一种岩爆防治装置以及防治方法

本发明属于隧道矿山施工技术领域，尤其涉及一种岩爆防治装置以及防治方法。

背景技术：

随着现代社会的快速发展，我国铁路建设网也向西部高应力地区发展，矿山挖掘深度也越来越大，因此，工程建设中岩爆问题也愈加突出。岩爆是高地应力条件下工程开挖过程中，围岩因开挖卸荷导致的弹性应变能突然释放，从而产生岩石爆裂、剥落、弹射甚至抛掷的一种地质灾害，严重威胁着施工人员的生命安全与设备的正常使用，对整个工程建设产生难以估量的影响。

岩爆问题一直是深部隧洞工程的研究热点与难点，国内外部分学者认为有一种岩爆发生时产生的爆炸现象是因为岩石体内存在气体，经过开挖扰动，在岩石内部，气体聚集形成高压气体而且无法释放，最终超出岩石承载极限，导致岩石破裂，高压气体释放，发生爆炸，产生强大气流，破坏支护结构，对现场人员与环境造成巨大的伤害。

目前，在隧道与矿业工程中，对于岩爆的防治主要依靠支护结构自身强度，属于一种被动方法，常见的隧道支护方法有喷射混凝土支护、锚杆支护、金属网支护、钢拱架支护，可见传统方法支护下没有考虑岩爆发生形成的高压气体无法释放造成的问题。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的不足，本发明提供一种岩爆防治装置以及防治方法，以解决现有技术中传统方法支护下没有考虑岩爆发生形成的高压气体无法释放造成的问题。

本发明的技术方案为：

一方面，本发明提供了一种岩爆防治装置，所述防治装置包括：

排气主道，所述排气主道沿轴向具有相对的第一端和第二端，所述排气主道内设置有气体压力传感器；

外排气管，所述外排气管连通在所述排气主道的第一端上；

通气组件，所述通气组件设置有多个，每个所述通气组件均具有相对的第一端和第二端，多个所述通气组件的第一端均连通在所述排气主道的周面上，多个所述通气组件的第二端均向背离所述排气主道的方向延伸；

进气组件，所述进气组件具有输入端和输出端，所述排气主道的第二端和一个所述进气组件的输出端连接，每个所述通气组件的第二端均对应和一个所述进气组件的输出端连接。

进一步地，每个所述进气组件均包括：

进气管，所述进气管具有相对的第一端和第二端，所述进气管的第一端为所述进气组件的输出端，所述进气管的第二端为所述进气组件的输入端；

固定板，所述固定板固体套装在所述进气管的第二端上。

更进一步地，所述固定板上设置有多个螺孔，多个所述螺孔绕所述进气管的中心轴等角度间隔设置。

进一步地，所述固定板的外侧设置有橡胶垫层，所述橡胶垫圈设置在所述进气管的外侧，所述橡胶垫层突出所述进气管的第二端设置。

进一步地，所述进气管的第二端内设置有过滤网。

进一步地，和所述排气主道连接的所述进气管的第一端连接有第一直管，所述第一直管通过第一连接管连接在所述排气主道的第二端上，所述第一连接管和所述第一直管连接的一端的孔径小于所述第一连接管和所述排气主道连接的一端的孔径；

和所述通气组件连接的所述进气管的第一端通过第二直管连接在所述通气组件的第二端上。

进一步地，所述通气组件包括排气管和缓冲管，所述排气管的一端为所述通气组件的第一端，所述排气管的一端连通在所述排气主道的周面上，所述缓冲管垂直连通在所述排气管的另一端上，所述缓冲管和所述排气主道的中心轴平行设置，所述缓冲管远离所述排气管的一端向所述排气主道的第二端的方向延伸，所述缓冲管远离所述排气管的一端为所述通气组件的第二端。

进一步地，所述缓冲管通过第二连接管以及连接弯管连通在所述排气管的另一端上，所述连接弯管为90°弯管，所述第二连接管和所述缓冲管连接的一端的孔径大于所述第二连接管同所述连接弯管连接的一端的孔径。

进一步地，所述外排气管呈锥台状，所述外排气管面向所述排气主道的一端的孔径小于所述外排气管背向所述排气主道的一端的孔径。

另一方面，本发明还提供了一种岩爆防治方法，所述防治方法包括：

隧洞开挖支护安装完锚杆以及钢筋网；

通过超声波裂隙监测仪器对已开挖好的岩壁进行裂隙监测，通过利用声波在岩体中传播速度与岩体所受应力大小来确定岩壁裂隙发育位置；

将上述岩爆防治装置的各个进气组件的输出端固定在裂隙发育位置处；

进行喷射混凝土，将所述岩爆防治装置浇筑在混凝土内部，所述岩爆防治装置的外排气管的出口与外界相连通；

利用岩爆防治装置将岩石经过开挖扰动后，体内的气体排出。

本发明的有益效果是：

本发明所提供的一种岩爆防治装置以及防治方法，在岩爆发生之前，可将岩石体内由于受开挖扰动而集聚形成高压气体排出，防止岩爆的发生，或者岩爆发生时，爆炸产生的气流通过本装置向外界排出，减轻缓解岩爆的危害程度，同时排气主管内设有气体压力传感器，可以监测气体压强指数，从而判断该区域位置发生岩爆的可能性，通过结合支护手段可减轻甚至阻止岩爆发生，具有很好的实用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种岩爆防治装置的结构示意图；

