一种无自由边界岩体的静态爆破方法与流程

本发明属于岩体静态爆破技术领域，涉及一种无自由边界岩体的静态爆破方法。

背景技术：

岩体的静态爆破指的是在道路、桥梁、矿山、隧道、水利、基坑和孔桩等工程施工中，使用静态破碎剂代替炸药对岩体进行爆破，利用无声的静态破碎剂遇水化合膨胀技术，达到开挖目的的一种施工方法。现有技术中采用的静态爆破方法比较依赖自由边界的存在(在自由边界上，岩体膨胀方向没有约束，可以自由膨胀)，当需要在巨大完整岩体上开挖时，由于没有自由边界，岩体在静态破碎剂作用下的膨胀空间有限，因而难以实现待爆破区域的岩体破碎，无法达到有效破碎的目的。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种无自由边界岩体的静态爆破方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种无自由边界岩体的静态爆破方法，该方法包括以下步骤：

1)确定爆破区域及爆破边界；

2)在爆破边界上布设空孔，并在爆破区域内部布设装药孔及补偿孔；

3)将静态破碎物质加入至装药孔内，进行静态爆破。

进一步地，步骤1)中，所述的爆破区域为多边形或圆形。多边形包括正方形、长方形、三角形、平行四边形、菱形或梯形等，圆形包括正圆、椭圆或多焦点圆等。

进一步地，步骤2)中，在爆破边界上布设空孔之前，先清理爆破区域上方的作业面。

进一步地，步骤2)中，所述的爆破边界上均匀布设多个空孔。多个空孔围合形成爆破区域。

进一步地，所述的空孔的孔径为40-60mm，相邻两空孔之间的距离为200-250mm。

进一步地，步骤2)中，所述的爆破区域内部依次交替布设多个装药孔排及多个补偿孔排。

进一步地，所述的装药孔排包括多个并列设置在爆破区域内部的装药孔，所述的装药孔的孔径为38-42mm，相邻两装药孔之间的距离为200-300mm；所述的补偿孔排包括多个并列设置在爆破区域内部的补偿孔，所述的补偿孔的孔径为38-42mm，相邻两补偿孔之间的距离为200-300mm。装药孔及补偿孔均成排布设，装药孔内用于装填爆破用的静态破碎剂，补偿孔用于爆破时释放岩体应力形成裂缝。

进一步地，所述的装药孔排与补偿孔排之间的距离为200-300mm，并且所述的装药孔与补偿孔相互交错设置，呈梅花形。

进一步地，所述的装药孔与爆破边界之间的最小距离≤相邻两装药孔之间距离的一半。装药孔与爆破边界之间的最小距离即为最小抵抗线。

进一步地，步骤3)中，所述的静态破碎物质为静态破碎剂与水的混合物。

本发明中，空孔、装药孔及补偿孔均为垂直孔。空孔、装药孔及补偿孔的深度均为1.05h，其中，h为待爆破深度，且不超过1.5m；当待爆破深度超过1.5m时，分层爆破。

本发明在岩体的爆破边界处紧密布设多个空孔，构成人工自由边界，并在装药孔排之间布设成排补偿孔以释放膨胀压力，最终将待爆破岩体所受约束压力进行削弱。通过空孔构成的人工自由边界与补偿孔的压力释放使得岩体获得了更大的膨胀空间，同时诱导了岩体内应力的不均匀分布，使得应力集中现象更容易产生，诱使裂缝产生及发展。通过补偿孔与装药孔的梅花形分布，使静态破碎剂膨胀产生的压力充分覆盖待爆破区域，促进裂缝产生发展。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1)通过在无自由边界的岩体内构造出人工自由边界(即在爆破边界上布设空孔)，以包围爆破区域，并在爆破区域内部增设与装药孔呈梅花形布设的补偿孔，以减少待爆破岩体的约束，使高应力区域充分覆盖待爆破区域，达到有效破碎的目的，适用于对无自由边界或少自由边界岩体的静态爆破，能够减少因缺少自由边界而导致的岩体约束过大、爆破效果不佳的情况，确保了在苛刻约束条件下的静态爆破效果，实现一次性全区域内进行岩体的无声静态爆破；

