阅读说明：本技术 岩体控制***装置及***方法 (Rock mass controlled blasting device and blasting method ) 是由 张驰 樊启华 李德华 侯泽卫 李江涛 肖华 周俊武 刘彬 王海龙 李思源 梁婉青 于 2020-07-20 设计创作，主要内容包括：一种岩体控制爆破装置及爆破方法,包括三向聚能槽管,三向聚能槽管可拆卸地与护壁盖板卡片连接,三向聚能槽管和护壁盖板卡片构成了爆破装置主体,爆破装置主体两端分别设有尾部导爆索托板扣和头部导爆索套管,头部导爆索套管内设有头部导爆索卡扣板。本发明能够有效控制炸药径向激发位置、聚能射流方向和被保护岩石面的成型质量和安全稳定性,使缓冲层或光爆层大块率和贴帮率显著降低,减少甚至杜绝二次处理情况的发生。(A rock mass control blasting device and a blasting method comprise a three-way energy-gathering groove pipe, wherein the three-way energy-gathering groove pipe is detachably connected with a retaining wall cover plate clamping piece, the three-way energy-gathering groove pipe and the retaining wall cover plate clamping piece form a blasting device main body, a tail detonating cord supporting plate buckle and a head detonating cord sleeve are respectively arranged at two ends of the blasting device main body, and a head detonating cord clamping plate is arranged in the head detonating cord sleeve. The invention can effectively control the explosive radial excitation position, the energy-gathered jet flow direction and the forming quality and the safety stability of the protected rock surface, obviously reduce the bulk rate and the sticking rate of the buffer layer or the light explosion layer, and reduce or even eliminate the occurrence of secondary treatment.)

岩体控制***装置及***方法

技术领域

本发明属于***技术领域，特别涉及一种应用于岩体预裂***和岩体光面***的岩体控制***装置及***方法。

背景技术

在工程建设领域，常常需要沿着设计开挖轮廓线开挖岩石，施工中要尽可能对轮廓线以外岩石保持原状，尽量对其不造成扰动和破坏，使保留岩面平整稳定；同时又需要使开挖轮廓线以内的岩石充分破碎，适合清理运输，并应一次***成型不做二次处理。因此，如边坡工程、隧道工程等，工程技术人员采用预裂（光面）***技术来实现被保留的岩石面控制性开挖的目的。

当前，工程建设领域一方面对设计开挖轮廓面的成型尺寸和岩面后期安全性、稳定性要求较高；另一方面对工程建设的经济性越来越重视。

采用传统的预裂（光面）***技术在炮孔量、岩面爆生裂隙控制等方面存在不足。现有的光面***技术，如中国专利文献CN201610439774.3公开的“隧道掘进聚能水压岩体控制***装置及***方法”，中国专利文献CN 110332860 A公开的“一种聚能水压光面***的周边眼装药结构及其施工方法”，采用的聚能水压***技术，仅是利用了装药药型的聚能作用，虽然在炮孔量、光爆孔孔距、装药量方面较传统的光面***效果有所提升，但是其装置和方法***径向激发点随机、聚能方向不稳定、操作过程不方便、爆后效果有待提升，尤其是缓冲层或光爆层岩石破碎块度控制及二次处理方面甚至不及传统预裂（光面）***技术，更不能由现场工程技术人员根据具体岩石情况灵活设计。

发明内容

鉴于背景技术所存在的技术问题，本发明所提供的岩体控制***装置及***方法，本发明能够有效控制***径向激发位置、聚能射流方向和被保护岩石面的成型质量和安全稳定性，使缓冲层或光爆层大块率和贴帮率显著降低，减少甚至杜绝二次处理情况的发生。

为了解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案来实现：

一种岩体控制***装置，包括三向聚能槽管，三向聚能槽管可拆卸地与护壁盖板卡片连接，三向聚能槽管和护壁盖板卡片构成了***装置主体，***装置主体两端分别设有尾部导爆索托板扣和头部导爆索套管，头部导爆索套管内设有头部导爆索卡扣板。

