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

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。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，導致裂縫擴展的不可控性，且常常出現(xiàn)能量浪費或?qū)χ車鷰r體的過度破壞。

2、為了克服這些問題，預裂爆破技術(shù)應運而生。通過在爆破前對巖體進行預設裂縫，能夠有效控制爆破能量的釋放方向，從而減少對周圍巖體的擾動，提高裂縫擴展的可控性。預裂爆破技術(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設裂縫區(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，導致爆破能量釋放不均勻，裂縫擴展受限。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裂爆破裝置，能夠精確調(diào)節(jié)切縫口，并實現(xiàn)炸藥量與巖石特性之間的精準能量匹配。這種新型裝置將能夠提高預裂爆破方案的效率。在預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)化裝置設計，從而確保能量的有效釋放和裂縫的精準擴展，同時最小化對周圍巖體的影響，提升施工安全性和效率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

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

2、本發(fā)明是這樣實現(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裂聚能裝置，包括聚能預裂管，聚能預裂管為中空結(jié)構(gòu)的圓管，其內(nèi)部設置有三段裝藥槽，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行定位，聚能預裂管內(nèi)設置有導爆索；聚能預裂管的兩側(cè)均開設有切縫，且兩個切縫的兩側(cè)均設置有切縫口寬度調(diào)節(jié)器，切縫口寬度調(diào)節(jié)器為四個，且四個所述切縫口寬度調(diào)節(jié)器的截面均為圓弧形；聚能預裂管的下端螺紋連接于自動居中定位裝置，聚能預裂管的上端螺紋連接于螺紋連接器，多個聚能預裂管之間通過螺紋連接器與自動居中定位裝置螺紋配合連接，且四個切縫口寬度調(diào)節(jié)器的兩端分別滑動連接于螺紋連接器與自動居中定位裝置。

4、進一步地，自動居中定位裝置和螺紋連接器均為階梯圓柱形；在自動居中定位裝置直徑大的一側(cè)開設有四個第一曲形滑動槽；在螺紋連接器直徑大的一側(cè)開設有四個第二曲形滑動槽，且在四個第一曲形滑動槽和四個第二曲形滑動槽的內(nèi)壁均設置有第一鋸齒軌道；在四個切縫口寬度調(diào)節(jié)器的兩端均設置有第二鋸齒軌道，且第二鋸齒軌道與第一鋸齒軌道配合設置；第一鋸齒軌道與第二鋸齒軌道均為彈性的材料。

5、進一步地，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，聚能預裂管在每段裝藥槽的周側(cè)均勻開設有第一定位桿調(diào)節(jié)槽；每個切縫口寬度調(diào)節(jié)器上均開設有三個第二定位桿調(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)槽的位置相對應；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置有刻度線。

6、進一步地，自動居中定位裝置沿圓周方向均勻設置有四個定位鋼絲，定位鋼絲采用高強度合金鋼材質(zhì)。

7、進一步地，聚能預裂管由左右兩個半圓形殼體組成，分別為聚能預裂管左殼體和聚能預裂管右殼體，在聚能預裂管右殼體上設置有多個連接柱，在聚能預裂管左殼體設置有多個凹槽，且連接柱與凹槽配合設置。

8、進一步地，自動居中定位裝置和螺紋連接器均為中空結(jié)構(gòu)，且導爆索依次貫穿于自動居中定位裝置、聚能預裂管和螺紋連接器；聚能預裂管的內(nèi)壁上設置有三個導爆索安全固定點。

9、根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種深孔爆破預裂爆破方法，預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、強度、地應力，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，確定炸藥類型和對應的炸藥裝藥量；

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，以實現(xiàn)炸藥量與巖石特性之間的精準能量匹配。

13、進一步地，步驟s1中，爆破區(qū)域劃分方法如下：

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

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

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

17、進一步地，步驟s2中，基于參數(shù)信息和爆破需求，確定炸藥類型和對應的炸藥裝藥量的方法包括：

18、s2-1：炸藥采用乳化炸藥藥卷，預裂炮孔采用軸向間隔裝藥方式，預裂炮孔自下而上分為四個部分：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裂炮孔的底部，對應深部區(qū)；裝藥適度均衡段位于中部，對應過渡區(qū)；裝藥減量緩沖段和炮孔封閉填塞段位于上部，對應淺部區(qū)；

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

20、

21、式中，σc為巖石極限抗壓強度；σdt為巖石的極限動態(tài)抗拉強度；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)，堅硬巖石為0.6，中等強度巖石為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為炮孔裝藥長度，cm；

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

30、(1)淺部區(qū)：藥卷間隔距離設計為25—30cm；

31、(2)過渡區(qū)：藥卷間隔距離設計為15—20cm；

32、(3)深部區(qū)：藥卷間隔距離設計為10—15cm。

33、進一步地，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，以實現(xiàn)炸藥量與巖石特性之間的精準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)計算公式如下：

41、

42、k深＝α深·k0

43、式中，σs為地應力；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)的切縫口設計使得聚能預裂管可以根據(jù)不同巖石條件靈活調(diào)節(jié)切縫的寬度，以實現(xiàn)精準控制裂縫的擴展，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.定位鋼絲通過自動居中定位裝置與聚能預裂管一體化組裝，定位鋼絲直接設置于聚能預裂管上，使聚能預裂管在插入時即自動居中，這樣可以確保切縫口方向在安裝時無需反復調(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裂管居中，同時也有效防止聚能預裂管因自重向鉆孔底部滑動，特別是在垂直或傾斜鉆孔中，聚能預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.聚能預裂管之間通過螺紋連接器與自動居中定位裝置內(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，不會發(fā)生松動或錯位。

48、4.在每根聚能預裂管的內(nèi)部設置三個導爆索固定點，確保導爆索在聚能預裂管內(nèi)穩(wěn)定、居中，避免了導爆索與炸藥直接接觸的風險，這樣設計極大提高了操作的安全性，防止了在導爆索因位置偏移或摩擦導致的誤爆情況。