释放孔断面布置图；
图5为本发明提供的支护布置示意图。
图中：1、已开挖区域；2、待开挖区域；3、微震传感器；4、应力集中区；5、周边孔；6、应力释放孔；7、封堵；8、掌子面；9、新开挖边墙；10、让压锚杆；11、底孔；12、掏槽孔；13、崩落孔。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明利用微震监测，评估应力集中区位置和程度，在掌子面中间位置钻设超前应力释放孔，循环进尺结束后，在超前应力释放孔内打设让压锚杆，形成了与掘进施工紧密配合，岩爆预警、应力释放和能量吸收一体化的超前应力释放及支护方法。
在本实施例中，某隧道平均埋深1600m，采用钻爆法掘进，隧道断面为a×h城门洞形，a和h为8.5m。单次循环进尺L0＝3m，炮孔布置如图1所示，炮孔孔径d＝45mm。
实施例中，超前地质钻探结果显示前方待开挖区域岩性为钾长石花岗岩，结构面密度0.08条/㎡，以急倾斜结构面为主；施工区域已进行地应力测量，最大主应力为48MPa，方向与隧道走向平行，存在岩爆风险。
如图2所示，实施本发明提供的超前应力释放及支护方法，包括以下步骤：
S1、通过超前地质钻探获取岩性、结构面参数信息，通过对开挖区域地应力测量获取地应力参数信息；
S2、如图3所示，在已开挖区域1安装微震传感器3，传感器共布置两组，第一组传感器安装于掌子面8后方70m附近，第二组传感器安装于掌子面8后方110m附近，对待开挖岩体2进行超前微震监测，通过对岩体内破裂信号采集、分析进行岩爆预警，预警等级为中等岩爆；
S3、采用点云技术和三维卷积算法，输入预警区域微震监测数据，岩性、结构面、地应力等地质参数，结果显示掌子面前方存在应力集中区4，应力集中区中心位置距离掌子面Lb＝5m，深度Db＝3m；在应力集中区4开挖前，在掘进炮孔钻设完毕时，于掌子面8钻设超前应力释放孔6，钻设位置如图4所示，超前应力释放孔穿过相邻两个周边孔的中间位置，超前应力释放孔6的钻设参数如下：
| 参数名称 | 数量 | 孔角 | 深度 | 直径 | 装药量 |
| 值 | 2个 | 36-37° | 10-11.5m | 45mm | 0 |
S4、钻设掘进炮孔，在掘进炮孔钻设完毕后，根据岩爆预警等级确定超前应力释放孔装药量；
S5、封堵所述超前应力释放孔孔口至所述周边孔孔段7，目的是使周边孔爆破震动沿应力释放孔向应力集中区传播；
S6、开始爆破开挖，利用周边孔5爆破震动在超前应力释放孔6的传播，对应力集中区4起到应力释放作用；
S7、待所述爆破开挖结束，如图5，在步骤S3所述新进尺边墙9揭露出的超前应力释放孔内安装让压锚杆，让压锚杆长度Lm为8.5m；
S8、返回执行S2，进行下一个循环。
步骤S4所述超前应力释放孔6的装药量根据步骤S2岩爆预警等级确定，具体是当岩爆预警等级为中等岩爆时，超前应力释放孔内不装药，利用周边孔爆破震动在超前应力释放孔的传播，对应力集中区起到应力释放作用；若岩爆预警等级为强烈或极强岩爆时，周边孔的爆破震动不足以使应力集中区的应力充分释放，采用间隔装药方式少量装药，装药区域覆盖应力集中区。
从上述实施例可知，本发明的特点是提前评估应力集中区位置和程度，在掌子面钻设超前应力释放孔，在超前应力释放孔内安装让压锚杆，与掘进施工紧密配合，形成了岩爆预警、应力释放和能量吸收一体化方法。
本发明使用微震监测评估应力集中区位置和程度，使超前应力释放和支护更具针对性；超前应力释放利用爆破冲击波在孔道内的传播和孔底位置的反射叠加，无需增加水压致裂等复杂步骤，便可实现较好的应力释放效果，让压锚杆直接安装在之前钻设的超前应力释放孔内，减少了工序和工程量，有效控制了成本。由此可以看出，本发明具有很高的工程实用价值。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种隧道岩爆超前应力释放及支护一体化方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、通过超前地质钻探或物探方法获取待开挖区域岩性、结构面参数信息，通过对开挖区域地应力测量或数值模拟方法获取地应力参数信息；
S2、在已开挖区域安装微震传感器，采用微震传感器对待开挖岩体进行超前微震监测，通过采集、分析岩体内部破裂信号进行岩爆预警等级评估，当岩爆预警等级为轻微及以下时，爆破开挖，当岩爆预警等级为中等及以上时，执行S3；
S3、采用人工智能方法，根据所述超前微震监测数据、结构面参数信息和地应力参数信息，提前评估应力集中区位置和程度；钻设超前应力释放孔，并使超前应力释放孔穿过应力集中区；
S4、钻设掘进炮孔，在掘进炮孔钻设完毕后，根据岩爆预警等级确定超前应力释放孔装药量；
S5、封堵超前应力释放孔孔口至其经过的相邻周边孔中间位置孔段；
S6、爆破开挖，所述周边孔的爆破震动作用于超前应力释放孔并向应力集中区传播，对应力集中区起到应力释放作用；
S7、待S6结束，安装锚杆；
S8、返回执行S2，进行下一个循环。
2.根据权利要求1所述的隧道岩爆超前应力释放及支护一体化方法，其特征在于，S3所述人工智能方法采用点云技术和三维卷积算法，输入信息包括预警区域微震监测数据，岩性、结构面、地应力。
3.根据权利要求1所述的隧道岩爆超前应力释放及支护一体化方法，其特征在于，S4中，当岩爆预警等级为中等岩爆时，超前应力释放孔内不装药；当岩爆预警等级为强烈或极强岩爆时，采用间隔装药方式少量装药，装药区域覆盖应力集中区。
4.根据权利要求3所述的隧道岩爆超前应力释放及支护一体化方法，其特征在于，S3中，所述超前应力释放孔的钻设参数包括位置、角度、长度和数量；所述超前应力释放孔避开掏槽孔和崩落孔，所述超前应力释放孔穿过相邻两个周边孔中间位置，且穿过下一循环进尺边墙；所述超前应力释放孔孔口位于周边孔与掏槽孔之间；所述超前应力释放孔孔底超过应力集中区位置；所述超前应力释放孔的数量根据应力集中区范围和程度确定，所述超前应力释放孔作用范围覆盖应力集中区。
5.根据权利要求1所述的隧道岩爆超前应力释放及支护一体化方法，其特征在于，S7中，所述锚杆安装于新开挖边墙揭露的超前应力释放孔内。
6.根据权利要求1所述的隧道岩爆超前应力释放及支护一体化方法，其特征在于，S7所述的锚杆为让压锚杆，所述让压锚杆长度为超前应力释放孔揭露于所述边墙的孔口至孔底长度。
7.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时，执行所述权利要求1至6中任一项权利要求所述的隧道岩爆超前应力释放及支护一体化方法。
