深埋隧道局部区域差异定向断裂控制爆破方法技术

本发明专利技术涉及一种深埋隧道局部区域差异定向断裂控制爆破方法，步骤为，在凿岩台车上安装多种功能传感器，进行采集数据并整理；基于采集的数据建立神经网络模型，对围岩等级信息进行输出；通过神经网络模型输出的围岩等级进行掌子面围岩等级分区，将相同岩性区域连通，实现围岩等级区域化划分，得到掌子面分区信息；采用数字图像处理技术对掌子面岩体进行裂隙与分析，得到裂隙信息；将掌子面分区信息与裂隙信息同时导入数据分析软件，在原有的围岩等级分区图加入节理裂隙，采用积分法自动计算各区域面积，对爆破设计区域进行更新，进行爆破工作。本发明专利技术解决了隧道开挖过程中的超欠挖问题，提高了能量利用率。提高了能量利用率。

【技术实现步骤摘要】
深埋隧道局部区域差异定向断裂控制爆破方法


[0001]本专利技术涉及隧道及地下工程爆破领域，具体为一种深埋隧道局部区域差异定向断裂控制爆破方法。

技术介绍

[0002]在进行隧道及地下工程掘进施工时，钻爆法具有经济、高效及对地质适应能力强的明显优势，至今仍是我国隧道掘进施工中重要技术手段。凿岩台车进行凿岩作业是最基本、最重要的一项工程任务，在对掌子面进行钻孔过程中，钻头与岩土体进行直接接触，会反馈大量地质信息，这些信息能够反映围岩的质量情况，目前主要用于不良地质体判识，预防工程地质灾害的发生，在爆破设计过程中并没有很好加以利用，如何高效利用具有重要意义。
[0003]隧道一般因线路较长、穿越地层复杂多变，比露天矿山爆破更具复杂性，爆破设计方法中没有考虑同一掌子面岩性不同与节理裂隙而进行统一化爆破设计，因此针对隧道截面不同岩性进行差异化爆破设计，对改善爆破效果，降低工程成本有着重要影响，隧道光面爆破实施效果好坏关键是爆破参数设计是否合理，参数设计合理与否直接影响隧道开挖质量。在施工过程中，如何根据爆破效果、炸药性能、地质变化情况及时调整爆破参数也至关重要。CN 102042786 A专利提出浅埋大断面隧道控制爆破施工方法，通过不断试爆，分析爆破结果以此对爆破方案进行优化设计，利用爆破网路连接不同区域进行微差爆破，提升爆破效果。本文提出了通过凿岩机械设备进行岩性感知获取围岩等级分类，并结合岩石自身节理裂隙进行分区爆破的系统化分区方案，进一步优化了爆破设计方案。CN 112096272A专利提出了一种凿岩机智能钻进方法，随着凿岩机械设备的发展与运用，凿岩台车在地下隧道中应用逐渐广泛，而传统凿岩机因为人为操作，测得参数种类有限。目前存在炸药能量利用率较低、围岩超欠挖以及经济效益较差的问题。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术提供一种深埋隧道局部区域差异定向断裂控制爆破方法，其目的在于解决隧道开挖过程中的超欠挖问题，以提高能量利用率。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种深埋隧道局部区域差异定向断裂控制爆破方法，步骤为，
[0007]步骤1：在凿岩台车上安装多种功能传感器，进行采集数据并整理；
[0008]步骤2：基于步骤1采集的数据建立神经网络模型，对围岩等级信息进行输出；步骤3：通过神经网络模型输出的围岩等级进行掌子面围岩等级分区，将相同岩性区域连通，实现围岩等级区域化划分，得到掌子面分区信息；
[0009]步骤4：采用数字图像处理技术对掌子面岩体进行裂隙与分析，得到裂隙信息；
[0010]步骤5：将掌子面分区信息与裂隙信息同时导入数据分析软件，在原有的围岩等级分区图加入节理裂隙，采用积分法自动计算各区域面积，对爆破设计区域进行更新，进行爆
破工作。
[0011]进一步的，步骤1采集数据具体操作为：
[0012](1)凿岩台车开始工作后将钻进参数自动存储至凿岩机自身存储系统中，生成钻孔日志，并将数据以一次工作周期的时间为单位独立存储；
[0013](2)将钻孔日志从凿岩台车自身存储系统中拷贝到数据监测软件的数据文件夹中，在记录钻进参数的同时，对应的掌子面钻孔深度、钻孔位置以及钻孔时间等基础信息也被记录下来；
[0014](3)在数据监测软件中打开钻孔日志，将信息图表化处理，分别将信息对应到每一个钻孔上，将该钻孔的钻进参数和基础信息导出。
[0015]进一步的，步骤2中神经网络模型的输入层、输出层和隐含层的神经元参数的选择如下：
[0016]输入层：钻进速度，冲击压力，钻头转速，扭矩，钻头加速度，钻臂倾角，所以输入层一共有以上6个参数，神经元个数为6个；
[0017]输出层：对围岩岩性的评级，对岩石岩性划分为3级，分别为Ⅲ级围岩、Ⅳ级围岩、
Ⅴ
级围岩所以输出层一共有以3个参数，神经元个数为3个；
[0018]隐含层：隐含层节点个数根据网络训练结果调整。
[0019]进一步的，步骤4中获得裂隙信息具体操作为：
[0020]4.1对高清摄像机得到图像进行图像灰度化和图像直方图统计，选取小波变换级数，对图像统计直方图进行二级HARR小波变换；采用一维HARR小波变换进行处理；
