基于地应力诱导效应的深部高应力岩巷中深孔高效掏槽爆破方法技术

本发明专利技术实施例提供的基于地应力诱导效应的深部高应力岩巷中深孔高效掏槽爆破方法，涉及深部岩体钻爆掘进领域。包括：在待掘进岩巷原位临空面开展地应力爆破测试，获取所述待掘进岩巷原位所处地层岩体的地应力、爆炸应力波及围岩夹制力协同作用下的裂纹分布状态；根据所述裂纹分布状态在所述待掘进岩巷的临空面布设掏槽孔网；基于所述掏槽孔网实施掏槽爆破。基于工程实践发现的地应力对爆炸裂纹扩展的诱导效应对岩石破碎抛掷的影响效应，针对深部高应力岩巷的中深孔掏槽爆破，在掏槽爆破网孔布设时充分综合考虑地应力对岩石破碎抛掷的影响效应，可以改善高应力岩巷中深孔掏槽爆破效果。本发明专利技术适用于深部高应力岩巷掘进场景中。中。中。

【技术实现步骤摘要】
基于地应力诱导效应的深部高应力岩巷中深孔高效掏槽爆破方法


[0001]本专利技术涉及深部岩体钻爆掘进领域，尤其涉及基于地应力诱导效应的深部高应力岩巷中深孔高效掏槽爆破方法。

技术介绍

[0002]近年来，矿产资源的开采状态由露天转向地下，由浅部转向深部。其中，煤炭的开采深度达到了1500m，地热和有色金属的开采深度已分别超过了3000m和4350m，油气资源的开采深度更是达到了7500m。深部开采将成为常态，是保障我国能源和矿产资源供给的主要途径之一。随着资源开采向地球深部进军的过程中，资源开采环境更加复杂，开采难度急剧增加。矿产资源的深部化开采面临着“三高一扰动”，其中，深部岩体的高地应力特点是深部开采有别于浅部开采的一个显著差异，也是深部开采必须面对和解决的难题。为适应深部资源开采特点，各种涉及深部钻采施工的工艺也需要作出理论和技术革新。
[0003]在深部矿产资源开采或其它地下工程中，岩巷(岩石井巷)掘进是基础。其中，钻爆法通过机械打眼和装药爆破实现岩石破碎，是岩巷掘进的重要施工手段。在钻爆法掘进中，速度的关键在掏槽，质量的关键在周边。掏槽爆破效果的优劣对掘进进尺起到决定性的作用。
[0004]本申请的专利技术人在实现本专利技术创造的过程中发现：当前，一些学者提出的分阶分段掏槽爆破、大直径空孔掏槽爆破、楔直复合掏槽等掏槽爆破技术，在中深孔爆破应用中也取得一定的效果。然而，由于均未综合考虑深部地应力特点对爆破裂纹的影响，致使爆破效果欠佳。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术实施例提供基于地应力诱导效应的深部高应力岩巷中深孔高效掏槽爆破方法，基于工程实践发现的地应力对爆炸裂纹扩展的诱导效应对岩石破碎抛掷的影响效应，针对深部高应力岩巷的中深孔掏槽爆破，在掏槽爆破网孔布设时充分综合考虑地应力对岩石破碎抛掷的影响效应，可以改善高应力岩巷中深孔掏槽爆破效果。
[0006]为达到上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]基于地应力诱导效应的深部高应力岩巷中深孔高效掏槽爆破方法，包括步骤：在待掘进岩巷原位临空面开展地应力爆破测试，获取所述待掘进岩巷原位所处地层岩体的地应力、爆炸应力波及围岩夹制力协同作用下的裂纹分布状态；根据所述裂纹分布状态在所述待掘进岩巷的临空面布设掏槽孔网；基于所述掏槽孔网实施掏槽爆破。
[0008]可选地，所述在待掘进岩巷原位临空面开展地应力爆破测试，获取所述待掘进岩巷原位所处地层岩体的地应力、爆炸应力波及围岩夹制力协同作用下的裂纹分布状态包括：在所述待掘进岩巷的临空面至少钻凿一个与掏槽孔相同深度的测试炮孔，所述测试炮孔直径与掏槽孔相同；在所述测试炮孔内装入与掏槽孔等量且相同装药方式的炸药，并置