优选的方案中，所述的三向聚能槽管包括圆弧形轮廓板，圆弧形轮廓板的外轮廓半径为R，圆弧形轮廓板中部的外壁向圆心一侧凹陷形成了开挖侧聚能槽，开挖侧聚能槽为V型结构，开挖侧聚能槽的角度为γ；圆弧形轮廓板两端边缘的外壁向圆心一侧凹陷形成了轮廓面聚能槽，轮廓面聚能槽为V型结构，轮廓面聚能槽的角度为α；α取值大小为20°~120°，γ取值大小为20°~120°。

优选的方案中，所述的护壁盖板卡片包括圆弧形盖板，圆弧形盖板轴线与圆弧形轮廓板轴线重合设置；圆弧形盖板两端设有L型卡口，圆弧形轮廓板两端用于***至L型卡口内设置；L型卡口包括圆弧形卡槽，圆弧形卡槽的轴线与圆弧形轮廓板轴线重合设置，圆弧形卡槽的圆心角为β。

优选的方案中，所述的α和γ取值均为45°，β取值为6°~12°；三向聚能槽管为铝合金材质，三向聚能槽管外壁涂绝缘漆，护壁盖板卡片、尾部导爆索托板扣、头部导爆索套管和头部导爆索卡扣板均为聚氯乙烯材质；三向聚能槽管壁厚为0.6~1mm，绝缘漆厚度为0.3~0.5mm。

优选的方案中，所述的尾部导爆索托板扣包括同心异形圆板，同心异形圆板中心设有同心圆孔，同心圆孔用于穿过并限位导爆索；同心异形圆板包括第一半圆形板和第二半圆形板，第一半圆形板和第二半圆形板的圆心重合；同心异形圆板上设有多个V型卡板，V型卡板从内侧与开挖侧聚能槽和轮廓面聚能槽相贴合；第二半圆形板边缘设有半圆形护筒；V型卡板和半圆形护筒的长度均为b；三向聚能槽管长度为L，护壁盖板卡片长度为L1，同心异形圆板的厚度为c，L1=L+c。

优选的方案中，所述的头部导爆索套管包括套管，套管中部设有圆形隔板，圆形隔板设有第一偏心孔，第一偏心孔的半径为r，第一偏心孔的偏心距离为a，第一偏心孔内用于穿导爆索，r大于导爆索半径的0.4-0.6mm；圆形隔板与套管边缘的长度为d，套管内径为R1，套管外径为R2。

优选的方案中，所述的头部导爆索卡扣板为条形板结构，条形板两端边缘为圆弧边，圆弧边的半径为R4，圆弧边用于与头部导爆索套管套管内壁贴合卡固限位；头部导爆索卡扣板宽度为2d+2r，头部导爆索卡扣板上设有第二偏心孔，第二偏心孔的半径为r，第二偏心孔的偏心距离为a。

优选的方案中，所述的***装置主体外部套接有孔内固定柔性支撑，孔内固定柔性支撑设有同心异形孔，同心异形孔包括第一半圆孔和第二半圆孔，孔内固定柔性支撑外壁呈六边形设置。

本专利可达到以下有益效果：

1、本发明提供的***装置能够有效控制***径向激发位置、聚能射流方向、轮廓线裂纹发展长度、被保护岩石面的成型质量和安全稳定性，使缓冲层或光爆层大块率和贴帮率（缓冲层或光爆层岩石未充分破碎爆落，仍以层状形式紧贴轮廓面的情形叫做贴帮）显著降低，减少甚至杜绝二次处理情况的发生；本发明提供的***方法可根据岩石性质、轮廓面成型规格要求等具体情况，由工程技术人员灵活调节炮孔参数、聚能槽型角度、聚能流方向、水压量、不耦合装药系数和装药结构。本发明从炮孔及***材料用量、爆渣清运、爆后岩面处理率和质量合格率等方面提高了工程建设的经济性。

2、具有聚能效果。本装置除***槽型药型形成聚能作用外，高密度金属聚能槽母材在炮孔轴向形成“一”字形高能量密度射流，更具杀伤力。作用在炮孔壁岩体上有效形成初始切缝，为紧随其后的应力波破岩和高温高压气体做功创造条件。

