基岩保护层双预裂控制爆破结构与方法

摘要

本发明公开了一种基岩保护层双预裂控制爆破结构与方法，在开挖面相隔一定距离布置施工预裂、结构预裂两排预裂孔，把开挖面分隔为两个主爆区，各自独立形成主爆孔、缓冲孔、预裂孔布置顺序；爆破时采用微差起爆网络，并控制好爆破震动等有害因素，两道预裂缝分别成形，两个主爆区分别起爆；双预裂控制爆破方法既降低主地震波，也克服了预裂缝隙收敛特性，形成较好的减震效果以保护基岩，而且一个爆破循环的开挖方量大，较好地解决了高效破岩与保护基岩的矛盾关系。

说明书

技术领域

本发明涉及工程爆破技术领域，具体涉及一种基岩保护层双预裂控制爆破 结构与方法。

背景技术

随着爆破器材和爆破技术的进步，预裂爆破控制爆破技术得到广泛应用， 预裂爆破是一种基岩保护层爆破减震的重要方法。预裂爆破减震机理是在主爆 区爆破之前沿设计轮廓线先爆出一条具有一定宽度的贯穿裂缝，通过裂隙的物 理隔离作用，以缓冲、反射开挖爆破的震动波，阻隔剥离层与保护层岩石之间 地震波的传播路径，控制其对保留岩体的破坏影响，以获得较平整的开挖轮廓。

目前，预裂爆破通常采有微差爆破网络起爆，微差爆破网络起爆时，预裂 孔首先起爆，形成预裂缝，再依次起爆主爆孔、缓冲孔。由于预裂爆破孔形成 的预裂缝隙较小，一般为3～8mm，最先起爆主爆孔的地震波通过预裂缝隙后， 预裂缝隙存在收敛趋势，一旦裂隙岩石接触后，后续起爆主爆孔的地震波将通 过预裂缝隙岩石接触面向保护层岩石传播，导致降震作用下降。实践中，当主 爆区的微差爆破网络总延时超过800毫秒时，预裂缝隙的降震作用显著下降。

因此，采用常规的预裂爆破方法，单次预裂爆破循环爆破总药量、微差起 爆网络总延时均不宜过大，这也造成单次预裂爆破循环的开挖面台阶不能太大， 制约了爆破开挖效率，延长了开挖施工工期，如在大边坡，大跨度洞室开挖时， 常规的单预裂爆破方法的不足之处表现得更为明显。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种基岩保护层双预裂控制爆破结构 与方法，用于较好解决高效破岩与保护基岩的矛盾问题。

考虑到现有技术的上述问题，根据本发明公开的一个方面，本发明采用以 下技术方案：

一种基岩保护层双预裂控制爆破结构，它包括设置于基岩保护层爆破台阶 上的第一主爆区和第二主爆区；所述第一主爆区和第二主爆区通过施工预裂孔 分隔；爆破台阶水平方向从外至内的爆破孔布置顺序为：位于第一主爆区上的 第一主爆区主爆孔、第一主爆区缓冲孔，施工预裂孔，位于第二主爆区上的第 二主爆区主爆孔、第二主爆区缓冲孔、结构预裂孔；所述结构预裂孔布置在基 岩保护层结构设计轮廓线上。

为了更好地实现本发明，进一步的技术方案是：

根据本发明的一个实施方案，所述施工预裂孔与所述结构预裂孔各设置为 一排。

一种基岩保护层双预裂控制爆破方法，它包括：

ⅰ)在基岩保护层爆破台阶上设置第一主爆区和第二主爆区；所述第一主 爆区和第二主爆区通过施工预裂孔分隔；爆破台阶从外至内的爆破孔布置顺序 为：位于第一主爆区上的第一主爆区主爆孔、第一主爆区缓冲孔，施工预裂孔， 位于第二主爆区上的第二主爆区主爆孔、第二主爆区缓冲孔、结构预裂孔；所 述结构预裂孔布置在基岩保护层结构设计轮廓线上；