[0021]4.2选取平滑滤波器及滤波半径对变换后的图像数据进行平滑处理，对平滑处理后的图像数据进行极值冲击检测，得到极值分布数组，选取模型参数，采用的极值冲击响应模型求其系统冲击响应，
[0022]4.3通过极值冲击响应结果，求得系统响应第二次下降为0时的位置，根据响应位置求得此前最近一次的极小值，将其作为阈值，进行HARR小波逆变换，将其还原到原始直方图的位置，并将该位置作为原始灰度图的分割阈值对图像进行分割，得到裂隙信息。
[0023]进一步的，步骤4.1中HARR母小波函数和父小波函数如下：
[0024]ψ
j,k
(x)＝v(2
j
x
‑
k
)
[0025][0026][0027][0028][0029]其中k为平移系数，j为尺度系数，所有ψ
j,k
(x)和构成了一组小波空间，构建小波分解树。
[0030]进一步的，步骤4.2中极值冲击响应模型如下：
[0031]f(x
i
)＝af(x
i
‑1)＝|jzf(x
i
)|
‑
b
[0032][0033]式中，a为响应函数的缓冲系数，b为衰减系数，jzf(x
i
)为在位置x
i
处的极值冲击值，f(x
i
)为在位置x
i
处的极值冲击响应值，fg(x
i
)为在位置x
i
处的抗饱和极值冲击响应值，x
i
为离散直方图的横坐标。
[0034]进一步的，步骤5中爆破工作参数为：
[0035](1)岩石坚固系数f：
[0036][0037]式中f为岩石坚固系数；R为岩石的单轴极限抗压强度；
[0038](2)炸药单耗q：
[0039][0040]式中q为炸药单耗；f为岩石坚固系数；S为隧道开挖断面积；C为药卷直径的影响系数；b为炮孔深度影响系数；e为炸药能量系数；ζ为装药密度的影响系数；ω为岩体结构、裂隙和层理的影响系数；
[0041](3)光面爆破不耦合系数D及装药直径d：
[0042][0043]式中D为不耦合系数；dk为炮眼直径；di为装药直径；
[0044](4)周边眼间距E、最小抵抗线V和相对距系数K
[0045][0046]式中，E为周边炮眼间距；V为最小抵抗线；K值总是小于1，当d＝38～46mm， E＝30～50cm，V＝40～60cm时，K＝0.5～0.8；
[0047](5)炮眼数量：
[0048]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深埋隧道局部区域差异定向断裂控制爆破方法，其特征在于：步骤为，步骤1：在凿岩台车上安装多种功能传感器(20)，进行采集数据并整理；步骤2：基于步骤1采集的数据建立神经网络模型，对围岩等级信息进行输出；步骤3：通过神经网络模型输出的围岩等级进行掌子面围岩等级分区，将相同岩性区域连通，实现围岩等级区域化划分，得到掌子面分区信息；步骤4：采用数字图像处理技术对掌子面岩体进行裂隙与分析，得到裂隙信息；步骤5：将掌子面分区信息与裂隙信息同时导入数据分析软件，在原有的围岩等级分区图加入节理裂隙，采用积分法自动计算各区域面积，对爆破设计区域进行更新，进行爆破工作。2.根据权利要求1所述的深埋隧道局部区域差异定向断裂控制爆破方法，其特征在于：步骤1采集数据具体操作为：(1)凿岩台车开始工作后将钻进参数自动存储至凿岩机自身存储系统中，生成钻孔日志，并将数据以一次工作周期的时间为单位独立存储；(2)将钻孔日志从凿岩台车自身存储系统中拷贝到数据监测软件的数据文件夹中，在记录钻进参数的同时，对应的掌子面钻孔深度、钻孔位置以及钻孔时间等基础信息也被记录下来；(3)在数据监测软件中打开钻孔日志，将信息图表化处理，分别将信息对应到每一个钻孔上，将该钻孔的钻进参数和基础信息导出。3.根据权利要求1所述的深埋隧道局部区域差异定向断裂控制爆破方法，其特征在于：步骤2中神经网络模型的输入层、输出层和隐含层的神经元参数的选择如下：输入层：钻进速度，冲击压力，钻头转速，扭矩，钻头加速度，钻臂倾角，所以输入层一共有以上6个参数，神经元个数为6个；输出层：对围岩岩性的评级，对岩石岩性划分为3级，分别为Ⅲ级围岩、Ⅳ级围岩、
Ⅴ
级围岩所以输出层一共有以3个参数，神经元个数为3个；隐含层：隐含层节点个数根据网络训练结果调整。4.根据权利要求1所述的深埋隧道局部区域差异定向断裂控制爆破方法，其特征在于：步骤4中获得裂隙信息具体操作为：4.1对高清摄像机得到图像进行图像灰度化和图像直方图统计，选取小波变换级数，对图像统计直方图进行二级HARR小波变换；采用一维HARR小波变换进行处理；4.2选取平滑滤波器及滤波半径对变换后的图像数据进行平滑处理，对平滑处理后的图像数据进行极值冲击检测，得到极值分布数组，选取模型参数，采用的极值冲击响应模型求其系统冲击响应，4.3通过极值冲击响应结果，求得系统响应第二次下降为0时的位置，根据响应位置求得此前最近一次的极小值，将其作为阈值，进行HARR小波逆变换，将其还原到原始直方图的位置，并将该位置作为原始灰度图的分割阈值对图像进行分割，得到裂隙信息。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：王军祥，孙杰，郭连军，魏延超，李林，
申请(专利权)人：中铁十九局集团第五工程有限公司，
类型：发明
国别省市：