3、具有增能效果。三向聚能槽管的母材为高燃烧热金属材料，除了在聚能槽处提供高能量密度射流外，圆弧部位母材***燃烧后也放出大量的热量，提高***高温高压气体的做功能力。

4、具有护壁效果。***爆轰时，护壁盖板卡片本身半圆形的非金属易气化材料，增厚设计，在炮孔被保护岩面一侧轴向，有效降低爆轰波的初始压力，抑制炮孔壁爆生裂隙的产生，从而对被保护岩石面产生护壁效果，有利于岩石面安全稳定。

5、聚能槽聚能射流方向可控。本装置设计了导爆索限位器，使其始终处于***装置同心圆轴心处，也就是三个聚能槽的共同顶点处。使***在聚能槽顶点正上方中心开始激发，聚能槽发挥最大作用且指向准确，从而更利于控制开挖轮廓线和被保护岩面平整度。导爆索限位器指尾部导爆索托板扣和头部导爆索套管及头部导爆索卡扣板。

6、径向、轴向不耦合装药系数均方便可调。可通过定制开挖侧聚能槽和轮廓面聚能槽开口角度、开口方向和三向聚能槽管的管径，调节装置径向不耦合系数；还可使用水袋、空气袋、***柱（或其组合形式）设计***装置本身轴向装药结构和整个炮孔轴向装药结构。

7、可通过孔底部、孔口端和本装置内部装填水袋，提供***水压破岩，改善***效果。

8、降低***面装药密度。通过三向聚能流切槽，金属***增能，空气柱提高爆生气体作用时间，水压改善孔底孔口破岩效果，从而降低轮廓面单位面积***使用量。

9、改善***效果，提高***工程的经济性。通过本***装置控制***能量的分布，有效改善***效果，尤其是有利于减小缓冲层或光爆层大块率和贴帮率，方便清运，减小甚至杜绝二次处理几率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明三向聚能槽管和护壁盖板卡片安装在炮孔处的横切面图；

图2为本发明护壁盖板卡片横截面图;

图3为本发明三向聚能槽管横截面图；

图4为本发明尾部导爆索托板扣主视图；

图5为本发明尾部导爆索托板扣仰视图；

图6为本发明尾部导爆索托板扣侧视图；

图7为本发明头部导爆索套管主视图；

图8为本发明头部导爆索套管俯视图；

图9为本发明头部导爆索套管侧视图；

图10为本发明头部导爆索卡扣板主视图；

图11为本发明头部导爆索卡扣板俯视图；

图12为本发明头部导爆索卡扣板侧视图；

图13为本发明孔内固定柔性支撑主视图；

图14为本发明孔内固定柔性支撑俯视图；

图15为本发明孔内固定柔性支撑侧视图；

图16为本发明护壁盖板卡片三维结构图；

图17为本发明三向聚能槽管三维结构图；

图18为本发明炮孔孔内轴向装药结构示意图。

图中：三向聚能槽管1、开挖侧聚能槽101、轮廓面聚能槽102、护壁盖板卡片2、圆弧形卡槽201、尾部导爆索托板扣3、第一半圆形板301、第二半圆形板302、同心圆孔303、V型卡板304、半圆形护筒305、头部导爆索套管4、第一偏心孔401、头部导爆索卡扣板5、孔内固定柔性支撑6、同心异形孔601、炮孔7；

A代表孔底装药结构，B代表***装置装药段，C代表炮孔孔内柔性支撑，D代表***装置内部间隔，E代表孔口装药结构，F代表炮孔填塞段，G代表炮孔，H代表导爆索。

具体实施方式

优选的方案如图1至图18所示，一种岩体控制***装置，包括三向聚能槽管1，三向聚能槽管1可拆卸地与护壁盖板卡片2连接，三向聚能槽管1和护壁盖板卡片2构成了***装置主体，***装置主体两端分别设有尾部导爆索托板扣3和头部导爆索套管4，尾部导爆索托板扣3和头部导爆索套管4用于固定三向聚能槽管1和护壁盖板卡片2；头部导爆索套管4内设有头部导爆索卡扣板5。如图1所示，本***装置用于装设在炮孔7内。尾部导爆索托板扣3和头部导爆索套管4用于固定导爆索位置。

