一种模拟时序控制预裂爆破的试验方法及系统

本发明属于隧道工程，尤其涉及一种模拟时序控制预裂爆破的试验方法及系统。

背景技术：

1、为了在岩体爆破开挖后实现炮孔间平整贯通裂缝的同时控制岩体损伤程度，可采用时序控制断裂爆破方法，该方法将炮孔分为先爆孔和后爆孔，利用先爆孔产生的爆炸应力波在后爆孔孔壁上形成动态应力集中效应，然后再起爆后爆孔；当后爆孔孔壁沿连线方向产生初始裂纹后，裂纹可以在爆炸应力波和爆生气体的作用下继续扩展，从而控制其他方向上的裂纹扩展。

2、采用时序控制预裂爆破对岩体进行开挖，其爆破过程中以应力波的形式将爆炸能量转移到掌子面的围压，导致围岩发生一定的累积损伤破坏，对保留岩体结构的稳定性产生不良影响。了解在掌子面后方进行爆破时，时序控制预裂爆破对围岩的影响，可以采用建立围压模型后进行模拟试验的方式实现。

3、发明人发现，目前的岩体爆破试验方法没有实现涉及到模拟时序控制预裂爆破的试验，尤其是在试验模型中没有对爆孔间距等重要参数进行设计和优化，也没有对炸药的选取进行优化，因为时序控制预裂爆破方法中的特点体现在先爆孔和后爆孔的设置，如果不考虑和优化先爆孔和后爆孔的间距，以及对选取炸药的随机性，则不能准确的了解时序控制预裂爆破对围岩的影响，不能为制定安全可靠的实际爆破方案提供有力的依据。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述问题，提出了一种模拟时序控制预裂爆破的试验方法及系统，本发明考虑了先爆孔和后爆孔的间距，以及对炸药的选取，依次为基础进行的模拟试验，能够准确的了解时序控制预裂爆破对围岩的影响，可以为制定安全可靠的实际爆破方案提供有力的依据。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

3、第一方面，本发明提供了一种模拟时序控制预裂爆破的试验方法，包括：

4、在预设尺寸和材料的试验模型上，确定先爆孔和后爆孔；其中，先爆孔和后爆孔的间距根据先爆孔半径、侧应力系数、作用在炮孔壁上的爆炸应力波、岩石中的切向应力、应力波衰减指数和后爆孔半径确定；

5、对随机选取多个炸药量进行模拟试验时的炸药性能参数，与现场爆破采用的炸药性能参数进行对比，将对比相似度最高的炸药量作为模拟试验的炸药量；

6、根据确定的先爆孔和后爆孔，以及炸药量，对试验模型进行时序控制预裂爆破模拟试验。

7、进一步的，根据相似准则确定试验模型的材料参数，材料参数包括抗压强度、抗拉强度、弹性模量和波阻抗；试验模型的几何尺寸为：

8、

9、其中，l′为模型的长；w′为模型的宽；h′为模型的高；α′为孔距；φ为孔径；ld为孔深；下标p表示原型，下标m表示模型。

10、进一步的，先爆孔和后爆孔的间距lab满足：

11、

12、其中，ra为先爆孔半径；b为侧应力系数；p为作用在炮孔壁上的爆炸应力波；σθ岩石中的切向应力；α为应力波衰减指数；rb为后爆孔半径。

13、进一步的，试验时，将不耦合系数水平，先爆孔和后爆孔延迟时间，以及先爆孔和后爆孔的间距作为考量因素，以围压和预裂缝宽度为评估指标；对每个因素分别选取多类不同水平数值；依据几何相似，将原型爆破中围压位置与掌子面的距离，等比计算出试验模型中位置与爆破工作面的距离。

14、进一步的，对模型试验进行爆破动力相似分析，试验所用炸药单耗q试和实际爆破所设计用炸药单耗q设，根据原型爆破现场采用炸药的爆力值ae和模型试验选取炸药的爆力值a，得到换算系数e＝ae/a，则：q试＝eq设。

15、进一步的，在先爆孔和后爆孔之间进行延时起爆，连续启动的钻孔之间形成贯通裂缝的关系为4.5h/cs≤δt≤6.8h/cs，其中，h为先爆孔与后爆孔之间的距离，cs为岩体内横波速度：

16、

17、其中，e为岩体弹性模量；ρ表示岩石密度；μ表示岩体泊松比。

18、第二方面，本发明还提供了一种模拟时序控制预裂爆破的试验系统，包括：

19、爆孔间距确定模块，被配置为：在预设尺寸和材料的试验模型上，确定先爆孔和后爆孔；其中，先爆孔和后爆孔的间距根据先爆孔半径、侧应力系数、作用在炮孔壁上的爆炸应力波、岩石中的切向应力、应力波衰减指数和后爆孔半径确定；

