一种超声波激励辅助二氧化碳定向爆破的方法技术

本发明专利技术公开了一种超声波激励辅助二氧化碳定向爆破方法，属于气体爆破技术领域，具体地说属于一种超声波激励辅助二氧化碳气体爆破定向致裂岩体的方法，包括选址、成孔、超声波激励、洗孔、安装二氧化碳爆破致裂设备、封孔和起爆7个步骤。本发明专利技术公开的一种超声波激励辅助二氧化碳定向爆破方法，首先根据设计方案对预定爆破开挖方向上的岩体施加超声波激励作用，预先对岩土工程预定开挖方向的岩体进行超前致裂，降低岩体动力学性质并促使其内部初始裂隙的生成，随后采用二氧化碳致裂器进行岩体爆破，该方法能够定向弱化开挖岩体动力学性质，有效控制岩体爆生裂纹的起裂扩展方向，减少岩体超欠挖量，削弱对非开挖区域岩体的损伤扰动。扰动。扰动。

【技术实现步骤摘要】
一种超声波激励辅助二氧化碳定向爆破的方法


[0001]本专利技术涉及液体爆破
领域，特别涉及一种超声波激励辅助二氧化碳定向爆破的方法。

技术介绍

[0002]随着我国经济的发展，人们对于资源和空间的需求与日俱增，越来越多的地下空间工程相继投入建设。在这些地下空间工程的建设过程中，如何实现地下岩体的安全高效开挖是至关重要的，它对后续作业有着非常大的影响。通常而言，在地下岩体破碎开挖作业当中，一方面应尽可能地使开挖区域内的岩体实现合理有效的破碎，另一方面应尽可能地减少对开挖区域以外岩体造成的损伤乃至破坏，这是广大科技工作者追求的共同目标。长期以来，由于钻爆法成本低、效率高等优势，被广泛地应用于地下工程岩体开挖作业当中，一直是地下工程岩体开挖的主要方法。实践表明，该方法在实际实施过程中不可避免地要对开挖区域以外的岩体造成损伤。为了尽可能地削弱开挖区域以外的岩体造成的损伤，国内外学者在传统的钻爆法的基础上针对性地提出并发展了岩石定向断裂控制爆破技术，如切槽爆破、切缝药包爆破和聚能爆破等。然而，在实际施工过程中，由于炸药爆破过程产生的瞬时高压，使得传统的岩石定向断裂控制爆破技术在实施过程中不可避免地会对非开挖区域的围岩造成不容忽视的损伤扰动，尤其是在深部地下空间开挖作业当中，这一损伤扰动将对邻近既有建筑带来非常大的影响。因此，研发一种安全、绿色、低损伤岩石定向致裂技术有着非常重要的理论意义和现实意义。
[0003]二氧化碳爆破技术最初是为了避免因炸药爆破产生火焰引起瓦斯爆炸事故而专门为高瓦斯矿井的采煤工作面而研发的一种不同于传统炸药爆破的物理爆破技术，它的技术原理是通过二氧化碳由液态转化为气态时生成大量气体所产生的强大推力来实现破碎岩石的目的的。与传统炸药爆破技术相比，二氧化碳爆破技术具有以下几个突出的优点：一是二氧化碳爆破时产生的爆破振动与爆破噪音小、因而其对施工地点周围居民的影响较小。二是由于爆破过程中不产生任何有害气体，因而可以减少对环境的污染。三是二氧化碳爆破过程中产生的能量较小，因此其安全系数更高，还可以避免造成岩体的过度破碎。四是部分的二氧化碳爆破致裂装置能够重复使用，这在一定程度上可降低技术成本。因此，随着相关研究工作的深入，近年来二氧化碳爆破技术越来越受到国内外学者的青睐，已将其应用范围拓展至资源开采等许多领域当中，如深部煤层增透、煤层顶底板灾害防治、深部矿井冲击地压防治等。然而，传统的二氧化碳爆破技术在岩石致裂作业中尚存在两个主要缺陷。第一是与炸药爆破相比，二氧化碳爆破时所产生的压力较小。现有研究成果表明，炸药爆破产生的最大峰值压力约为40GPa，而二氧化碳爆破时产生的最大峰值压力约为200～500MPa，仅为炸药爆破最高峰值压力的0.5％～1.25％。靠此压力难以对部分硬度系数较高的岩体造成有效的破碎。第二是二氧化碳爆破技术对于爆破临空面的要求相对较高，在没有临空面的情况下，二氧化碳爆破效果极差，难以实现有效致裂岩石的目的，这也是传统的二氧化碳爆破技术不适用于深基坑开挖作业的重要原因。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种超声波激励辅助二氧化碳定向爆破的方法，可以有效解决
技术介绍
中的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0006]一种超声波激励辅助二氧化碳定向爆破的方法，包括如下步骤：
[0007]S1.选址：根据岩体工程地质概况和设计方案，确定岩土工程开挖施工区域；
[0008]S2.成孔：根据岩体工程地质情况和设计方案，在岩土工程开挖区域钻进炮孔至设计深度，并对施工完的炮孔进行洗孔，清理炮孔中的岩屑、水及其他杂质；
