【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于深部金属矿山巷道掘进，尤其涉及一种微波辅助预裂的深部金属矿山巷道掏槽爆破方法。
技术介绍
1、作为我国现代工业发展的重要原材料，金属矿产资源在我国经济建设中发挥着举足轻重的作用。随着金属矿山浅部资源的日趋枯竭，深部开采已是金属矿产资源开发的必然趋势。我国开采深度达到或超过千米的地下金属矿山已达16座，目前金属矿山的开采深度以大约10～30m/a的速度下降，在未来，我国预计将有1/3的金属矿山开采深度达到1000m。
2、目前深部金属矿山巷道掘进大多采用钻爆法施工，普遍存在大块率高、炸药单耗高、掘进效率低等问题。此外，钻爆法施工过程中的强扰动作用使得赋存“三高”特殊环境的深部巷道掘进作业经常面临岩爆、片帮、垮塌等动力灾害。深部矿山巷道传统钻爆施工遭遇技术瓶颈，导致施工效率低、爆破效果差、安全风险高，严重影响深部金属矿山巷道的高效化、安全化施工，并进一步制约深部金属矿产资源的开采利用。
3、掏槽爆破是深部金属矿山巷道掘进的关键环节，掏槽爆破质量的好坏直接决定了钻爆施工整体质量。同时，作为首爆段的掏槽爆破因起爆时所受夹制作用最大，除掏槽爆破炸药爆炸引起的振动扰动外，深部高地应力开挖面瞬态卸荷诱发的强烈振动扰动也是深部动力灾害的主要扰动源。因此，为突破目前深部钻爆掘进技术遇到的瓶颈问题，研发一种高效、安全的深部金属矿巷道掏槽爆破技术具有十分重要的现实意义和社会意义。
技术实现思路
1、本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术的目
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种微波辅助预裂的深部金属矿山巷道掏槽爆破方法，包括如下步骤：
4、步骤1、确定巷道开挖面初始地应力场的最小主应力方向
5、步骤2、确定空孔参数
6、步骤3、确定第1掏槽孔位置及参数
7、过空孔中心沿最小主应力方向布置第1掏槽孔，其中，所有掏槽孔直径相同，空孔与第1掏槽孔的间距按照以下公式计算确定：
8、
9、式中，s1为空孔与第1掏槽孔的间距，mm；r为第1掏槽孔半径，mm；r为空孔半径，mm；h1为第1掏槽孔装药系数；
10、所有掏槽孔深度相同，每个掏槽孔深度取爆破开挖理论循环进尺与超深之和，即：
11、l＝l+△l (7)
12、式中，l为掏槽孔深度，m；△l为超深；
13、则第1掏槽孔装药量按照以下公式计算确定：
14、q1＝πr2lh1ρe (8)
15、式中，q1为第1掏槽孔装药量，kg；ρe为炸药密度，kg/m3。
16、步骤4、对空孔和第1掏槽孔孔底进行微波辐射预裂
17、步骤5、试起爆第1掏槽孔，初步确定第2掏槽孔位置及参数
18、试起爆第1掏槽孔，观察起爆后开挖面上炮孔周围裂纹分布情况，裂纹扩展的主方向即为第1掏槽孔临时开挖后开挖面最大主应力方向，其中垂线方向即为第1掏槽孔临时开挖后开挖面最小主应力方向，过第1掏槽孔中心沿第1段临时开挖面最小主应力方向或不大于30°夹角方向布置第2掏槽孔，第2掏槽孔与第1掏槽孔的间距按照以下公式计算确定：
19、s2＝k1s1 (9)
20、式中，s2为第2掏槽孔与第1掏槽孔的间距，m；k1为第2掏槽孔与第1掏槽孔的间距系数；
21、第2掏槽孔装药量按照以下公式计算确定：
22、q2＝πr2lh2ρe (10)
23、式中，q2为第2掏槽孔装药量，kg；h2为第2掏槽孔装药系数，且h2<h1。
24、步骤6、按照步骤4和步骤5同样的方法，初步确定其余所有掏槽孔位置及参数；
25、步骤7、确定掏槽孔最终孔网布置及参数；
26、步骤8、确定掏槽爆破起爆网络
27、掏槽爆破采用逐孔延时起爆网络。
28、具体的，步骤7中根据掏槽孔闭环布置标准并观测试爆过程中的掏槽爆破效果，检验初步确定的掏槽孔孔网布置及参数是否满足闭环布置标准；
29、若满足，进行下一步；若不满足，重复步骤3～步骤6，并调整各掏槽孔位置、装药系数、孔底微波辐射等孔网布置及参数，直至满足，然后进行下一步；
30、其中，第n掏槽孔与第n-1掏槽孔的间距和第n掏槽孔与第1掏槽孔的间距接近，n为掏槽孔数量。
31、具体的，步骤8中按照确定出的掏槽孔序号先后逐孔起爆，第1掏槽孔起爆后第2掏槽孔的起爆微差时间取25～50ms，其余后续掏槽孔的起爆微差时间取25ms。
32、具体的，步骤6中在确定其余掏槽孔位置时，根据整体掏槽孔布置走向沿最小主应力在30°夹角范围内灵活调整，以保证最后形成掏槽孔闭环布置；
33、对第i-1掏槽孔孔底进行微波辐射预裂、试起爆，从而确定出第i掏槽孔位置及参数，其中，第i掏槽孔与第i-1掏槽孔的间距按照以下公式计算确定：
34、si＝ki-1si-1 (11)
35、式中，si为第i掏槽孔与第i-1掏槽孔的间距，m；si-1为第i-1掏槽孔与第i-2掏槽孔的间距，m；ki-1为第i掏槽孔与第i-1掏槽孔的间距系数，取值1～1.3，i＝3，4，…，n，n为掏槽孔数量；
