隧道竖井深孔爆破掘进准直眼掏槽方法

技术领域

本发明涉及深孔爆破技术领域。具体地说是隧道竖井深孔爆破掘进准直眼掏槽方法。

背景技术

在隧道施工过程中，为了缩短施工工期，通常需要开挖竖井以增加施工工作面；另外，长距离隧道为了实现分段通风，最主要的手段就是设置通风竖井。目前，隧道竖井开挖大多采用爆破掘进的方式进行。

隧道竖井深孔爆破掘进的施工效率与掏槽方法、炮孔直径、炮孔深度、装药量以及施工环境条件等密切相关。现有的掏槽方法大多采用直眼掏槽，由于受到施工条件、岩石性质等客观因素影响较大，导致掏槽参数的选择具有很大的盲目性，在一个工程项目中，往往需要较长时间的摸索才能得到较合理的掏槽参数，因而使得目前隧道竖井深孔爆破掘进时常常会因掏槽参数设计不合理而导致爆破效果不理想，出现破碎岩石抛掷距离过大、容易崩坏施工设备、破碎岩石不能完全抛掷等问题，并且对于隧道竖井的深孔爆破来说，通常需要分段多次爆破才能达到施工效果，不仅施工效率低、炸药消耗量较大、施工成本高，而且多次爆破对竖井围岩具有较强的扰动，增加施工安全风险。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够一次性连续爆破且炸药消耗量小、爆破后碎岩抛掷完全且爆堆集中的隧道竖井深孔爆破掘进准直眼掏槽方法，以解决隧道竖井掘进时，深孔爆破炸药消耗量大、爆破后破碎岩石抛掷不完全或抛掷距离过大等问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

隧道竖井深孔爆破掘进准直眼掏槽方法，包括如下步骤：

步骤A：在待开挖隧道竖井的掘进工作面上布置炮孔群；所述炮孔群由中心空孔、中心次掏槽孔、准直眼掏槽孔、崩落孔和周边孔组成；在所述掘进工作面上：自所述待开挖隧道竖井的井筒中心向外依次为所述中心空孔、所述中心次掏槽孔、所述准直眼掏槽孔、所述崩落孔和所述周边孔；所述准直眼掏槽孔与所述掘进工作面之间的夹角α为75～88°，且所述中心空孔与所述准直眼掏槽孔之间的水平距离自下而上逐渐增大。

步骤B：向所述中心次掏槽孔、所述准直眼掏槽孔、所述崩落孔和所述周边孔中装药，并起爆。

上述隧道竖井深孔爆破掘进准直眼掏槽方法，步骤A中，所述中心空孔、所述中心次掏槽孔、所述崩落孔和所述周边孔均垂直于所述掘进工作面。

上述隧道竖井深孔爆破掘进准直眼掏槽方法，在所述掘进工作面上：所述中心空孔位于所述井筒中心，所述中心次掏槽孔等间距分布在以所述井筒中心为圆心的圆上，所述准直眼掏槽孔等间距分布在以所述井筒中心为圆心的圆上，所述崩落孔等间距分布在以所述井筒中心为圆心的圆上，所述周边孔也等间距分布在以所述井筒中心为圆心的圆上，且所述中心次掏槽孔、所述准直眼掏槽孔、所述崩落孔和所述周边孔所在圆的半径依次增大；

所述崩落孔由第一崩落孔、第二崩落孔、第三崩落孔和第四崩落孔组成；在所述掘进工作面上：所述第一崩落孔等间距分布在以所述井筒中心为圆心的圆上，所述第二崩落孔等间距分布在以所述井筒中心为圆心的圆上，所述第三崩落孔等间距分布在以所述井筒中心为圆心的圆上，所述第四崩落孔等间距分布在以所述井筒中心为圆心的圆上，且所述第一崩落孔、所述第二崩落孔、所述第三崩落孔和所述第四崩落孔所在圆的半径依次增大。

上述隧道竖井深孔爆破掘进准直眼掏槽方法，所述中心空孔为1个，所述中心次掏槽孔为4个，所述准直眼掏槽孔为8个，所述第一崩落孔为12个、所述第二崩落孔为18个、所述第三崩落孔为22个，所述第四崩落孔为34个，所述周边孔为32个；