ⅱ)给基岩保护层爆破台阶上的爆破孔装药；

ⅲ)起爆网络联网；

ⅳ)实施爆破与清渣。

根据本发明的另一个实施方案，所述施工预裂孔与所述结构预裂孔采用不 偶合装药和/或空气间隔装药的方式，第一主爆区缓冲孔和第二主爆区缓冲孔采 用孔内药径变化的装药方式，第一主爆区主爆孔和第二主爆区主爆孔采用连续 装药结构。

根据本发明的另一个实施方案，爆破时采用微差起爆网络。

根据本发明的另一个实施方案，所述第一主爆区和第二主爆区分别起爆。

本发明还可以是：

根据本发明的另一个实施方案，起爆的顺序为：施工预裂孔→第一主爆区 主爆孔→第一主爆区缓冲孔→结构预裂孔→第二主爆区主爆孔→第二主爆区缓 冲孔。

与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：

本发明的一种基岩保护层双预裂控制爆破结构与方法，具有：

1)将大台阶爆破开挖面以两排独立的预裂孔作为隔离带，将主爆区分为两 个区域，两个主爆区分别起爆，降低主爆区震动极限振幅；

2)爆破时采用微差起爆网络，两道预裂缝分别成形，两个主爆区分别起爆， 每个主爆区起爆时均有一道完整的预裂缝发挥减震作用，克服了预裂缝隙收敛 特征，确保较好的减震效果以保护基岩。

3)大台阶爆破开挖面的两个主爆区采用同步钻孔施工、装药联网、微差起 爆、装运清渣的施工工序，一个爆破循环的开挖方量大，效率高，能较大提高 施工进度，较好地解决了高效破岩与保护基岩的矛盾关系。

附图说明

为了更清楚的说明本申请文件实施例或现有技术中的技术方案，下面将对 实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下 面描述中的附图仅是对本申请文件中一些实施例的参考，对于本领域技术人员 来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据这些附图得到其它的附图。

图1示出了根据本发明一个实施例的基岩保护层双预裂控制爆破结构示意 图。

图2示出了根据本发明另一个实施例的公路毗邻边坡爆破孔剖面示意图。

图3示出了根据本发明另一个实施例的预裂爆破孔装药剖面示意图。

图4示出了根据本发明另一个实施例的缓冲爆破孔装药剖面示意图。

图5示出了根据本发明另一个实施例的主爆孔装药剖面示意图。

图6示出了根据本发明另一个实施例的公路毗邻边坡爆破网络布置示意图。

其中，附图中的附图标记所对应的名称为：

1－第一主爆区，2－第二主爆区，3－施工预裂孔，4－第一主爆区主爆孔， 5－第一主爆区缓冲孔，6－第二主爆区主爆孔，7－第二主爆区缓冲孔，8－结 构预裂孔，9－开挖面轮廓线，10－加强装药段，11－正常装药段，12－导爆索 /导爆管，13－导爆索，14－竹片，15－Φ32直径药卷，16－Φ70直径药卷， 17－Φ70乳化炸药装药结构。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限 于此。

如图1所示，一种基岩保护层双预裂控制爆破结构，它包括设置于基岩保 护层爆破台阶上的第一主爆区1和第二主爆区2；所述第一主爆区1和第二主爆 区2通过施工预裂孔3分隔；爆破台阶水平方向从外至内的爆破孔布置顺序为： 位于第一主爆区1上的第一主爆区主爆孔4、第一主爆区缓冲孔5，施工预裂孔 3，位于第二主爆区2上的第二主爆区主爆孔6、第二主爆区缓冲孔7、结构预 裂孔8；所述结构预裂孔8布置在基岩保护层结构设计轮廓线上。施工预裂孔3 与所述结构预裂孔8各设置为一排。

爆破时采用微差起爆网络，两道预裂缝分别成形，两个主爆区分别起爆， 每个主爆区起爆时均有一道完整的预裂缝发挥减震作用。双预裂控制爆破方法 既降低主地震波，也克服了预裂缝隙收敛，形成较好的减震效果以保护基岩。

一种基岩保护层双预裂控制爆破方法，它包括：

1)爆破孔布置

在开挖面上共布置两排预裂爆破孔，结构预裂孔布置在基岩保护层结构设 计轮廓线上。施工预裂孔布置在开挖面的中间线上，分隔第一主爆区与第二主 爆区。爆破台阶水平方向从外至内的爆破孔布置为：第一主爆区主爆孔，第一 主爆区缓冲孔，施工预裂孔，第二主爆区主爆孔，第二主爆区缓冲孔，结构预 裂孔。

2)施工准备与钻孔

首先将预裂爆破所指定的区域内浮渣进行清除，用高压风将岩面吹洗干净， 便于测量放点。岩面清理完成后，测量按照爆破设计要求逐孔进行放线，记录 好孔口高程。对测量所放点位采用油漆进行标示、编织袋或纸板进行保护。施 钻时，严格按照设计孔深与角度开钻，同时控制钻头落在设计点位上，保证孔 间距满足设计要求。每完成一个孔，立即检查孔深，对孔深不足的孔及时进行 补钻。

3)爆破孔装药

预裂孔采用不偶合装药和空气间隔装药结构，缓冲孔采用孔内药径变化装 药结构，主爆孔采用连续装药结构。

预裂孔装药结构：在爆破孔底段，由于受到的夹制力最大，因此采用加强 装药，增加做功能力，促进底部岩石充分预裂；在爆破孔中部，属于正常装药 段，采用常见的间隔装药结构；在爆破孔上部，受到的夹制力最小，采用减弱 装药结构。使爆破孔装药与最小岩石抵抗线相适应，有效保证预裂效果。

缓冲孔装药结构：缓冲爆破孔采用变化药径装药结构，连续装药。在爆破 孔底段，由于受到的夹制力最大，采用加强装药结构；在爆破孔上段，由于受 到的夹制力减小，采用减弱装药结构。

主爆孔装药结构：主爆孔采用连续装药结构，在孔口段要确保封堵效果。

4)起爆网络联网

采用毫秒延期间隔起爆网络，预裂孔采用导爆索传爆。延时起爆顺序为： 施工预裂孔→第一爆区主爆孔→第一爆区缓冲孔→结构预裂孔→第二爆区主爆 孔→第二爆区缓冲孔。

5)爆破与清渣

爆破前在预定位置布设监测仪器。爆前经爆破技术人员检查合格后即可实 施起爆，爆后进行检查无异常情况后，装载出渣。同时对爆破震动监测数据进 行收集分析，评估爆破震动参数是否在规定范围内。

爆破施工实例：

以某公路毗邻边坡开挖爆破为例，由于边坡开挖结构面距离公路基础距离 较近，爆破震动不易控制，容易对公路基础地质造成破坏。同时，由于施工工 期紧张，采用传统的小台阶爆破方法很难满足工期要求，因此采取双排预裂控 制爆破施工方法。

1)爆破孔布置

如图2所示，在边坡开挖面上共布置两排预裂爆破孔，结构预裂孔布置马 道设计开口线上，与结构设计轮廓倾斜角一致。施工预裂孔布置在距离结构预 裂孔9.5米处，分隔第一主爆区与第二主爆区。

预裂孔采用Φ90孔径；由于结构预裂孔布置在倾斜的开口线上，而施工预 裂孔为垂直布置，结构预裂孔比施工预裂孔相比，前者的孔深必须更长，因此， 结构预裂孔孔深取12m，施工预裂孔孔深取8m；结构预裂孔、施工预裂孔的孔 间距均为80cm；结构预裂孔、施工预裂孔数量均为30个。

缓冲孔均采用Φ90孔径；第一爆区缓冲孔孔深8m，第二爆区缓冲孔孔深为 8.6m；第一爆区缓冲孔与施工预裂孔间距200cm，第二爆区缓冲孔与结构预裂孔 间距150cm；缓冲孔孔间距均取250cm；第一爆区缓冲孔、第二爆区缓冲孔数 量均为11个。

主爆孔均采用Φ90孔径；第一爆区主爆孔孔深8m，第二爆区主爆孔孔深随 倾斜角相应变化，孔深为3～5.8m；第一爆区主爆孔排间距250cm，第二爆区主 爆孔排间距250cm，主爆孔孔间距均取300cm。

