[发明专利]一种基于地应力瞬态释放的应力解除爆破方法

说明书

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，尤其涉及一种基于地应力瞬态释放的应力解除爆破方法。

背景技术

岩爆是水利水电工程、交通、矿山等领域深埋地下洞室开挖或深部采矿过程中围岩发生的一种剧烈动力破坏现象，是开挖诱发的开挖空间周围岩体的突然破坏，并伴随着受压岩石的应变能的突然释放，往往是以岩片弹出、大量岩石坍塌或矿震的形式表现出来的动力现象，可造成开挖工作面的严重破坏、设备损坏和人员伤亡。

由于强烈岩爆的危害很大，目前世界范围内对强烈岩爆防治多采用锚杆支护、喷混凝土、钢筋网加喷混凝土以及注水软化等方法。工程实践证明，这些方法对于防治烈度等级较低的岩爆具有一定的效果，但对于高烈度等级的岩爆（例如，强烈岩爆和极强岩爆），上述方法被证明是被动的、消极的和非治本的。对于强烈岩爆和极强岩爆，上述方法很难达到满意的效果，而且施工过程非常危险，应力解除爆破法是一种针对强岩爆和极强岩爆较有效的防治方法。

应力解除爆破是一种围岩弱化方法，通过超前钻孔和适量装药对围岩结构进行改造，使设计部位的小部分岩体的刚度（变形模量等）降低，使钻孔及爆破影响范围内的岩体变为较弱的传力介质，变形加大，使局部围岩内的能量分布状态得到调整，应力集中程度得到改善，集中区向深部转移，从而达到防治岩爆的目的。应力解除爆破法在上世纪50年代在南非的威特沃特斯兰德（Witwatersrand）金矿中首次采用并获得广泛应用，国内较早地是从天生桥引水隧洞开挖开始研究应力解除爆破技术。

传统的应力解除爆破法仅仅着眼于使用炸药的爆破能量来对目标区域（即隧洞开挖后的围岩应力集中区）的岩体进行损伤或松动，忽略了对围岩本身所储存的应变能的利用。而事实上，深部岩体所储存的应变能的量十分巨大，如果能够在特定的条件下使其伴随爆破瞬态过程高速释放，可爆发出惊人的破坏力。岩体本身储存的能量可使地下巨型爆炸导致岩体破坏范围增加一倍。另外，现有的应力解除爆破法还处于经验阶段，解除爆破的起爆网路并没有针对应力解除爆破法自身的特点进行优化。因此，传统应力解除爆破法的爆破效果还有较大的提升空间。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出了一种基于地应力瞬态释放的应力解除爆破方法，该方法在传统应力解除爆破法的基础上，采用了一种能充分利用围岩本身所储存的应变能的新的炮孔布置和起爆网络，从而可在相同耗药量的前提下，提高爆破效果。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种基于地应力瞬态释放的应力解除爆破方法，包括步骤：

步骤一，获得待开挖隧洞掌子面的大主应力和小主应力方向；

步骤二，在待开挖隧洞掌子面上布置至少3排应力解除爆破孔，应力解除爆破孔的排数根据待开挖隧洞横断面的大小和已发生岩爆的等级确定，每排应力解除爆破孔的连线与掌子面的大主应力方向垂直或呈60~90°夹角；

步骤三，将炸药装入应力解除爆破孔底；

步骤四，采用微差起爆方法按排顺次起爆应力解除爆破孔。

上述待开挖隧洞掌子面的大主应力和小主应力方向根据地质勘探资料获得。

上述待开挖隧洞横断面的大主应力和小主应力方向根据待开挖隧洞掌子面上高应力破坏区的位置得到，具体为：

深埋隧洞高应力破坏区在待开挖隧洞掌子面上总是成对出现，两个高应力破坏区的中心连线方向即为小主应力方向，与小主应力方向垂直的方向即为大主应力方向。

上述每排应力解除爆破孔中位于两端的各1～2个爆破孔均向隧洞开挖轮廓线外倾斜，当该排应力解除爆破孔数不大于4时，则该排应力解除爆破孔中最外端的两个爆破孔均向隧洞开挖轮廓线外倾斜25～40°；当该排应力解除爆破孔数大于4时，则该排应力解除爆破孔中最外端的两个爆破孔均向隧洞开挖轮廓线外倾斜25～40°，该排应力解除爆破孔中次外端的两个爆破孔均向隧洞开挖轮廓线外倾斜10～15°。

上述应力解除爆破孔的排距为1~2m，且各排应力解除爆破孔的孔间距为1~2m。

上述应力解除爆破孔的深度为常规掘进进尺的2.0～3.0倍。

步骤三中应力解除爆破孔的装药段长度不超过应力解除爆破孔深度的1/3，且装药量不超过相同条件下松动爆破装药量的50%。

本发明基于上述应力解除爆破法还提出了一种掘进爆破方法，包括步骤：

首先，采用上述应力解除爆破方法进行应力解除爆破；然后，进行常规掘进爆破的钻孔和装药联网；最后，进行常规掘进爆破。

本发明基于上述应力解除爆破法还提出了另一种掘进爆破方法，包括步骤：