在所述掘进工作面上：在所述中心空孔与其中1个所述周边孔之间的连线上，沿所述中心空孔至所述周边孔的方向依次分布有1个所述准直眼掏槽孔、1个所述第一崩落孔、1个所述第二崩落孔、1个所述第三崩落孔和1个所述第四崩落孔；在所述中心空孔与1个所述准直眼掏槽孔之间的连线上，分布有所述中心次掏槽孔。

上述隧道竖井深孔爆破掘进准直眼掏槽方法，步骤B中，装药方式为反向装药；所述中心次掏槽孔的装药量为1.2kg/孔；所述准直眼掏槽孔和所述第一崩落孔的装药量均为3.6kg/孔；所述第二崩落孔的装药量为3.4kg/孔；所述第三崩落孔的装药量为3.2kg/孔；所述第四崩落孔的装药量为3.0kg/孔；所述周边孔的装药量为1.8kg/孔。

上述隧道竖井深孔爆破掘进准直眼掏槽方法，采用非电导爆管按照所述准直眼掏槽孔、所述中心次掏槽孔、所述第一崩落孔、所述第二崩落孔、所述第三崩落孔、所述第四崩落孔和所述周边孔的顺序依次爆破。

上述隧道竖井深孔爆破掘进准直眼掏槽方法，起爆时：所有所述中心次掏槽孔之间采用串联的方式联线，所有所述准直眼掏槽孔之间采用串联的方式联线，所有所述第一崩落孔之间采用串联的方式联线，所有所述第二崩落孔之间采用串联的方式联线，所有所述第三崩落孔之间采用串联的方式联线，所有所述第四崩落孔之间采用串联的方式联线，所有所述周边孔之间采用串联的方式联线；所述中心次掏槽孔、所述准直眼掏槽孔、所述第一崩落孔、所述第二崩落孔、所述第三崩落孔、所述第四崩落孔和所述周边孔之间采用并联的方式联线。

上述隧道竖井深孔爆破掘进准直眼掏槽方法，在所述掘进工作面上：相邻两个所述中心次掏槽孔之间的距离为635mm，相邻两个所述准直眼掏槽孔之间的距离为690mm，相邻两个所述第一崩落孔之间的距离为932mm，相邻两个所述第二崩落孔之间的距离为938mm，相邻两个所述第三崩落孔之间的距离为1053mm，相邻两个所述第四崩落孔之间的距离为830mm，相邻两个所述周边孔之间的距离为980mm；所述周边孔的中心至待开挖竖井井壁之间的距离为300mm。

上述隧道竖井深孔爆破掘进准直眼掏槽方法，在所述掘进工作面上：所述中心次掏槽孔所在圆的半径为318mm，所述准直眼掏槽孔所在圆的半径为900mm，所述第一崩落孔所在圆的半径为1800mm，所述第二崩落孔所在圆的半径为2700mm，所述第三崩落孔所在圆的半径为3700mm，所述第四崩落孔所在圆的半径为4500mm，所述周边孔所在圆的半径为5000mm。

上述隧道竖井深孔爆破掘进准直眼掏槽方法，所述中心空孔、所述中心次掏槽孔、所述准直眼掏槽孔、所述崩落孔和所述周边孔垂直深度均为4.5m，孔径均为42mm。

本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：

采用本实施例的隧道竖井深孔爆破掘进准直眼掏槽方法，利用准直眼掏槽孔和中心空孔、中心次掏槽孔、崩落孔以及周边孔相互配合，通过合理设计炮孔布置方式、装药量和起爆顺序等爆破参数，使得掏槽炮孔在爆破过程中能有效利用空孔应力集中效应，充分发挥了准直眼掏槽孔和直眼掏槽孔的优势；爆破后，槽腔清洁度高，且碎石抛掷距离小，不会损伤施工设备和支护结构，爆堆集中度高，易清理；与其他隧道竖井深孔爆破掏槽方法，炸药消耗量低。