8.一种电子装置，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器通过所述计算机程序运行执行所述权利要求1至6中任一项权利要求所述的隧道岩爆超前应力释放及支护一体化方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311064018.3A CN117167086A (zh) | 2023-08-21 | 2023-08-21 | 一种隧道岩爆超前应力释放及支护一体化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311064018.3A CN117167086A (zh) | 2023-08-21 | 2023-08-21 | 一种隧道岩爆超前应力释放及支护一体化方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117167086A true CN117167086A (zh) | 2023-12-05 |
Family
ID=88936813
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311064018.3A Pending CN117167086A (zh) | 2023-08-21 | 2023-08-21 | 一种隧道岩爆超前应力释放及支护一体化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117167086A (zh) |
-
2023
- 2023-08-21 CN CN202311064018.3A patent/CN117167086A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Konicek et al. | Stress changes and seismicity monitoring of hard coal longwall mining in high rockburst risk areas | |
| Zhao et al. | Experimental and numerical investigation of the effect of blast-induced vibration from adjacent tunnel on existing tunnel | |
| CN107238538B (zh) | 弱爆破诱导的应变型岩爆现场模拟试验方法 | |
| Dey et al. | Prediction of blast-induced overbreak from uncontrolled burn-cut blasting in tunnels driven through medium rock class | |
| CN107727737A (zh) | 一种开挖卸荷作用下地下工程未知地质构造活化识别方法 | |
| CN104390537A (zh) | 一种基于爆破振动测试的边坡预裂爆破开挖损伤控制方法 | |
| CN109798106A (zh) | 一种冲击地压危险性的预测方法及防治措施 | |
| CN113153430B (zh) | 巷道围岩破坏声发射定位与波速成像监测及灾变预警方法 | |
| CN109184793B (zh) | 一种在地下工程开挖过程进行锚杆防岩爆能力现场测试的方法 | |
| CN112765791B (zh) | 一种基于数值样本和随机森林的tbm卡机风险预测方法 | |
| Hagan, TO*, Milev, AM*, Spottiswoode, SM*, Hildyard, MW*, Grodner, M.*, Rorke, AJ**, Finnie, GJ***, Reddy, N.*, Haile, AT*, Le Bron, KB*, & Grave | Simulated rockburst experiment-an overview | |
| CN113552629A (zh) | 一种隧道围岩纵波速度确定方法、装置和计算机设备 | |
| CN110376643B (zh) | 一种用于旋喷桩径检测的微震效应数据处理方法 | |
| CN104964618B (zh) | 使用电子雷管和非电子雷管组合模式的爆破系统以及方法 | |
| US11982596B2 (en) | Method and system for blast-induced vibration monitoring of tunnels in high asymmetric in-situ stresses | |
| CN117167086A (zh) | 一种隧道岩爆超前应力释放及支护一体化方法 | |
| CN114943149A (zh) | 一种隧道内岩爆损伤岩体体积的计算方法 | |
| CN109598029A (zh) | 一种应用于高瓦斯煤巷co2高压气体致裂的设计方法 | |
| CN111413734B (zh) | 一种测试井下震动波传播速度及到时时间的计算方法 | |
| Simser et al. | The Value of Recording Small Mining Induced Microseismic Events with Examples from Glencore’s Nickel Rim South Mine | |
| CN116792102B (zh) | 用于施工阶段花岗岩球状风化体高精度探测和处置方法 | |
| CN117826246A (zh) | 一种爆破影响区域的确定方法及电子设备、存储介质 | |
| CN117371111B (zh) | 基于深度神经网络和数值仿真的tbm卡机预测系统及方法 | |
| CN115164661B (zh) | 定向聚能环及隧道围岩应力解除爆破方法 | |
| Hudyma et al. | Seismic monitoring at the Fimiston open pit Kalgoorlie consolidated gold mines (KCGM) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |