[发明专利]一种适用于隧道岩爆段的储能装置及动态开挖方法

说明书

本发明提供了一种适用于隧道岩爆段的储能装置及动态开挖方法，包括以下步骤：实时监测超前导洞地应力进行超前地质预报，明确开挖技术对地应力的整体影响，选取合适的开挖时间；通过分级设计开挖进尺半径和深度，随着开挖进尺的逐渐深入，每级开挖的半径随着开挖的深入逐渐增大，每级的进尺深度随着开挖的深入逐渐降低；到达开挖时间后，在隧道掌子面中心处进行超前开挖，并使用储能装置进行储能、注水和地应力检测；随着超前开挖进尺，逐渐向前推进储能装置。采用本方案，能逐级释放地应力，将中等及强烈岩爆分解为可控式持续性轻微岩爆，并利用储能装置，吸收并储存岩爆能量，并进行高压注水，可对中等及强烈岩爆段的围岩应力进行极大的释放。

技术领域

本发明涉及岩爆段安全防护领域，具体涉及一种适用于隧道岩爆段的储能装置及动态开挖方法。

背景技术

岩爆是地下工程中开挖后围岩块石以突然、猛烈的形式向开挖空间弹射、抛掷和喷出的动力破坏现象，岩爆的奇异力学特点体现在其具有局部性、突发性、隐蔽性、滞后性、无前兆性、高初速度和高冲击动能，常常能造成地下工程重大人员伤亡和经济损失。

近年来，我国高埋深隧道数量逐渐增多，随着埋深的增加，地应力明显增大，加剧了深埋隧道工程岩爆的破坏性和发生频率。多次岩爆灾害发生以后，岩爆的防治已经成为了制约深埋隧道工程安全建设的瓶颈问题。

岩爆作为世界性的地下工程难题之一，特别是中等及强烈岩爆段，国内外在岩爆预测和防治措施方面，均无创新性的有效方法，对于岩爆的处理仍以被动防护为主。

进一步优化隧道岩爆段的装配工艺和施工方法，无疑对结构设计和安全性具有重要意义。

发明内容

为解决上述提出的进一步优化隧道岩爆段的装配工艺和施工方法，无疑对结构设计和安全性具有重要意义问题，本发明提供了一种适用于隧道岩爆段的储能装置及动态开挖方法，采用本方案，能逐级释放地应力，将中等及强烈岩爆分解为可控式持续性轻微岩爆，主动引导轻微岩爆发生于超前导洞中，并利用储能装置，放置于能量释放区，吸收并储存岩爆能量，进行高压注水，软化围岩，可对中等及强烈岩爆段的围岩应力进行极大的释放。

本发明采用的技术方案为：一种适用于隧道岩爆段的储能装置，包括设置在岩爆段的壳体和吸能装置；

所述吸能装置包括吸能按钮和蓄电池，所述吸能按钮设置在壳体外侧，所述蓄电池设置在壳体内部，岩爆段飞溅的岩石会撞击吸能按钮，所述吸能按钮将机械能转化为电能储存在蓄电池内。

本方案具体运作时，在中等及强烈岩爆段岩爆发生时，岩石瞬时爆发出很大的能量，并在导洞内四处迸溅，此时在岩爆空间内放入本装置，部分飞溅的岩石会撞击壳体上的吸能按钮，使吸能按钮产生挤压，吸能按钮和壳体内的蓄电池连接，此时吸能按钮便能通过挤压将机械能转化为电能，并将电能输送到蓄电池内进行储存，在蓄电池中储存的电能可用于推进储能装置或提供起爆能源等，具有极大的经济效益。

进一步的，还包括设置在吸能按钮底部的发电机，所述吸能按钮向下挤压驱动发电机中的转子转动切割磁场，所述发电机通过整流装置将电能储存在蓄电池中。

本方案具体运作时，在吸能按钮底部设置发电机，发电机采用小型发电机，发电机设置在壳体内侧，飞溅的岩石撞击吸能按钮时，吸能按钮向下挤压驱动发电机中的转子转动，转子转动能切割磁场，产生交流电，发电机产生的交流电再通过稳流装置将交流电转化为直流电，并将直流电传输到蓄电池中进行储存。

进一步的，所述吸能按钮和发电机均为多个。

本方案具体运作时，因飞溅的岩石较多，且无规则运行，为提高储存电能的效率，在壳体上设置多个吸能按钮，多个吸能按钮底部均设置有发电机，多个发电机均和稳流装置连接，将电能储存在蓄电池中。

进一步的，所述壳体一端设置有扁千斤顶，所述扁千斤顶插入围岩内部。