摘要
钻爆法因其操作简单、施工成本低而被广泛应用于矿山井巷、隧道开挖等工程。在隧道钻爆掘进开挖过程中，光面爆破是控制轮廓超欠挖的必要手段，影响开挖围岩的稳定性及施工安全性，同时隧道爆破开挖瞬间产生大量的粉尘严重影响施工人员身体健康。本研究鉴于勐省隧道围岩破碎、光爆开挖效果差及爆破产生粉尘浓度大等问题，提出切缝聚能水压光面爆破技术。此技术基于调整炸药爆炸能量分布，加强了能量在切缝方向对岩石的致裂作用，是一种岩石定向断裂控制爆破新技术，有效改善光面爆破效果，提高围岩稳定性，降低爆破粉尘浓度，达到安全绿色高效掘进施工的目的。本文在切缝药包定向断裂控制爆破技术研究基础上开展了切缝聚能水压光面爆破技术的相关研究，主要研究结果如下： （1）基于爆破理论，对比分析了切缝药包、常规装药爆破机理，进一步阐述了切缝药包定向断裂控制爆破技术对爆轰产物的控制作用机理，即在切缝开口方向有一定的“聚能”效应，可以实现对介质的定向断裂控制爆破，提高炸药能量在切缝方向有效利用率。对切缝药包爆破效果影响因素分析表明：径向不耦合系数对其定向断裂控制爆破效果具有显著影响。 （2）切缝药包爆破的动态焦散试验和爆破损伤分形维数计算分析表明，在径向不耦合系数为1.71时，切缝药包定向断裂控制爆破效果最佳，主裂纹扩展距离最长16.3cm，次裂纹仅一条，左侧主裂纹尖端应力强度因子峰值达到2.6MN?M-3/2，能量在切缝方向聚能作用强烈。通过对比分析在此系数条件下切缝药包和常规装药爆破后介质受损程度，前者在非切缝方向介质受到的损伤降低35%，在切缝方向介质受到的损伤增加40%。在切缝管约束作用下，加强了炸药能量在切缝方向对介质的致裂，在非切缝方向对介质起到一定保护作用。 （3）切缝药包光面爆破现场应用研究表明，相较于常规装药爆破，在周边孔切缝药包装药径向不耦合系数为1.54时，切缝药包定向断裂控制爆破技术能使一次爆破循环进尺提高0.4m，炮孔利用率提高12%，一次循环的炸药单耗降低0.1kg/m3；周边孔孔距由55cm~65cm拉大到70cm~100cm，拉大21.5%~35%，隧道围岩开挖平整，半孔率达到93%，轮廓线控制较好，平均超挖降低80.7%；一个循环的喷浆量由52.76m3/m降低到41.36m3/m，降低21.6%，喷浆时间缩短35min。 （4）切缝聚能水压光面爆破现场应用研究表明，水压爆破相较于常规爆破后的平均粉尘浓度降低约35.4%，粉尘浓度维持在峰值1000mg/m3的时间缩短10min，爆后粉尘浓度超过报警值500mg/m3的时间缩短11min，现场施工环境得到改善；周边孔半孔率达到94%，最大超挖由110cm降低至10cm，降低91%，平均超挖由69cm降低至8cm，降低88%，壁面开挖平整度高，围岩稳定性提高，安全施工得到保障。在实现高效开挖的同时改善了隧道施工环境，相较于常规爆破，具有显著的优势。
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