附图说明

图1本发明实施例中隧道竖井深孔爆破掘进准直眼掏槽方法的炮孔群布置平面图；

图2本发明实施例中隧道竖井深孔爆破掘进准直眼掏槽方法的炮孔群布置剖面图。

图1中，1-131分别表示炮孔的编号；图2中附图标记表示为：1-中心空孔；2-中心次掏槽孔；3-准直眼掏槽孔；4-第一崩落孔；5-第二崩落孔；6-第三崩落孔；7-第四崩落孔；8-周边孔；9-待开挖竖井井壁。

具体实施方式

本实施例隧道竖井深孔爆破掘进准直眼掏槽方法，包括如下步骤：

步骤A：在待开挖隧道竖井的掘进工作面上布置炮孔群；所述炮孔群由中心空孔1、中心次掏槽孔2、准直眼掏槽孔3、崩落孔和周边孔8组成；在所述掘进工作面上：自所述待开挖隧道竖井的井筒中心向外依次为所述中心空孔1、所述中心次掏槽孔2、所述准直眼掏槽孔3、所述崩落孔和所述周边孔8；本实施例中，所述中心空孔1、所述中心次掏槽孔2、所述崩落孔和所述周边孔8均垂直于所述掘进工作面；所述准直眼掏槽孔3与所述掘进工作面之间的夹角α为85°，且所述中心空孔1与所述准直眼掏槽孔2之间的水平距离自下而上逐渐增大；本实施例中，所述中心空孔1、所述中心次掏槽孔2、所述准直眼掏槽孔3、所述崩落孔和所述周边孔8垂直深度均为4.5m，孔径均为42mm，见表1和图2。

图1为本实施例中隧道竖井深孔爆破掘进准直眼掏槽方法的炮孔群布置平面图。在图1中，在所述掘进工作面上：所述中心空孔1位于所述井筒中心，所述中心次掏槽孔2等间距分布在以所述井筒中心为圆心的圆上，相邻两个所述中心次掏槽孔2之间的距离为635mm；所述准直眼掏槽孔3等间距分布在以所述井筒中心为圆心的圆上，相邻两个所述准直眼掏槽孔3之间的距离为690mm(该距离是指准直眼掏槽孔3顶部孔口处相邻两个所述准直眼掏槽孔3之间的距离)；所述崩落孔等间距分布在以所述井筒中心为圆心的圆上，所述周边孔8也等间距分布在以所述井筒中心为圆心的圆上，相邻两个所述周边孔8之间的距离为980mm；所述周边孔8的中心至待开挖竖井井壁9之间的距离为300mm；所述中心次掏槽孔2、所述准直眼掏槽孔3、所述崩落孔和所述周边孔8所在圆的半径依次增大；

所述中心空孔1为1个，所述中心次掏槽孔2为4个，所述准直眼掏槽孔3为8个，所述周边孔8为32个；所述崩落孔由12个第一崩落孔4、18个第二崩落孔5、22个第三崩落孔6和34个第四崩落孔7组成；在所述掘进工作面上：12个所述第一崩落孔4等间距分布在以所述井筒中心为圆心的圆上，相邻两个所述第一崩落孔4之间的距离为932mm；18个第二崩落孔5等间距分布在以所述井筒中心为圆心的圆上，相邻两个所述第二崩落孔5之间的距离为938mm；22个第三崩落孔6等间距分布在以所述井筒中心为圆心的圆上，相邻两个所述第三崩落孔6之间的距离为1053mm；34个第四崩落孔7等间距分布在以所述井筒中心为圆心的圆上，相邻两个所述第四崩落孔7之间的距离为830mm；所述第一崩落孔4、所述第二崩落孔5、所述第三崩落孔6和所述第四崩落孔7所在圆的半径依次增大；

在图2中，在所述掘进工作面上：所述中心次掏槽孔2所在圆的半径为318mm，所述准直眼掏槽孔3所在圆的半径为900mm(此处是指准直眼掏槽孔3顶部孔口处的半径)，所述第一崩落孔4所在圆的半径为1800mm，所述第二崩落孔5所在圆的半径为2700mm，所述第三崩落孔6所在圆的半径为3700mm，所述第四崩落孔7所在圆的半径为4500mm，所述周边孔8所在圆的半径为5000mm。