2)最大单响药量

在爆破试验中，测得进水口区域的K＝74，α＝1.6，根据V＝K(Q1/3/R)α， 相邻建筑物距离开挖面最小距离约为6m，质点震动速控制标准为10cm/s，计 算得出单响药量为18.5kg，因此预裂爆破最大单响药量因控制在该值以下，故 在实际施工时，按三孔一段控制药量不大于18.5kg，以确保临近建筑物的安全。 双预裂爆破参数表见表1。

表1：公路毗邻边坡双预裂爆破参数表

主爆孔最大单响不大于150kg,单耗0.4kg/m³，主爆孔爆破参数表见表2

表2：公路毗邻边坡主爆孔参数表

3)爆孔装药结构

预裂孔采用不偶合装药和空气间隔装药结构，缓冲孔采用孔内药径变化装 药结构，主爆孔采用边续装药结构。

预裂孔装药结构：在爆破孔底段，由于受到的夹制力最大，因此采用加强 装药，增加做功能力，促进底部岩石充分预裂；在爆破孔中部，属于正常装药 段，采用常见的间隔装药结构；在爆破孔上部，受到的夹制力最小，采用减弱 装药结构。如图3所示，包括加强装药段10、正常装药段11、减弱装药段12、 导爆索13、竹片14，其加强装药段10、正常装药段11、减弱装药段12由下至 上依次设置，然后通过麻布加炮泥堵塞，加强装药段10可以采用6节2×φ32 药卷，正常装药段11可以采用(L-420)/50节φ3230cm,减弱装药段12可以 采用4节1/2φ3227.5cm，采用如图3所示预裂爆破孔装药结构，使爆破孔装 药与最小岩石抵抗线相适应，有效保证预裂效果。

缓冲孔装药结构：缓冲爆破孔采用变化药径装药结构，连续装药，如图4， 在上、下部采用Φ32、Φ70两种直径药卷16、15。在爆破孔底段，由于受到的 夹制力最大，采用加强装药结构，使用Φ70乳化炸药；在爆破孔上段，由于受 到的夹制力减小，采用减弱装药结构，使用Φ32直径药卷连续装药。

主爆孔装药结构：如图5，主爆孔采用Φ70乳化炸药装药结构17，在孔口 段要确保封堵效果。

4)起爆网络结构

如图6所示，采用毫秒延期间隔起爆网络，预裂孔采用导爆索传爆。延时 起爆顺序为：施工预裂孔→第一爆区主爆孔→第一爆区缓冲孔→结构预裂孔→ 第二爆区主爆孔→第二爆区缓冲孔。

5)爆破震动监测与分析

为了检验双预裂控制爆破方法的效果，在相同进尺的爆破台阶上分别进行 单排预裂、双排预裂爆破试验，通过测试保护基岩相同位置的质点震动速度来 比较两种方法的优劣。为保证试验数据的可比性，单排预裂的主爆区最大单响 药量仍按150kg控制，因此需要增加雷管段别来延长延期时间。测点布置在公 路上部，在两次爆破试验边坡台阶的中间分隔线上设置一条测线,每隔12m布 置震动速度传感器，共3个测点,取质点三个方向震动速度做为评定依据。

表3：公路毗邻边坡爆破试验测点震动参数表

从表3的质点震动数据可得出：双排预裂爆破比单排预裂的减震效果更好， 本次试验质点震动速度降低约20％～30％。

综上所述，本发明在开挖面相隔一定距离布置施工预裂、结构预裂两排预 裂孔，把开挖面分隔为两个主爆区，各自独立形成主爆孔、缓冲孔、预裂孔布 置顺序。爆破时采用微差起爆网络，两道预裂缝分别成形，两个主爆区分别起 爆。双预裂控制爆破方法既降低主地震波，也克服了预裂缝隙收敛特性，形成 较好的减震效果以保护基岩，而且一个爆破循环的开挖方量大，较好地解决了 高效破岩与保护基岩的矛盾关系。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是 与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。

在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等， 指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述 的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一 个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时， 所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的 范围内。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应 该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和 实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公 开和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变 型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人 员来说，其他的用途也将是明显的。