[发明专利]采用水切割和切槽爆破技术的岩巷掘进方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种巷道掘进施工方法，特别涉及一种采用水切割与切槽爆破技术相结合的岩巷掘进方法。

背景技术

在岩石巷道掘进施工中，爆破作业是一种最主要的施工方式，受巷道掘进爆炸作业在单自由面上进行的限制，爆破施工时，首先需要在爆炸面上进行掏槽处理，为后续炮孔提供自由面和岩石的破碎膨胀空间，以保证爆破掘进效果，提高掘进速度，所以，掏槽就成为巷道掘进速度的关键。

近年来，中深孔爆破技术有了长足的进步，也在各行业中被不断推广，但受掘进过程中深孔位置的影响，随着地应力的增加，巷道四周围岩的夹制作用也在不断增大，导致现有掏槽技术产生的掏槽质量和掏槽效果不佳，尤其是在一些整体性较好、位置较深的中硬岩石巷道中，围压夹制作用巨大，并且岩石完整无缺陷，导致炸药起爆后，大部分能量以应力波的形式向四周传播，仅有爆生气体和少部分应力波能量能对岩石破碎作功，能量利用率低，掏槽深度浅，达不到中深孔的技术标准，严重限制了巷道掘进的速度。

如何进一步提高掏槽爆破技术水平，提高该类岩石巷道掘进速度，保证中深孔爆破技术的发展，就成为本发明要解决的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的掏槽爆破施工方法，以满足中深孔爆破掘进过程对速度的要求，提高掘进质量，保证掘进效率。

爆破掘进过程所依据的岩石动态断裂机理是指：在爆炸应力波作用下，岩石中出现径向裂纹，爆生气体驱动裂纹继续扩展，导致岩石破碎断裂，岩石断裂为一种拉伸断裂。为了使应力波的能量主要用于岩石破碎作功，需要增加应力波的持续作用时间。根据此原理，本发明提出了新的爆破思路——‘先切后掏’，即在岩体中预先形成裂缝，并使裂缝在延长线方向相互封闭环绕，构成‘先切’，然后，使爆炸应力波在裂缝处发生反射，反射应力波继续破碎岩石，而不是以透射应力波的形式向远处传播被吸收掉，形成‘后掏’，从而为后续高效爆破过程创造有利条件。

依据此指导思想，本发明通过以下技术方案来实现：

首先，采用常规作业方式，在岩巷掘进面中部设置至少三个空间位置呈环绕状分布的炮孔，在炮孔环绕的中心部位设置1～2个中心孔，并在断面其它部位布设崩落孔和周边孔。

其中，在岩巷掘进面中部设置的炮孔数量可以为3个、4个、5个，甚至更多个，只要能在空间分布成环绕状即可。中心孔分布在炮孔的中心部位，崩落孔和周边孔采用常规作业方式进行外围方向的分布，各孔径的大小和深度依据具体的岩石情况而定，在此并没有统一要求。其目的是：在炮孔和中心孔分布的掘进面中部区域形成预裂区，随着爆破过程的进行，在预裂区形成‘后掏’效果，保证后续崩落孔和周边孔的爆破过程能顺利、高效展开。

为进一步保证‘后掏’效果，中心孔的深度大于切槽炮孔、崩落孔和周边孔的深度，这样‘后掏’过程才能更可靠、更有效。通常情况下，中心孔的深度比切槽炮孔深100～200mm。

接着，采用水切割技术，对每个炮孔的孔壁两侧进行对称分布的切槽加工，形成切槽炮孔，并使切槽炮孔的切槽在延长线方向上能相互汇合，形成对中心孔的封闭状环绕。其中，切槽的形状可以为U形或V形，而切槽的深度通常小于切槽炮孔的深度。切槽深度通常为50～150mm，切槽宽度为10～20mm，视岩石特性和施工机具等具体情况而定。

水切割，又称水刀切割，是一种利用高压水流进行切割的技术。通过在高压水中添加砂料，增加水刀切割能量，用于切割金属、玻璃、混凝土和岩石等材料，特别是可以作为一种防止瓦斯突出的有效切割手段使用。

由于切缝可使应力产生集中现象，使断裂过程沿切缝方向进行，故在炮孔壁上首先利用水切割方式进行V形或U形槽加工，水切割方式加工简单、操作方便，对切割环境要求较低，同时，为了形成‘后掏’过程，炮孔上的切槽成对称分布，并在切槽延长线方向上能相互汇合，形成一个相对封闭的环绕状，而中心孔则位于环绕状分布的切槽炮孔的中心部位上。如：切槽炮孔为3个时，炮孔切槽的延长线方向会构成一个相对封闭的三角形，中心孔位于三角形的中心附近；切槽炮孔为4个时，炮孔切槽的延长线方向会构成一个相对封闭的矩形，中心孔位于矩形的中心附近；而切槽炮孔为5个或者更多个时，炮孔切槽的延长线方向会构成一个相对封闭的多边形或者圆形，中心孔则位于多边形的中心附近或者圆形的圆点附近。

最后，对切槽炮孔、中心孔、崩落孔和周边孔装填炸药，以顺序微差起爆的方式，顺序起爆切槽炮孔-中心孔-崩落孔-周边孔，完成掘进巷道的一个循环内的全断面爆破施工。