本發(fā)明屬于工程爆破，具體涉及一種深孔爆破預(yù)裂聚能裝置及預(yù)裂爆破方法。

背景技術(shù)：

1、在隧道開挖、礦山開采等地下工程中，如何精確控制爆破裂縫的方向和深度，一直是工程中的難點(diǎn)。傳統(tǒng)爆破方法通常依賴炸藥在鉆孔中的自由爆破，雖然能夠破壞巖體，但缺乏對(duì)裂縫方向和深度的精確控制。尤其是在深孔爆破中，由于炸藥量的分布和爆破能量的釋放無法精確調(diào)控，導(dǎo)致裂縫擴(kuò)展的不可控性，且常常出現(xiàn)能量浪費(fèi)或?qū)χ車鷰r體的過度破壞。

2、為了克服這些問題，預(yù)裂爆破技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。通過在爆破前對(duì)巖體進(jìn)行預(yù)設(shè)裂縫，能夠有效控制爆破能量的釋放方向，從而減少對(duì)周圍巖體的擾動(dòng)，提高裂縫擴(kuò)展的可控性。預(yù)裂爆破技術(shù)特別適用于深孔爆破，通過精確調(diào)節(jié)爆破裝置，使得爆破能量集中于預(yù)設(shè)裂縫區(qū)域，減少不必要的能量損失，確保裂縫的高效生成?，F(xiàn)有的預(yù)裂爆破裝置在炸藥量與巖石性質(zhì)之間的能量匹配方面仍存在不足。傳統(tǒng)的爆破裝置通常無法精確匹配炸藥量與巖石的特性，導(dǎo)致爆破能量釋放不均勻，裂縫擴(kuò)展受限。此外，現(xiàn)有技術(shù)在切縫口的調(diào)節(jié)、能量分布及裝置穩(wěn)定性方面也存在問題，影響了爆破效果的可控性和穩(wěn)定性。

3、因此，迫切需要一種新型的預(yù)裂爆破裝置，能夠精確調(diào)節(jié)切縫口，并實(shí)現(xiàn)炸藥量與巖石特性之間的精準(zhǔn)能量匹配。這種新型裝置將能夠提高預(yù)裂爆破方案的效率。在預(yù)裂爆破方案的制定過程中，通過公式等方法來精確確定爆破參數(shù)，優(yōu)化裝置設(shè)計(jì)，從而確保能量的有效釋放和裂縫的精準(zhǔn)擴(kuò)展，同時(shí)最小化對(duì)周圍巖體的影響，提升施工安全性和效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了彌補(bǔ)以上不足，本發(fā)明提供了一種深孔爆破預(yù)裂聚能裝置及預(yù)裂爆破方法，其目的確保裂縫在預(yù)定方向擴(kuò)展，并集中能量在關(guān)鍵位置，實(shí)現(xiàn)安全、精準(zhǔn)的預(yù)裂效果。

2、本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種深孔爆破預(yù)裂聚能裝置，包括聚能預(yù)裂管，聚能預(yù)裂管為中空結(jié)構(gòu)的圓管，其內(nèi)部設(shè)置有三段裝藥槽，每段裝藥槽內(nèi)均放置有炸藥填充卷，且每段裝藥槽內(nèi)的炸藥填充卷均由藥卷居中定位裝置進(jìn)行定位，聚能預(yù)裂管內(nèi)設(shè)置有導(dǎo)爆索；聚能預(yù)裂管的兩側(cè)均開設(shè)有切縫，且兩個(gè)切縫的兩側(cè)均設(shè)置有切縫口寬度調(diào)節(jié)器，切縫口寬度調(diào)節(jié)器為四個(gè)，且四個(gè)所述切縫口寬度調(diào)節(jié)器的截面均為圓弧形；聚能預(yù)裂管的下端螺紋連接于自動(dòng)居中定位裝置，聚能預(yù)裂管的上端螺紋連接于螺紋連接器，多個(gè)聚能預(yù)裂管之間通過螺紋連接器與自動(dòng)居中定位裝置螺紋配合連接，且四個(gè)切縫口寬度調(diào)節(jié)器的兩端分別滑動(dòng)連接于螺紋連接器與自動(dòng)居中定位裝置。

4、進(jìn)一步地，自動(dòng)居中定位裝置和螺紋連接器均為階梯圓柱形；在自動(dòng)居中定位裝置直徑大的一側(cè)開設(shè)有四個(gè)第一曲形滑動(dòng)槽；在螺紋連接器直徑大的一側(cè)開設(shè)有四個(gè)第二曲形滑動(dòng)槽，且在四個(gè)第一曲形滑動(dòng)槽和四個(gè)第二曲形滑動(dòng)槽的內(nèi)壁均設(shè)置有第一鋸齒軌道；在四個(gè)切縫口寬度調(diào)節(jié)器的兩端均設(shè)置有第二鋸齒軌道，且第二鋸齒軌道與第一鋸齒軌道配合設(shè)置；第一鋸齒軌道與第二鋸齒軌道均為彈性的材料。