本技术方案提供的岩体控制***装置，主要针对岩体预裂控制***和岩体光面控制***提出的技术方案。

进一步地，三向聚能槽管1包括圆弧形轮廓板，圆弧形轮廓板的外轮廓半径为R，圆弧形轮廓板中部的外壁向圆心一侧凹陷形成了开挖侧聚能槽101，开挖侧聚能槽101为V型结构，开挖侧聚能槽101的角度为γ；圆弧形轮廓板两端边缘的外壁向圆心一侧凹陷形成了轮廓面聚能槽102，轮廓面聚能槽102为V型结构，轮廓面聚能槽102的角度为α；α取值大小为20°~120°，γ取值大小为20°~120°。α和γ取值根据炮孔而定，炮孔直径越大，α和γ取值越小。

进一步地，护壁盖板卡片2包括圆弧形盖板，圆弧形盖板轴线与圆弧形轮廓板轴线重合设置；圆弧形盖板两端设有L型卡口，圆弧形轮廓板两端用于***至L型卡口内设置；L型卡口包括圆弧形卡槽201，圆弧形卡槽201的轴线与圆弧形轮廓板轴线重合设置，圆弧形卡槽201的圆心角为β。

进一步地，α和γ取值均为45°，β取值为6°~12°，β优选为10°；三向聚能槽管1为铝合金材质，三向聚能槽管1外壁涂绝缘漆，护壁盖板卡片2、尾部导爆索托板扣3、头部导爆索套管4和头部导爆索卡扣板5均为聚氯乙烯材质；三向聚能槽管1厚度根据不耦合系数和R大小以及铝合金刚性来确定，优选地，三向聚能槽管1壁厚为0.6~1mm，绝缘漆厚度为0.3~0.5mm。三向聚能槽管1长度为L，L的大小根据炮孔长度及装药结构而定。护壁盖板卡片2长度为L1，L1=L+c，c为同心异形圆板的厚度，c取5~10mm。护壁盖板卡片2为三向聚能槽管1厚度的3-5倍。

进一步地，尾部导爆索托板扣3包括同心异形圆板，同心异形圆板中心设有同心圆孔303，同心异形圆板包括第一半圆形板301和第二半圆形板302，第一半圆形板301和第二半圆形板302的圆心重合；同心异形圆板上设有多个V型卡板304，V型卡板304从内侧与开挖侧聚能槽101和轮廓面聚能槽102相贴合；第二半圆形板302边缘设有半圆形护筒305；V型卡板304和半圆形护筒305的长度均为b，b可取15~25mm。同心圆孔303的半径为r，同心圆孔303和第一偏心孔401半径相同。

进一步地，头部导爆索套管4包括套管，套管中部设有圆形隔板，圆形隔板设有第一偏心孔401，第一偏心孔401的半径为r，第一偏心孔401的偏心距离为a，a取2~3mm；第一偏心孔401内用于穿导爆索，r大于导爆索半径的0.4-0.6mm，优选地r大于爆索半径0.5mm；圆形隔板与套管边缘的长度为d，套管内径为R1，套管外径为R2。R2减去R1的范围可取1.5~3mm。R1的取值以套管4套入至三向聚能槽管1且连接紧实为准。

进一步地，头部导爆索卡扣板5为条形板结构，条形板两端边缘为圆弧边，圆弧边的半径为R4，圆弧边用于与头部导爆索套管4套管内壁贴合；头部导爆索卡扣板5宽度为2d+2r，头部导爆索卡扣板5上设有第二偏心孔501，第二偏心孔501的半径为r，第二偏心孔501的偏心距离为a。其中d取5~8mm，头部导爆索卡扣板5可以在头部导爆索套管4套筒内旋转而不卡死。