20、炸药确定模块，被配置为：对随机选取多个炸药量进行模拟试验时的炸药性能参数，与现场爆破采用的炸药性能参数进行对比，将对比相似度最高的炸药量作为模拟试验的炸药量；

21、试验模块，被配置为：根据确定的先爆孔和后爆孔，以及炸药量，对试验模型进行时序控制预裂爆破模拟试验。

22、第三方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现了第一方面所述的模拟时序控制预裂爆破的试验方法的步骤。

23、第四方面，本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并能够在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现了第一方面所述的模拟时序控制预裂爆破的试验方法的步骤。

24、第五方面，本发明还提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现了第一方面所述的模拟时序控制预裂爆破的试验方法的步骤。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

26、本发明不但实现了模拟时序控制预裂爆破的试验，并且，在预设尺寸和材料的试验模型上，根据先爆孔半径、侧应力系数、作用在炮孔壁上的爆炸应力波、岩石中的切向应力、应力波衰减指数和后爆孔半径确定先爆孔和后爆孔的间距，以及对随机选取多个炸药量进行模拟试验时的炸药性能参数，与现场爆破采用的炸药性能参数进行对比，将对比相似度最高的炸药量作为模拟试验的炸药量；考虑了先爆孔和后爆孔的间距，以及对炸药的选取，依次为基础进行的模拟试验，能够准确的了解时序控制预裂爆破对围岩的影响，可以为制定安全可靠的实际爆破方案提供有力的依据。

技术特征：

1.一种模拟时序控制预裂爆破的试验方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种模拟时序控制预裂爆破的试验方法，其特征在于，根据相似准则确定试验模型的材料参数，材料参数包括抗压强度、抗拉强度、弹性模量和波阻抗；试验模型的几何尺寸为：

3.如权利要求1所述的一种模拟时序控制预裂爆破的试验方法，其特征在于，先爆孔和后爆孔的间距lab满足：

4.如权利要求1所述的一种模拟时序控制预裂爆破的试验方法，其特征在于，试验时，将不耦合系数水平，先爆孔和后爆孔延迟时间，以及先爆孔和后爆孔的间距作为考量因素，以围压和预裂缝宽度为评估指标；对每个因素分别选取多类不同水平数值；依据几何相似，将原型爆破中围压位置与掌子面的距离，等比计算出试验模型中位置与爆破工作面的距离。

5.如权利要求1所述的一种模拟时序控制预裂爆破的试验方法，其特征在于，对模型试验进行爆破动力相似分析，试验所用炸药单耗q试和实际爆破所设计用炸药单耗q设，根据原型爆破现场采用炸药的爆力值ae和模型试验选取炸药的爆力值a，得到换算系数e＝ae/a，则：q试＝eq设。

6.如权利要求1所述的一种模拟时序控制预裂爆破的试验方法，其特征在于，在先爆孔和后爆孔之间进行延时起爆，连续启动的钻孔之间形成贯通裂缝的关系为4.5h/cs≤δt≤6.8h/cs，其中，h为先爆孔与后爆孔之间的距离，cs为岩体内横波速度：

7.一种模拟时序控制预裂爆破的试验系统，其特征在于，包括：

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现了如权利要求1-6任一项所述的模拟时序控制预裂爆破的试验方法的步骤。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并能够在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现了如权利要求1-6任一项所述的模拟时序控制预裂爆破的试验方法的步骤。

10.一种计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现了如权利要求1-6任一项所述的模拟时序控制预裂爆破的试验方法的步骤。

技术总结本发明属于隧道工程技术领域，提供了一种模拟时序控制预裂爆破的试验方法及系统，不但实现了模拟时序控制预裂爆破的试验，并且，在预设尺寸和材料的试验模型上，根据先爆孔半径、侧应力系数、作用在炮孔壁上的爆炸应力波、岩石中的切向应力、应力波衰减指数和后爆孔半径确定先爆孔和后爆孔的间距，以及对随机选取多个炸药量进行模拟试验时的炸药性能参数，与现场爆破采用的炸药性能参数进行对比，将对比相似度最高的炸药量作为模拟试验的炸药量；考虑了先爆孔和后爆孔的间距，以及对炸药的选取，依次为基础进行的模拟试验，能够准确的了解时序控制预裂爆破对围岩的影响，可以为制定安全可靠的实际爆破方案提供有力的依据。技术研发人员：张庆贺,范童燕,袁亮,霍佳成,汪盈受保护的技术使用者：安徽理工大学技术研发日：技术公布日：2024/11/18