[发明专利]一种隧道掏槽孔混合起爆方法

说明书

本发明公开了一种隧道掏槽孔混合起爆方法，包括以下步骤，S1，根据掌子面尺寸和围岩条件确定隧道掏槽孔的掏槽形式和对数；S2，根据爆破设计要求，在掌子面上钻设隧道掏槽孔；S3，检查成孔质量，采用充填钻孔岩屑的方法确保所有炮孔孔底在同一设计深度；S4，依次向每对隧道掏槽孔内分别装填炸药，向每对隧道掏槽孔中的一个孔内安装正向起爆雷管并置于距装药段顶部1/4～1/3长度处，向同对隧道掏槽孔中另外一个孔内安装反向起爆雷管并置于距装药段底部1/4～1/3长度处，装药完成后，采用钻孔岩屑完成堵塞；S5，将各孔内的起爆雷管的脚线联入起爆网络，完成起爆。本发明通过设置邻孔反向传爆的方式，较之传统的单向起爆提高了能量的利用率和隧道掘进效率。

技术领域

本发明涉及隧道钻孔爆破开挖技术领域，具体是一种隧道掏槽孔混合起爆方法。

背景技术

在隧道施工中，常见的工法有机械挖掘和钻爆法两种，但机械挖掘对岩石普氏系数大于7的隧道存在较多的问题，所以钻爆法在隧道修建中仍占主导地位。隧道钻爆施工时，其掘进速率主要受掏槽效果影响。已有的提高隧道掏槽效率的方法，主要集中在隧道掏槽方式及布孔方式的改进、隧道掏槽参数的优化等方面，如在直眼掏槽中增加空孔，通过增加临空面的方式增大槽腔岩石碎胀空间，提高掏槽效率；在掌子面宽度和孔深适合的条件下选用斜眼掏槽方式增大槽腔形成体积，提高破岩效率；通过不断优化掏槽角、单孔药量、延迟时间等掏槽参数来增加隧道掏槽进尺。

隧道掏槽孔内多充填柱状药包(延长药包)，孔内炸药经雷管引爆后，雷管的位置决定爆轰波的传播方向，也会影响爆炸能量的传输，进而影响隧道掏槽效率。

对于柱状药包的爆轰，基于一维流动爆轰模型(见附图2)，可知最终分配到起爆雷管两侧的爆轰能量为：

式中，Ea、Eb分别指代传输至起爆雷管左右两侧的能量，ρ为炸药密度，D为炸药爆轰速度，S为柱状药包的横截面积，a、b分别为起爆雷管左右两侧药包的长度，l为装药段总长度。

若将起爆雷管置于药包左端(a＝0)，爆轰反应发生后，则有：

由以上两式可知，起爆雷管位置对柱状药包爆炸能量传输的调控作用不容忽视，在药包左端引爆的情况下，传输至药包右侧的能量约为左侧能量的1.45倍，即爆炸能量偏向于爆轰波传播的正向传输。

目前，掏槽孔爆破主要有正向、反向、中点三种起爆方式。

正向起爆有助于破碎孔底部位岩体，消除爆破根底，但其在孔口部位产生的大块岩石不利于后续的铲装运输，增加了二次处理的成本，如附图3所示，若将起爆雷管置于隧道掏槽孔装药段顶部(即正向起爆)，爆轰波向孔底传播，结合图4，其爆炸能量偏向于孔底传输，其破碎轮廓呈倒漏斗形，虽加强了孔底岩体的破碎，减弱或消除了爆破根底，但其在掌子面附近产生的碎岩大块率较高，需二次处理，不利于成本控制；

反向起爆能解决孔口大块岩石的问题，但其不能消除爆破根底，过多的根底会阻滞后一掌子面的形成，影响后续掏槽爆破效果，并大大降低施工的效率，如附图5所示，若将起爆雷管置于掏槽孔装药段底部(即反向引爆)，爆轰波向掌子面传播，结合图6，其爆炸能量偏向于孔口传输，其破碎轮廓表现为正漏斗形分布，虽降低了孔口碎岩大块率，且保证较理想的破碎及抛掷效果，但形成了明显的爆破根底，不利于下一掌子面的推出，迟滞了隧道掘进进度；

中点起爆虽能降低孔口岩石大块率和消除孔底爆破根底，但对中部岩体的破碎并不充分，如附图7所示，若将起爆雷管置于掏槽孔装药段中部(即中点引爆)，爆轰波从中点激发，同时传向掌子面与孔底方向，结合图8，其爆炸能量也优先分配至掌子面与孔底部位，此时，掏槽轮廓形状接近于双曲线，虽有利于孔口及孔底部位岩体破碎，但对炮孔中部岩体的破碎有明显不足。

由此可见，传统的三种起爆方式各有利弊，故寻求一种能均匀破碎岩体，提高隧道掘进效率的装药结构或起爆方式是目前隧道钻爆施工领域亟待解决的问题。