在所述掘进工作面上：在所述中心空孔1与其中1个所述周边孔8之间的连线上，沿所述中心空孔1至所述周边孔8的方向依次分布有1个所述准直眼掏槽孔3、1个所述第一崩落孔4、1个所述第二崩落孔5、1个所述第三崩落孔6和1个所述第四崩落孔7；在所述中心空孔1与1个所述准直眼掏槽孔3之间的连线上，分布有所述中心次掏槽孔2。

步骤B：向所述中心次掏槽孔2、所述准直眼掏槽孔3、所述崩落孔和所述周边孔8中装药，并起爆。如表1所示，装药方式为反向装药；所述中心次掏槽孔2的装药量为1.2kg/孔；所述准直眼掏槽孔3和所述第一崩落孔4的装药量均为3.6kg/孔；所述第二崩落孔5的装药量为3.4kg/孔；所述第三崩落孔6的装药量为3.2kg/孔；所述第四崩落孔7的装药量为3.0kg/孔；所述周边孔8的装药量为1.8kg/孔。

起爆时：所有所述中心次掏槽孔2之间采用串联的方式联线，所有所述准直眼掏槽孔3之间采用串联的方式联线，所有所述第一崩落孔4之间采用串联的方式联线，所有所述第二崩落孔5之间采用串联的方式联线，所有所述第三崩落孔6之间采用串联的方式联线，所有所述第四崩落孔7之间采用串联的方式联线，所有所述周边孔8之间采用串联的方式联线；所述中心次掏槽孔2、所述准直眼掏槽孔3、所述第一崩落孔4、所述第二崩落孔5、所述第三崩落孔6、所述第四崩落孔7和所述周边孔8之间采用并联的方式联线。

本实施例采用非电导爆管按照所述准直眼掏槽孔3、所述中心次掏槽孔2、所述第一崩落孔4、所述第二崩落孔5、所述第三崩落孔6、所述第四崩落孔7和所述周边孔8的顺序依次爆破。

表1爆破参数表

在本实施例中，所有炮孔的垂直深度均相同，中心空孔1(即图1中的1#孔)位于待开挖隧道竖井的井筒中心，垂直掘进，为空孔，不装炸药；中心次掏槽孔2(即图1中的2#～5#孔)垂直掘进，仅在炮孔底部装少量炸药，起爆顺序为Ⅱ段非电导爆管；准直眼掏槽孔3(即图1中的6#～13#孔)与水平方向的夹角α为85゜(在其它一些实施例中α可以为75°～88°之间的任一数值)，该角度的准直眼掏槽孔在掘进时，钻孔操作方便，角度易控制，其装药量长度约为炮孔长度的70％，起爆顺序为Ⅰ段非电导爆管。

本实施例这种掏槽方法的优点为：(1)由于中心空孔不装炸药，中心次掏槽孔仅在底部装少量炸药，使得整个掏槽槽腔内部空孔密度较高，起爆时，空孔的应力集中效应更为突出，爆破效果好；

(2)准直眼掏槽孔3起爆时，可以充分利用中心空孔1和中心次掏槽孔2上部的空孔效应，空孔的存在即提供了侧向自由面，有利于反射拉伸波破岩，在45゜角方向上，更易形成贯穿裂缝，爆破效果好；

(3)准直眼掏槽孔3爆破后，槽腔内的大部分岩石已破碎并抛出，当中心次掏槽孔2起爆时，可将槽腔底部未爆破的岩石破碎抛掷，从而为后继崩落孔和周边孔的爆破提供洁净的槽腔。

(4)采用本实施例的隧道竖井深孔爆破掘进准直眼掏槽方法，利用准直眼掏槽孔和中心空孔、中心次掏槽孔、崩落孔以及周边孔相互配合，通过合理设计炮孔布置方式、装药量和起爆顺序等爆破参数，使得掏槽炮孔在爆破过程中能有效利用空孔应力集中效应，充分发挥了准直眼掏槽孔和直眼掏槽孔的优势；爆破后，槽腔清洁度高，且碎石抛掷距离小，不会损伤施工设备和支护结构，爆堆集中度高，易清理；与其他隧道竖井深孔爆破掏槽方法相比，炸药消耗量低。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。