5、進(jìn)一步地，藥卷居中定位裝置包括：第一定位桿調(diào)節(jié)槽、第二定位桿調(diào)節(jié)槽和藥卷居中定位桿，聚能預(yù)裂管在每段裝藥槽的周側(cè)均勻開設(shè)有第一定位桿調(diào)節(jié)槽；每個(gè)切縫口寬度調(diào)節(jié)器上均開設(shè)有三個(gè)第二定位桿調(diào)節(jié)槽，且第一定位桿調(diào)節(jié)槽與第二定位桿調(diào)節(jié)槽的位置相對(duì)應(yīng)；藥卷居中定位桿穿過第二定位桿調(diào)節(jié)槽和第一定位桿調(diào)節(jié)槽后抵觸炸藥填充卷，且藥卷居中定位桿上設(shè)置有刻度線。

6、進(jìn)一步地，自動(dòng)居中定位裝置沿圓周方向均勻設(shè)置有四個(gè)定位鋼絲，定位鋼絲采用高強(qiáng)度合金鋼材質(zhì)。

7、進(jìn)一步地，聚能預(yù)裂管由左右兩個(gè)半圓形殼體組成，分別為聚能預(yù)裂管左殼體和聚能預(yù)裂管右殼體，在聚能預(yù)裂管右殼體上設(shè)置有多個(gè)連接柱，在聚能預(yù)裂管左殼體設(shè)置有多個(gè)凹槽，且連接柱與凹槽配合設(shè)置。

8、進(jìn)一步地，自動(dòng)居中定位裝置和螺紋連接器均為中空結(jié)構(gòu)，且導(dǎo)爆索依次貫穿于自動(dòng)居中定位裝置、聚能預(yù)裂管和螺紋連接器；聚能預(yù)裂管的內(nèi)壁上設(shè)置有三個(gè)導(dǎo)爆索安全固定點(diǎn)。

9、根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種深孔爆破預(yù)裂爆破方法，預(yù)裂爆破方法包括如下步驟：

10、步驟:獲取爆破區(qū)域的參數(shù)信息，其中，參數(shù)信息包括巖石特性、強(qiáng)度、地應(yīng)力，爆破區(qū)域包括淺部區(qū)、過渡區(qū)和深部區(qū)，爆破區(qū)域的劃分基于預(yù)裂炮孔確定；

11、步驟:基于參數(shù)信息和爆破需求，確定炸藥類型和對(duì)應(yīng)的炸藥裝藥量；

12、步驟:基于炸藥裝藥量和能量匹配算法，優(yōu)化炸藥裝藥量，以實(shí)現(xiàn)炸藥量與巖石特性之間的精準(zhǔn)能量匹配。

13、進(jìn)一步地，步驟s1中，爆破區(qū)域劃分方法如下：

14、淺部區(qū)位于預(yù)裂炮孔的上部，淺部區(qū)的深度為第一預(yù)設(shè)深度，其中第一預(yù)設(shè)深度基于預(yù)裂炮孔確定；

15、過渡區(qū)位于淺部區(qū)和深部區(qū)之間，過渡區(qū)的深度為第二預(yù)設(shè)深度，其中第二預(yù)設(shè)深度基于預(yù)裂炮孔確定；

16、深部區(qū)位于預(yù)裂炮孔的底部，深部區(qū)的深度為第三預(yù)設(shè)深度，其中第三預(yù)設(shè)深度基于預(yù)裂炮孔確定。

17、進(jìn)一步地，步驟s2中，基于參數(shù)信息和爆破需求，確定炸藥類型和對(duì)應(yīng)的炸藥裝藥量的方法包括：

18、s2-1：炸藥采用乳化炸藥藥卷，預(yù)裂炮孔采用軸向間隔裝藥方式，預(yù)裂炮孔自下而上分為四個(gè)部分：高能裝藥集中段、裝藥適度均衡段、裝藥減量緩沖段和炮孔封閉填塞段，其中，高能裝藥集中段位于預(yù)裂炮孔的底部，對(duì)應(yīng)深部區(qū)；裝藥適度均衡段位于中部，對(duì)應(yīng)過渡區(qū)；裝藥減量緩沖段和炮孔封閉填塞段位于上部，對(duì)應(yīng)淺部區(qū)；

19、根據(jù)巖石極限抗壓強(qiáng)度與炸藥特性及巖石力學(xué)性質(zhì)確定不耦合系數(shù)(k0)計(jì)算公式如下：

20、

21、式中，σc為巖石極限抗壓強(qiáng)度；σdt為巖石的極限動(dòng)態(tài)抗拉強(qiáng)度；ρ0為炸藥密度，g/cm3；ve為炸藥爆轟速度，m/s；ω1、ω2為權(quán)重系數(shù)，ω1+ω2＝1；