入雷管，堵塞炮孔；利用起爆器起爆所述雷管，并经所述雷管引爆炸药；炸药爆炸后，基于爆炸应力波、深部地应力及测试炮孔周围围岩夹制力的协同作用，使所述测试炮孔周边岩体发生破碎并形成裂纹；根据临空面表面可见裂纹，确定在垂直炮孔轴向的岩体剖面上的所述裂纹分布状态。
[0009]可选地，所述垂直炮孔轴向的岩体剖面包含临空面表面；所述根据临空面表面可见裂纹，确定在垂直炮孔轴向的岩体剖面上的所述裂纹分布状态包括：以所述测试炮孔为中心，确定向四周延伸的裂纹长度；用喷漆、记号笔或电子扫描仪将所述裂纹长度的端点相连勾勒或绘制出临空面表面的裂纹分布轮廓，形成相应的裂纹外围包络线；所述根据所述裂纹分布状态在所述待掘进岩巷的临空面布设掏槽孔网包括：根据所述裂纹外围包络线的形状及大小在所述待掘进岩巷的临空面布设掏槽孔网。
[0010]可选地，所述裂纹外围包络线的形状为椭圆形，所述裂纹外围包络线的大小以其长轴和短轴表示；所述根据所述裂纹外围包络线的形状及大小在所述待掘进岩巷的临空面布设掏槽孔网包括：至少布设第一组掏槽孔，所述第一组掏槽孔至少布设4个，分别为第一掏槽孔、第二掏槽孔、第三掏槽孔及第四掏槽孔，所述第一掏槽孔、第二掏槽孔、第三掏槽孔及第四掏槽孔与所述测试炮孔直径、孔深、装药方式及装药量相同；按照第一掏槽孔起爆后的裂纹外围包络线分别与第二掏槽孔及第三掏槽孔分别起爆后的裂纹外围包络线至少存在相切或相交部分、第二掏槽孔起爆后的裂纹外围包络线与第三掏槽孔起爆后的裂纹外围包络线至少存在相切或相交部分、第四掏槽孔起爆后的裂纹外围包络线分别与第二掏槽孔及第三掏槽孔分别起爆后的裂纹外围包络线至少存在相切或相交部分，布设所述第一掏槽孔、第二掏槽孔、第三掏槽孔及第四掏槽孔，用于形成第一掏槽区域。
[0011]可选地，所述第一掏槽孔与第四掏槽孔关于第二掏槽孔与第三掏槽孔的中心连线对称设置。
[0012]可选地，所述第一掏槽孔与第四掏槽孔之间的中心距第二掏槽孔与第三掏槽孔之间的中心距l2≤b，第一掏槽孔与第二掏槽孔之间的中心距、第一掏槽孔与第三掏槽孔的中心距、第二掏槽孔与第四掏槽孔之间的中心距、第三掏槽孔与第四掏槽孔之间的中心距均要满足其中，a为所述临空面表面的裂纹外围包络线的长半轴，b为所述临空面表面的裂纹外围包络线的短半轴。
[0013]可选地，沿炮孔轴向上、垂直于所述炮孔轴向的岩体剖面上的所述裂纹外围包络线的形状一致；所述根据临空面表面可见裂纹，确定在垂直炮孔轴向的岩体剖面上的所述裂纹分布状态还包括：确定沿炮孔轴向上、垂直于所述炮孔轴向的岩体剖面上的所述裂纹外围包络线的大小；根据得到沿炮孔轴向上、垂直于所述炮孔轴向的岩体剖面上的所述裂纹外围包络线的形状及大小确定出地应力、爆炸应力波和围岩夹制作用综合作用下的单孔爆破裂纹三维分布状态。
[0014]可选地，根据所述裂纹分布状态在所述待掘进岩巷的临空面布设掏槽孔网还包括：根据所述单孔爆破裂纹三维分布状态确定临空面表面的裂纹外围包络线的中心相对于孔底的裂纹外围包络线的中心的水平偏移距离；基于所述水平偏移距离，确定第二掏槽孔与第三掏槽孔的孔口及孔底位置；根据确定的所述孔口及孔底位置，从所述孔口斜向钻设所述第二掏槽与第三掏槽孔，使所述第二掏槽孔与第三掏槽孔的孔底的中心到所述孔口的
中心的中心距大于或等于所述水平偏移距离。
[0015]可选地，所述第二掏槽孔与第三掏槽孔分别斜向第一掏槽区的中心钻设，所述第二掏槽孔的孔底与第三掏槽孔的孔底之间的中心距小于等于所述孔底裂纹外围包络线的短轴长度。
[0016]可选地，所述第二掏槽孔与第三掏槽孔斜向钻设角度