[0009]S3.超声波激励：根据施工设计方案沿炮孔径向方向对预定致裂方向上的岩体施加超声波激励作用，诱导岩体内部初始微裂隙的生成、扩展，加剧岩体内部损伤发育程度并降低其力学强度；
[0010]S4.洗孔：对施加过超声波激励作用后的钻孔进行洗孔，清理其中的岩屑、水及其他杂质；
[0011]S5.安装二氧化碳爆破致裂设备：将二氧化碳爆破致裂器安放在炮孔中，调整致裂器的致裂方向，使致裂器释放管切缝方向与超声波激励作用方向和岩土工程开挖方向保持一致；
[0012]S6.封孔：利用二氧化碳爆破致裂封孔器对钻孔进行封孔；
[0013]S7.起爆：开启电源，启动二氧化碳爆破电加热器，实施爆破作业。
[0014]优选的，所述炮孔在进行二氧化碳爆破致裂之前均对预定致裂方向上的岩体施加超声波激励作用，诱导岩体内部初始微裂隙的生成、扩展，加剧岩体内部损伤发育程度并降低其力学强度。
[0015]优选的，所述超声波激励作用通过安装在钻杆上的超声波换能器、变幅杆和超声波发生器施加到岩土工程开挖区域岩体上。
[0016]优选的，所述超声波激励作用相关参数及炮孔布置间距均需根据超声波激励现场试验测试结果进行确定，所述相关参数包括超声波频率、超声波功率、超声波作用时间。
[0017]优选的，所述钻孔在超声波激励作用前后均需进行洗孔，确保钻孔中的岩屑及其他杂质被清理干净。
[0018]优选的，在实施超声波激励作用完成后，还需将钻孔温度降低至30℃以下。
[0019]优选的，所述二氧化碳爆破致裂装置包括释放管、储液管、定向管、封孔装置、检验装置和起爆装置；
[0020]其中，释放管轴向方向上有两条相对布置的切缝方向，该切缝方向即为二氧化碳爆破时气体释放方向。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0022]1、本专利技术通过超声波激励超前定向弱化岩体动力学性质并诱导岩体内部生成初始微裂隙，能够降低二氧化碳爆破荷载下岩体起裂压力并引导爆生裂纹起裂、扩展方向。
[0023]2、本专利技术采用二氧化碳致裂器进行爆破，克服了炸药爆破破坏性大、能量难以集中、危险性高、噪音和粉尘污染严重、爆破震动效应大等缺点，为岩体定向控制爆破提供了新的思路。
附图说明
[0024]图1是本专利技术一种超声波激励辅助二氧化碳定向爆破的方法示意图。
[0025]图2是本专利技术一种超声波激励辅助二氧化碳定向爆破的方法
Ⅱ‑Ⅱ
剖面图。
[0026]图3和图4是本专利技术一种超声波激励辅助二氧化碳定向爆破的方法的超声波激励现场试验示意图。
[0027]图5是本专利技术一种超声波激励辅助二氧化碳定向爆破的方法的超声波激励现场试验
Ⅴ‑Ⅴ
剖面图。
[0028]图6是本专利技术一种超声波激励辅助二氧化碳定向爆破的方法实施步骤示意图。
[0029]图中：1为超声波激励作用区域，2为二氧化碳爆破致裂器，3为岩体预定致裂方向，4为岩体，5为二氧化碳爆破致裂气体，6为二氧化碳爆生裂纹，7为二氧化碳爆破封孔器，8为超声波激励后岩体中形成的初始裂隙，9为超声波激励措施孔，10为超声波激励发生装置，11为超声波激励作用效果检测孔，12为钻杆。
具体实施方式
[0030]为使本专利技术实现的技术手段、创本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声波激励辅助二氧化碳定向爆破的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.选址：根据岩体工程地质概况和设计方案，确定岩土工程开挖施工区域；S2.成孔：根据岩体工程地质情况和设计方案，在岩土工程开挖区域钻进炮孔至设计深度，并对施工完的炮孔进行洗孔，清理炮孔中的岩屑、水及其他杂质；S3.超声波激励：根据施工设计方案沿炮孔径向方向对预定致裂方向上的岩体施加超声波激励作用，诱导岩体内部初始微裂隙的生成、扩展，加剧岩体内部损伤发育程度并降低其力学强度；S4.洗孔：对施加过超声波激励作用后的钻孔进行洗孔，清理其中的岩屑、水及其他杂质；S5.安装二氧化碳爆破致裂设备：将二氧化碳爆破致裂器安放在炮孔中，调整致裂器的致裂方向，使致裂器释放管切缝方向与超声波激励作用方向和岩土工程开挖方向保持一致；S6.封孔：利用二氧化碳爆破致裂封孔器对钻孔进行封孔；S7.起爆：开启电源，启动二氧化碳爆破电加热器，实施爆破作业。2.根据权利要求1所述的一种超声波激励辅助二氧化碳定向爆破的方法，其特征在于：所述炮孔在进行二氧化碳爆破致裂之前均对预定致裂方向上的岩体施加超声波激励作用，诱导岩体内部初始微裂隙的生成、扩展，...

【专利技术属性】
技术研发人员：苟强，
申请(专利权)人：苟强，
类型：发明
国别省市：