2)保留了静态爆破方法的低噪音、低粉尘、低振动和低污染的优点，操作简单，解决了传统静态爆破方法依赖自由边界、对无自由边界岩体爆破效果不佳的问题，提高了爆破效率。

附图说明

图1为实施例1中静态爆破施工流程示意图；

图2为实施例1中布孔结构的俯视图，其中，矩形abdc内部为爆破区域，线段ab、bd、dc、ca为空孔构成的人工自由边界，即爆破边界；

图中标记说明：

1—空孔、2—装药孔、3—补偿孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

如图1、图2所示，一种无自由边界岩体的静态爆破方法的主要步骤如下：

步骤1：确定爆破区域，以爆破区域为中心设定爆破边界；

具体地，将在工程所需开挖空间范围向外延伸1m的区域内确定为爆破区域。依据工程需要，静态爆破区域可以是矩形，也可以是其他形状。以爆破区域边缘为爆破边界。

步骤2：清理爆破区域上方作业面，保证其适于后续静态爆破工作；

具体地，清理爆破区域上方作业面的过程包括：

清理爆破区域上方的植被、障碍物、积水和土层等，保持作业面无杂物；将作业面用覆面遮挡膜遮盖，保持较低的岩体温度。检验施工所需器材数量与设备工作性能，检验药剂可靠性(包装完整，无异常放热)。

步骤3：在爆破边界布设空孔1，构成人为的自由边界；

具体地，依据给出的方案布置图，将全部所需钻孔位置放样于爆破区域。用手持气腿式钻机依据放样位置钻孔，钻孔方向垂直于水平面。空孔孔径d空取为40-60mm，空孔孔距a取为200-250mm，成排布置。当待破碎的岩体质地坚硬时取小值，松软时可取较大值。空孔1深度为1.05h，其中h为待爆破深度。

步骤4：在爆破区域内布设装药孔2及补偿孔3；

具体地，依据给出的方案布置图，将全部所需钻孔位置放样于爆破区域。用手持气腿式钻机依据放样位置钻孔，钻孔方向垂直于水平面。装药孔孔径d药取为38-42mm，装药孔孔距b取为200-300mm，成排布置。当待破碎的岩体质地坚硬时取小值，松软时可取较大值。装药孔2深度为1.05h，其中h为待爆破深度。补偿孔孔径d补取为38-42mm，补偿孔孔距c取为200-300mm，成排布置。

具体地，装药孔排与补偿孔排交替布置，相隔距离为200-300mm；装药孔2与补偿孔3交错，呈现梅花形。

具体地，各个钻孔内余水和余灰渣应用高压风吹洗干净，孔口旁应干净无土石渣。钻孔完毕后、装药前应将作业面用覆面遮挡膜遮盖。

步骤5：将静态破碎剂与水拌合；

具体地，每孔装药的质量可以按关系式q＝ρπr²h进行计算，其中，ρ为拌合后的静态破碎剂密度，r为装药孔半径(d药/2)，h为待爆破深度；也可以按照简化估算公式进行估算q＝2.2h，即每次称取性能完好的静态破碎剂(2.2h)kg，温度为30℃左右的洁净水(0.66h)kg(静态破碎剂质量的30％)，先将静态破碎剂置于拌合盆中，再将洁净水倒入，用搅拌棍搅拌均匀，使之成为湿而松散的面絮状或胶泥状。

步骤6：向装药孔2中填装静态破碎剂，并堵塞装药孔2；

揭开覆面遮挡膜，将拌合好的静态破碎剂用装药勺与大漏斗装入装药孔2，同时不断用捅棍捣实，避免孔中静态破碎剂存在气泡。

装药时，不同装药孔排从中间向两侧依次装药，同一排中的装药孔2按一个方向装药，直至所有的装药孔2装药完成。已经装有静态破碎剂的装药孔2上方禁止站立与目视。

整个装药过程中工作人员需佩戴防护眼镜与橡胶手套，所着衣物应尽量覆盖皮肤。静态破碎剂拌合到装药完成，时间应尽量缩短，控制在5分钟以内，防止静态破碎剂的提前反应。已经冒气泡与烫手的静态破碎剂禁止装入孔内。