36、第i掏槽孔装药量按照以下公式计算确定：
37、qi＝πr2lhiρe (12)
38、式中，qi为第i掏槽孔装药量，kg；hi为第i掏槽孔装药系数，hi的取值与应力水平及炮孔受夹制条件有关，取值0.7～0.9，且后爆掏槽孔的装药系数小于先爆掏槽孔，即hi<hi-1。
39、具体的，掏槽孔直径为40～80mm，△l的取值为0.2～0.4m，k1的取值为1.5～2，h1和h2的取值均为0.7～0.9，k的取值为1.60～1.85。
40、具体的，步骤4的具体过程为：将微波发生器分别装入空孔和第1掏槽孔孔底，对孔底岩体进行微波辐射预裂，孔内微波发生器的工作频率在2～3ghz，功率取2～6kw，微波作用时间取1～5min，微波辐射预裂完成后，对钻孔进洗孔，并清理孔内的岩屑。
41、具体的，步骤2的具体过程为：
42、为有效控制掏槽爆破引发的爆炸荷载和瞬态卸荷扰动强度，巷道开挖采用微波辅助预裂的含空孔桶形直眼掏槽逐孔起爆技术，装药方式采用径向耦合装药；
43、根据爆破开挖循环进尺和现场凿岩机具条件在掌子面中心布置一个大直径空孔为第一掏槽爆破孔提供自由面即可，单个大直径空孔直径按照以下公式计算确定：
44、de＝(3.2l)2 (4)
45、式中，de为大空孔直径本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种微波辅助预裂的深部金属矿山巷道掏槽爆破方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的深部金属矿山巷道掏槽爆破方法，其特征在于：步骤7中根据掏槽孔闭环布置标准并观测试爆过程中的掏槽爆破效果，检验初步确定的掏槽孔孔网布置及参数是否满足闭环布置标准；
3.根据权利要求1所述的深部金属矿山巷道掏槽爆破方法，其特征在于：步骤8中按照确定出的掏槽孔序号先后逐孔起爆，第1掏槽孔起爆后第2掏槽孔的起爆微差时间取25～50ms，其余后续掏槽孔的起爆微差时间取25ms。
4.根据权利要求1-3任一项所述的深部金属矿山巷道掏槽爆破方法，其特征在于：步骤6中在确定其余掏槽孔位置时，根据整体掏槽孔布置走向沿最小主应力在30°夹角范围内灵活调整，以保证最后形成掏槽孔闭环布置；
5.根据权利要求4所述的深部金属矿山巷道掏槽爆破方法，其特征在于：掏槽孔直径为40～80mm，△l的取值为0.2～0.4m，k1的取值为1.5～2，h1和h2的取值均为0.7～0.9，K的取值为1.60～1.85。
6.根据权利要求4所述的深部金属矿山巷道
7.根据权利要求4所述的深部金属矿山巷道掏槽爆破方法，其特征在于，步骤2的具体过程为：
8.根据权利要求7所述的深部金属矿山巷道掏槽爆破方法，其特征在于：若De>150mm时，可用多个小直径空孔代替，多个小直径空孔沿掌子面中心线对称布置，小直径空孔直径按照以下公式计算确定：
9.根据权利要求4所述的深部金属矿山巷道掏槽爆破方法，其特征在于：步骤1中巷道开挖面初始地应力场的主应力场大小及方向通过巷道的钻孔地应力现场测试直接确定；若无巷道的钻孔地应力现场测试数据，则通过深部金属矿山的钻孔地应力现场测试数据进一步推算确定。
10.根据权利要求9所述的深部金属矿山巷道掏槽爆破方法，其特征在于，巷道开挖面初始地应力场的主应力场大小及方向推算过程为：
...【技术特征摘要】
1.一种微波辅助预裂的深部金属矿山巷道掏槽爆破方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的深部金属矿山巷道掏槽爆破方法，其特征在于：步骤7中根据掏槽孔闭环布置标准并观测试爆过程中的掏槽爆破效果，检验初步确定的掏槽孔孔网布置及参数是否满足闭环布置标准；
3.根据权利要求1所述的深部金属矿山巷道掏槽爆破方法，其特征在于：步骤8中按照确定出的掏槽孔序号先后逐孔起爆，第1掏槽孔起爆后第2掏槽孔的起爆微差时间取25～50ms，其余后续掏槽孔的起爆微差时间取25ms。
4.根据权利要求1-3任一项所述的深部金属矿山巷道掏槽爆破方法，其特征在于：步骤6中在确定其余掏槽孔位置时，根据整体掏槽孔布置走向沿最小主应力在30°夹角范围内灵活调整，以保证最后形成掏槽孔闭环布置；
5.根据权利要求4所述的深部金属矿山巷道掏槽爆破方法，其特征在于：掏槽孔直径为40～80mm，△l的取值为0.2～0.4m，k1的取值为1.5～2，h1和h2的取值均为0.7～0.9，k的取值为1.60～1.85。
6.根据权利要求4所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈峰宾，祝杰，魏海霞，褚怀保，杨小林，崔有权，王金星，牛豪爽，梁为民，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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