[0017]可选地，根据所述裂纹分布状态在所述待掘进岩巷的临空面布设掏槽孔网还包括：根据所述单孔爆破裂纹三维分布状态确定临空面表面的裂纹外围包络线的中心相对于孔底的裂纹外围包络线的中心的水平偏移距离；基于所水平偏移距离，确定第一掏槽孔与第四掏槽孔的孔口及孔底位置；根据确定的所述孔口及孔底位置，从所述孔口分别斜向所述第一掏槽区域的中心钻设所述第一掏槽孔与第四掏槽孔，使所述第一掏槽孔与第四掏槽孔的孔底的中心到所述孔口的中心的中心距大于或等于所述水平偏移距离。
[0018]可选地，所述第一掏槽孔的孔底与第四掏槽孔的孔底之间的中心距小于等于所述孔底裂纹外围本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深部高应力岩巷中深孔高效掏槽爆破方法，其特征在于，包括步骤：在待掘进岩巷原位临空面开展地应力爆破测试，获取所述待掘进岩巷原位所处地层岩体的地应力、爆炸应力波及围岩夹制力协同作用下的裂纹分布状态；根据所述裂纹分布状态在所述待掘进岩巷的临空面布设掏槽孔网；基于所述掏槽孔网实施掏槽爆破。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在待掘进岩巷原位临空面开展地应力爆破测试，获取所述待掘进岩巷原位所处地层岩体的地应力、爆炸应力波及围岩夹制力协同作用下的裂纹分布状态包括：在所述待掘进岩巷的临空面至少钻凿一个与掏槽孔相同深度的测试炮孔，所述测试炮孔直径与掏槽孔相同；在所述测试炮孔内装入与掏槽孔等量且相同装药方式的炸药，并置入雷管，堵塞炮孔；利用起爆器起爆所述雷管，并经所述雷管引爆炸药；炸药爆炸后，基于爆炸应力波、深部地应力及测试炮孔周围围岩夹制力的协同作用，使所述测试炮孔周边岩体发生破碎并形成裂纹；根据临空面表面可见裂纹，确定在垂直炮孔轴向的岩体剖面上的所述裂纹分布状态。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述垂直炮孔轴向的岩体剖面包含临空面表面；所述根据临空面表面可见裂纹，确定在垂直炮孔轴向的岩体剖面上的所述裂纹分布状态包括：以所述测试炮孔为中心，确定向四周延伸的裂纹长度；用喷漆、记号笔或电子扫描仪将所述裂纹长度的端点相连勾勒或绘制出临空面表面的裂纹分布轮廓，形成相应的裂纹外围包络线；所述根据所述裂纹分布状态在所述待掘进岩巷的临空面布设掏槽孔网包括：根据所述裂纹外围包络线的形状及大小在所述待掘进岩巷的临空面布设掏槽孔网。4.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述裂纹外围包络线的形状为椭圆形，所述裂纹外围包络线的大小以其长轴和短轴表示；所述根据所述裂纹外围包络线的形状及大小在所述待掘进岩巷的临空面布设掏槽孔网包括：至少布设第一组掏槽孔，所述第一组掏槽孔至少布设4个，分别为第一掏槽孔、第二掏槽孔、第三掏槽孔及第四掏槽孔，所述第一掏槽孔、第二掏槽孔、第三掏槽孔及第四掏槽孔与所述测试炮孔直径、孔深、装药方式及装药量相同；按照第一掏槽孔起爆后的裂纹外围包络线分别与第二掏槽孔及第三掏槽孔分别起爆后的裂纹外围包络线至少存在相切或相交部分、第二掏槽孔起爆后的裂纹外围包络线与第三掏槽孔起...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁晨曦，杨仁树，黄佳强，张金华，赵继忠，王德胜，龚敏，陈建华，李红勇，肖成龙，
申请(专利权)人：首钢集团有限公司矿业公司，
类型：发明
国别省市：