22、根據(jù)巖石強(qiáng)度、炮孔直徑和炮孔間距提出的線狀藥密度公式如下：

23、

24、式中，δ為線裝藥密度；β為巖石系數(shù)，堅(jiān)硬巖石為0.6，中等強(qiáng)度巖石為0.4—0.5，軟巖為0.3—0.4；d為炮孔直徑，mm；a為炮孔間距，cm；

25、炮孔裝藥量的計(jì)算公式如下：

26、q＝(l×π×d2×δ)÷4

27、q＝q1+q2+q3

28、式中，q為炮孔裝藥量，kg；q1為淺部區(qū)裝藥量，kg；q2為過渡區(qū)裝藥量，kg；q3為深部區(qū)裝藥量，kg；l為炮孔裝藥長(zhǎng)度，cm；

29、s2-2：軸向間隔裝藥的藥卷間隔距離設(shè)計(jì)為10—30cm，根據(jù)區(qū)域劃分分別取值如下：

30、(1)淺部區(qū)：藥卷間隔距離設(shè)計(jì)為25—30cm；

31、(2)過渡區(qū)：藥卷間隔距離設(shè)計(jì)為15—20cm；

32、(3)深部區(qū)：藥卷間隔距離設(shè)計(jì)為10—15cm。

33、進(jìn)一步地，步驟3中基于所述炸藥裝藥量和能量匹配算法，優(yōu)化炸藥裝藥量，以實(shí)現(xiàn)炸藥量與巖石特性之間的精準(zhǔn)能量匹配的方法包括：

34、(1)基于不耦合系數(shù)和淺部區(qū)修正系數(shù)，確定淺部區(qū)區(qū)域能量，其中，淺部區(qū)修正系數(shù)計(jì)算公式如下：

35、

36、式中，α淺為淺部區(qū)修正系數(shù)；σc為巖石極限抗壓強(qiáng)度；

37、k淺＝α淺·k0

38、式中，k淺為淺部區(qū)不耦合系數(shù)；k0為不耦合系數(shù)；

39、(2)過渡區(qū)直接使用步驟2計(jì)算出的不耦合系數(shù)k0；

40、(3)基于不耦合系數(shù)和深部區(qū)修正系數(shù)，確定深部區(qū)區(qū)域能量，其中，深部區(qū)修正系數(shù)計(jì)算公式如下：

41、

42、k深＝α深·k0

43、式中，σs為地應(yīng)力；k深為深部區(qū)不耦合系數(shù)。

44、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

45、1.可調(diào)節(jié)的切縫口設(shè)計(jì)使得聚能預(yù)裂管可以根據(jù)不同巖石條件靈活調(diào)節(jié)切縫的寬度，以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制裂縫的擴(kuò)展，這種可調(diào)節(jié)性在不同巖性中都能發(fā)揮出色的效果。

46、2.定位鋼絲通過自動(dòng)居中定位裝置與聚能預(yù)裂管一體化組裝，定位鋼絲直接設(shè)置于聚能預(yù)裂管上，使聚能預(yù)裂管在插入時(shí)即自動(dòng)居中，這樣可以確保切縫口方向在安裝時(shí)無需反復(fù)調(diào)整，并能在爆破過程中保持方向不變，此外不僅能夠保持聚能預(yù)裂管居中，同時(shí)也有效防止聚能預(yù)裂管因自重向鉆孔底部滑動(dòng)，特別是在垂直或傾斜鉆孔中，聚能預(yù)裂管可能受到重力影響而下滑，定位鋼絲能夠有效防止這種情況的發(fā)生。

47、3.聚能預(yù)裂管之間通過螺紋連接器與自動(dòng)居中定位裝置內(nèi)腔螺紋扭緊連接，提供了極高的穩(wěn)固性，相比傳統(tǒng)的黏合或套管連接方式，螺紋連接不僅安裝快速，結(jié)構(gòu)牢固，而且能夠承受較大爆破沖擊力，不會(huì)發(fā)生松動(dòng)或錯(cuò)位。

48、4.在每根聚能預(yù)裂管的內(nèi)部設(shè)置三個(gè)導(dǎo)爆索固定點(diǎn)，確保導(dǎo)爆索在聚能預(yù)裂管內(nèi)穩(wěn)定、居中，避免了導(dǎo)爆索與炸藥直接接觸的風(fēng)險(xiǎn)，這樣設(shè)計(jì)極大提高了操作的安全性，防止了在導(dǎo)爆索因位置偏移或摩擦導(dǎo)致的誤爆情況。