进一步地，***装置主体外部套接有孔内固定柔性支撑6，孔内固定柔性支撑6设有同心异形孔601，同心异形孔601包括第一半圆孔和第二半圆孔，孔内固定柔性支撑6外壁呈六边形设置。孔内固定柔性支撑6为聚乙烯发泡棉材质（EPE珍珠棉）。

同心异形孔601尺寸根据***装置主体横截面形状设计，孔内固定柔性支撑6外形尺寸为外切于炮孔圆周（炮孔直径为D1）的外切等边六棱柱，长度为2f；上部长度f段与R2圆周做成斜面，f可取10~30mm。

优选的方案中所述的岩体控制***装置的***方法，包括如下步骤：

S1：准备设计长度L和外轮廓半径R的三相聚能槽管1、护壁盖板卡片2；准备半径为R的圆柱形塑料袋，向圆柱形塑料袋内注水或注空气，当注水量或注空气量为圆柱形塑料袋容量的35%-45%时停止，并对圆柱形塑料袋密封；准备直径比炮孔直径D1小5~30mm的水袋或者空气袋，长度为10~20cm，向水袋注满水或向空气袋注满空气后进行密封；准备快干胶水用于孔内固定柔性支撑6与三向聚能槽管1、护壁盖板卡片2之间及孔内固定柔性支撑6自身的粘结。

S2：在符合民用***物品使用环境的条件下，用喷雾装置向工作点洒水消除静电，三向聚能槽管1开口一端朝上，水平放置并固定；

S3：将导爆索按照设计需要长度切断，导爆索一端穿过尾部导爆索托板扣3后打结，另一端依次穿过头部导爆索套管4和头部导爆索卡扣板5，把尾部导爆索托板扣3和头部导爆索套管4安装在三向聚能槽管1两端并套紧后，拉紧头部导爆索套管4一端的导爆索并旋转顶紧头部导爆索卡扣板5，卡紧导爆索，使三向聚能槽管1中的导爆索张紧悬空；

导爆索的长度根据炮孔长度和装药结构核算并切断，三向聚能槽管1内导爆索完整且不带接头；

S4：根据工程技术人员设计的装药量和装药结构，在三向聚能槽管1中按照装药结构设计做好标记；并将S1步骤中准备好的半径为R的水袋或者空气袋沿导爆索左右放入相应的标记位置，左右夹住导爆索，使导爆索始终处于原位悬空。

S5：向三向聚能槽管1中标记的装药位置填入乳化***，少量多次装填使三向聚能槽管1的装药空腔内充满***且无空隙；三向聚能槽管1开口处装填量应达到淹没整个开挖侧聚能槽101并覆盖两个轮廓面聚能槽102三分之二以上，乳化***饱满度以扣上护壁盖板卡片2不造成对乳化***的挤压为准；

S6：三向聚能槽管1中标记的装填***位置均装填合格后，将护壁盖板卡片2从三向聚能槽管1的尾部套入圆弧形卡槽201，缓慢推入护壁盖板卡片2至与头部导爆索套管4接触为止；

S7：将孔内固定柔性支撑6沿其对称轴一侧或双侧割开，在其内腔面及切开面满涂快干胶水后，粘合在组装好的三向聚能槽管1和护壁盖板卡片2上，多个孔内固定柔性支撑6中的切口对齐设置，相邻两个孔内固定柔性支撑6间隔距离取值为60-120cm，优选为80cm；

S8：完成上述步骤后，单根完整***装置制作完成，根据单次***需要的***装置数量，循环步骤S1-S7逐一制作需要的聚能装置，使用时放入炮孔相应位置连接导爆索，组成起爆网路。制作完成的***装置存放及运送时，尽量保持三向聚能槽管1槽口向上、处于水平；运送时避免晃动、碰撞。

优选地，在步骤S3中，将导爆索按照炮孔长度、装药结构设计、网络连接需要的长度切断，导爆索一端穿过尾部导爆索托板扣3后打结，打结后端头控制在15~25mm。

在步骤S8中，两个轮廓面聚能槽102的槽口指向预裂或者光面炮孔的连线方向（即与开挖轮廓线方向一致）；开挖侧聚能槽101的槽口指向预裂***的缓冲层或者光面***的光爆层方向；