图2为图1中固定板的结构示意图；

图3为图1中的排气主道上的进气组件的结构示意图；

图4为图1中的通气组件上的进气组件的结构示意图。

附图中：1-外排气管、2-排气主道、3-气体压力传感器、4-第一连接管、5-第一直管、6-进气管、7-固定板、8-橡胶垫层、9-螺孔、10-钢筋过滤网、11-排气管、12-连接弯管、13-第二连接管、14-缓冲管、15-第二直管。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1为本发明实施例的一种岩爆防治装置的结构示意图，结合图1，本发明实施例所提供的一种岩爆防治装置，包括排气主道2、外排气管1、通气组件以及进气组件，其中，排气主道2沿轴向具有相对的第一端和第二端，排气主道2内设置有气体压力传感器3，以监测气体压强指数；外排气管1连通在排气主道2的第一端上，通气组件设置有多个，每个通气组件均具有相对的第一端和第二端，多个通气组件的第一端均连通在排气主道2的周面上，多个通气组件的第二端均向背离排气主道的方向延伸，进气组件具有输入端和输出端，排气主道的第二端和一个进气组件的输出端连接，每个通气组件的第二端均对应和一个进气组件的输出端连接。

本实施例中，通气组件可以设置有四个，相应的进气组件需设置有五个，以用于和排气主道2以及通气组件连接。

结合图1，本实施例中，每个进气组件均包括进气管6以及固定板7，图2为图1中固定板的结构示意图，图3为图1中的排气主道上的进气组件的结构示意图，图4为图1中的通气组件上的进气组件的结构示意图。结合图1-图4，本实施例的进气管6具有相对的第一端和第二端，进气管6的第一端为进气组件的输出端，进气管6的第二端为进气组件的输入端，固定板7固体套装在进气管6的第二端上，固定管7用于将进气管6固定在裂隙发育位置处的岩壁上。

进一步地，结合图2，本实施例中，固定板7上设置有多个螺孔9，多个螺孔9绕进气管6的中心轴等角度间隔设置，这样就可以通过多个螺钉将固定管7固定在裂隙发育位置处的岩壁上。

结合图2-图4，本实施例中，固定板7外侧设置有橡胶垫层8，橡胶垫层8位于进气管6的外侧，橡胶垫层8突出进气管6的第二端设置。

进一步地，结合图1以及图2，本实施例的进气管6的第二端内设置有过滤网10，该过滤网10的材质优选为钢筋。

结合图3，本实施例中，和排气主道2连接的进气管6的第一端连接有第一直管5，第一直管5通过第一连接管4连接在排气主道2的第二端上，第一连接管4和第一直管5连接的一端的孔径小于第一连接管4和排气主道2连接的一端的孔径。

结合图4，本实施例中，和通气组件连接的进气管6的第一端通过第二直管15连接在通气组件的第二端上。

结合图4，本实施例中，通气组件包括排气管11和缓冲管14，排气管11的一端为通气组件的第一端，排气管11的一端连通在排气主道2的周面上，缓冲管14垂直连通在排气管11的另一端上，缓冲管14和排气主道2的中心轴平行设置，缓冲管14远离排气管的一端向排气主道2的第二端的方向延伸，缓冲管14远离排气管的一端为通气组件的第二端。

进一步地，结合图4，本实施例中，缓冲管14通过第二连接管13以及连接弯管12连通在排气管11的另一端上，连接弯管12为90°弯管，第二连接管13和缓冲管14连接的一端的孔径大于第二连接管13同连接弯管12连接的一端的孔径。

本实施例中，缓冲管14和第二直管15也可通过第二连接管13连接。

本实施例中，结合图1，外排气管1呈锥台状，外排气管1面向排气主道2的一端的孔径小于外排气管1背向排气主道2的一端的孔径，以利用气体的排放。

需要说明的是，本实施例中，管道和管道之间的连接可以采用焊接、卡接或者通过例如法兰盘等结构件对接的形式连接，本实施例对此不作限制。

另一方面，本发明还提供了一种岩爆防治方法，该防治方法包括：

隧洞开挖支护安装完锚杆以及钢筋网；

通过超声波裂隙监测仪器对已开挖好的岩壁进行裂隙监测，通过利用声波在岩体中传播速度与岩体所受应力大小来确定岩壁裂隙发育位置；

将上述岩爆防治装置的各个进气组件的输出端固定在裂隙发育位置处；

进行喷射混凝土，将岩爆防治装置浇筑在混凝土内部，岩爆防治装置的外排气管的出口与外界相连通，具体地：进行初次喷射混凝土，将岩爆防治装置的各个管道浇筑在混凝土内，最后在铺设完过滤网、钢拱架后进行二次喷射混凝土，除了外排气管留出一部分与外界相连通，其余构件均浇筑在混凝土内部；

利用岩爆防治装置将岩石经过开挖扰动后，体内的气体排出。

本实施例的有益效果为：

1、本申请的固定板上设有橡胶垫层，安装螺钉时，橡胶垫层与岩壁接触，可防止喷射混凝土时，混凝土流入进气管堵塞管道；

2、进气管口安装有过滤网，可防止周围岩体破碎成小块岩石进入管道，堵塞管道；

3、缓冲管给予高压气体增大体积，减小压强缓冲作用，削弱高压气体的破坏力，对管道也起到一定保护作用。

4、在岩爆发生之前，可将岩石体内由于受开挖扰动而集聚形成高压气体排出，防止岩爆的发生，或者岩爆发生时，爆炸产生的气流通过本装置向外界排出，减轻缓解岩爆的危害程度，同时排气主管内设有气体压力传感器，可以监测气体压强指数，从而判断该区域位置发生岩爆的可能性，通过结合支护手段可减轻甚至阻止岩爆发生，具有很好的实用价值。

5、本实施例结构合理，操作简单，能够有效地削弱岩爆的危害程度甚至是避免岩爆的发生，影响工作人员的安全，装置结构稳定，便于施工。

以下所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式下的限制，任何所述技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。