用棉布卷堵塞装药孔。

步骤7：等待静态破碎剂反应完全后对岩体进行破碎清除。

具体地，装药6个小时后，每隔一个小时观察装药孔周围裂缝发展情况，选取代表性裂缝三条，用游标卡尺进行宽度测量并记录。当记录的裂缝宽度数值连续三次变化值小于0.1mm时刻视作裂缝达到最大宽度，可以停止记录。整个过程应佩戴防护目镜，衣物应覆盖皮肤，严禁向装药孔内窥探。

当裂缝宽度停止发展后，用风镐将开裂的岩体进一步破碎剥落，碎岩应及时运离现场。

本实施例中，除了已经列举的主要步骤和设置方式之外，该技术中其他的基础性技术内容请参考现有技术，本实施例不再赘述。

实施例2：

一种无自由边界岩体的静态爆破方法，包括以下步骤：

1)确定多边形爆破区域及爆破边界；

2)清理爆破区域上方的作业面，之后在爆破边界上均匀布设多个空孔1，空孔1的孔径为40mm，相邻两空孔1之间的距离为200mm；

3)在爆破区域内部依次交替布设多个装药孔排及多个补偿孔排，装药孔排与补偿孔排之间的距离为200mm；装药孔排包括多个并列设置在爆破区域内部的装药孔2，装药孔2的孔径为38mm，相邻两装药孔2之间的距离为200mm；补偿孔排包括多个并列设置在爆破区域内部的补偿孔3，补偿孔3的孔径为38mm，相邻两补偿孔3之间的距离为200mm；多个装药孔2与多个补偿孔3相互交错设置，装药孔2与爆破边界之间的最小距离＝相邻两装药孔2之间距离的一半；

3)将静态破碎剂与水的混合物加入至装药孔2内，进行静态爆破。

实施例3：

一种无自由边界岩体的静态爆破方法，包括以下步骤：

1)确定圆形爆破区域及爆破边界；

2)清理爆破区域上方的作业面，之后在爆破边界上均匀布设多个空孔1，空孔1的孔径为60mm，相邻两空孔1之间的距离为250mm；

3)在爆破区域内部依次交替布设多个装药孔排及多个补偿孔排，装药孔排与补偿孔排之间的距离为300mm；装药孔排包括多个并列设置在爆破区域内部的装药孔2，装药孔2的孔径为42mm，相邻两装药孔2之间的距离为300mm；补偿孔排包括多个并列设置在爆破区域内部的补偿孔3，补偿孔3的孔径为42mm，相邻两补偿孔3之间的距离为300mm；多个装药孔2与多个补偿孔3相互交错设置，装药孔2与爆破边界之间的最小距离<相邻两装药孔2之间距离的一半；

3)将静态破碎剂与水的混合物加入至装药孔2内，进行静态爆破。

实施例4：

一种无自由边界岩体的静态爆破方法，包括以下步骤：

1)确定爆破区域及爆破边界；

2)清理爆破区域上方的作业面，之后在爆破边界上均匀布设多个空孔1，空孔1的孔径为50mm，相邻两空孔1之间的距离为220mm；

3)在爆破区域内部依次交替布设多个装药孔排及多个补偿孔排，装药孔排与补偿孔排之间的距离为220mm；装药孔排包括多个并列设置在爆破区域内部的装药孔2，装药孔2的孔径为40mm，相邻两装药孔2之间的距离为220mm；补偿孔排包括多个并列设置在爆破区域内部的补偿孔3，补偿孔3的孔径为40mm，相邻两补偿孔3之间的距离为220mm；多个装药孔2与多个补偿孔3相互交错设置，装药孔2与爆破边界之间的最小距离≤相邻两装药孔2之间距离的一半；

3)将静态破碎剂与水的混合物加入至装药孔2内，进行静态爆破。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。