三向聚能槽管1是主要的聚能增能装置，其两个轮廓面聚能槽102指向预裂或者光面炮孔的连线方向（也就是开挖轮廓线）；一个开挖侧聚能槽101指向预裂***的缓冲层或者光面***的光爆层方向（也就是轮廓面内需要***清运的岩石方向）；三向聚能槽管1一方面为装填***提供空腔，使***药型形成聚能槽形状，另一方面，在***爆轰作用下，其金属母材在聚能槽位置在炮孔长度方向上形成比易气化材料更高能量密度的“一”字形金属射流，更具杀伤力，作用在炮孔壁岩体上有效形成初始切缝，为紧随其后的应力波破岩和高温高压气体做功创造条件。另外，三向聚能槽管1的高燃烧热金属母材爆轰燃烧后放出大量的热量，提高******后高温高压气体的做功能力。

使用中，工程技术人员可根据设计的开挖岩面轮廓形状、不同岩石性质、以及个人工程经验，来定制三向聚能槽管1的开挖侧聚能槽101和轮廓面聚能槽102开口角度、开口方向和三向聚能槽管1的管径，从而调节装置径向不耦合系数。

***施工过程中，工程技术人员可根据不同工况及经验总结，通过水袋或空气袋（或二者的组合）调节三向聚能槽管1内部的轴向不耦合装药系数和内部装药结构，制作组装完成本***装置。

另外，工程技术人员还可设计炮孔孔底加强药和孔口减弱药（也可以是水袋或空气袋），从而调节炮孔底部和孔口端的装药结构；本***装置设计预留了尾部导爆索托板扣3和头部导爆索套管4两端空腔和导爆索位置，通过在空腔内装填乳化***，使***装置能与炮孔孔底***和孔口***有效接续，稳定爆轰，从而改善孔底部和孔口端的***效果。

护壁盖板卡片2的作用之一是封闭三向聚能槽管1径向裸露的***，其作用之二是护壁功能。***爆轰时，护壁盖板卡片2本身半圆形的非金属易气化材料，在炮孔轴向被保护岩面一侧，有效降低***爆轰时爆轰波的初始压力，有效抑制被保护岩石面***裂隙的产生，对岩石面产生保护炮孔壁（护壁）的作用；另外，***装置本身在装填***时在护壁盖板卡片2一侧的少量空隙对护壁效果是有利的。

尾部导爆索托板扣3、头部导爆索套管4和头部导爆索卡扣板5主要作用是在三向聚能槽管1的尾部和头部限制、固定导爆索的位置。尾部导爆索托板扣3中部的导爆索孔略大于导爆索直径，可将导爆索一端穿过导爆索孔后打结限位；另一端依次穿过头部导爆索套管4、头部导爆索卡扣板5后稍用力撑紧导爆索，旋转、顶紧头部导爆索卡扣板5至头部导爆索套管4中部圆形隔板贴合，从而卡固导爆索。通过尾部导爆索托板扣3、头部导爆索套管4和头部导爆索卡扣板5的作用控制导爆索的位置和挠度，从而控制三向聚能槽管1内***的径向爆轰激发点位置，达到准确控制聚能槽射流方向的目的。

尾部导爆索托板扣3和头部导爆索套管4分别预留的两端空腔位置，用于方便装填乳化***，通过两空腔内导爆索的存在，与炮孔孔底、孔口设计的***有效接续，达到稳定殉爆的目的。从而达到可调节炮孔底部、孔口端装药结构的目的。

三向聚能槽管1、护壁盖板卡片2、尾部导爆索托板扣3、头部导爆索套管4和头部导爆索卡扣板5完成组装，形成***装置后，采用孔内固定柔性支撑6与***装置粘结，使***装置装入孔内后处于炮孔圆心轴线位置，从而达到孔内限位、固定的目的。为方便装入孔内并有效限位采用了柔性珍珠棉材质，并做有斜面方便入孔。