本發(fā)明屬于巖土爆破領(lǐng)域，具體涉及一種基于拉應(yīng)力巖土爆破方法。

背景技術(shù)：
自從炸藥問世以來，巖土爆破已經(jīng)成為促進(jìn)人類文明發(fā)展必不可少的技術(shù)之一。開山取礦，隧道開挖，巖巷掘進(jìn)，修建地鐵等無不需要進(jìn)行巖土爆破。使用爆破手段破壞巖土效率之高更是機(jī)械手段所無法達(dá)到的，因此，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)文明的高速發(fā)展離不開巖土爆破。但是，傳統(tǒng)巖土爆破也存在著不少問題。首先，傳統(tǒng)巖土爆破大多采用直接鉆孔裝藥爆破方法，受到鉆頭尺寸及設(shè)備的制約，不能成型較大的空孔，降低了巖土爆破的效率；其次，傳統(tǒng)巖土爆破是利用炸藥爆炸生成大量氣體產(chǎn)物，在爆熱的作用下，氣體處于高溫高壓的狀態(tài)并急劇膨脹，這些膨脹氣體以極高的壓力作用于巖土上，形成壓應(yīng)力場，從而破壞巖體。由于巖土的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度很高，因此需要使用很大的藥量來進(jìn)行爆破，由此帶來資源的浪費(fèi)及巨大的振動(dòng)，而且還會(huì)對周邊壞境帶來破壞，埋下事故隱患。此外，中國東部人口稠密，地理?xiàng)l件復(fù)雜，高樓大廈繁多。在進(jìn)行巖土爆破時(shí)，采用傳統(tǒng)爆破方式容易造成巖體破裂形成松弛狀態(tài)，隨時(shí)有坍塌的危險(xiǎn)，也可能影響周圍地基，給人們生活帶來影響甚至是危險(xiǎn)。綜上所述，巖土爆破亟需尋找新技術(shù)以適應(yīng)社會(huì)的不斷發(fā)展。人造金剛石問世之初，價(jià)格昂貴，普通機(jī)械設(shè)備消費(fèi)不起，鉆頭材料大多使用高速鋼及其他硬質(zhì)合金，制約了鉆頭的強(qiáng)度。而目前，人造金剛石的成本已經(jīng)大大降低，變得十分低廉，人造金剛石鉆頭已不再昂貴，使得本發(fā)明方法的大規(guī)模推廣應(yīng)用成為了可能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種基于拉應(yīng)力破壞巖土的方法。由于巖土的動(dòng)態(tài)抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低于其動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度，一般抗拉強(qiáng)度比抗壓強(qiáng)度小90％-98％。因此僅需要很少的藥量即可破壞巖土。本發(fā)明操作簡單，安全性好，可成形高質(zhì)量的大直徑空孔，減少炮孔數(shù)，降低炸藥單耗，控制住爆破振動(dòng)，提高爆破效率。本發(fā)明的目的由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種基于拉應(yīng)力巖土爆破方法，該方法步驟如下：步驟(1)、使用大直徑取巖芯機(jī)，將巖芯鉆頭鉆至指定深度；步驟(2)、撤出巖芯鉆頭，形成取芯圓環(huán)，即自由面；步驟(3)、將巖芯打孔，在巖芯底部裝藥之后爆破取出巖芯，形成規(guī)整的大直徑空孔；步驟(4)、以所成形的空孔自由面為基礎(chǔ)，在其周邊重復(fù)步驟(1)-(3)或在已成形空孔周邊直接打孔裝藥爆破，利用沖擊波在自由面反射產(chǎn)生拉伸波形成拉應(yīng)力，從而破壞巖土。其中，所述大直徑巖芯鉆機(jī)與傳統(tǒng)打孔機(jī)不同，所述大直徑巖芯鉆機(jī)所使用的鉆頭為空心鉆，不需要配備取芯工具，因此鉆頭尺寸可做的很大，可成型普通打孔機(jī)無法成型的大直徑巖芯環(huán)且孔壁規(guī)整，質(zhì)量高。其中，所述巖芯鉆機(jī)在工作過程中需要不斷加水進(jìn)行潤滑與降溫，因此工作過程中沒有粉塵產(chǎn)生，有效地保護(hù)了工人的生命健康。其中，所述巖芯鉆頭為人造金剛石薄壁鉆頭，價(jià)格低廉，可應(yīng)用在大理石，紅磚，甚至鋼筋混凝土的打孔，鉆頭硬度高，能滿足鉆削巖土的要求。其中，所述爆破工藝是利用沖擊波在巖芯壁自由面反射產(chǎn)生拉伸波形成拉應(yīng)力破壞巖土，由于巖土的動(dòng)態(tài)抗拉強(qiáng)度大大低于其動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度，因此爆破效果極佳。其中，所述爆破工藝僅在巖芯底部裝藥，將巖芯炸斷取出即可，因此所需藥量少，振動(dòng)低。其中，所述爆破工藝是將要爆破的巖土與周邊巖土用空氣域隔離開來，由于空氣域?qū)_擊波有極大的衰減作用，因此爆破過程不會(huì)對周邊巖土產(chǎn)生影響，對周邊環(huán)境起到了很好的保護(hù)作用。其中，步驟(3)中炸藥爆破過程可分為兩個(gè)階段，第一個(gè)階段為炸藥產(chǎn)生的沖擊波傳入巖土內(nèi)部，并在巖土中衰減，第二個(gè)階段為沖擊波在巖芯壁面上反射產(chǎn)生拉應(yīng)力將巖心破壞。其中，步驟(3)中巖芯孔底部裝藥量Q的確定如下：以球形藥包耦合裝藥為例，所用炸藥密度為ρ，波速為D，C-J爆轟壓力為Pcj；巖芯鉆頭的半徑為ra，所爆破的巖石密度為ρ巖，波速為C巖,動(dòng)態(tài)抗拉強(qiáng)度為σb，動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度為σbc，取用于巖土的爆破的拉應(yīng)力為σ，應(yīng)有：σb<σ<σbc作用于巖石界面上的初始沖擊波壓力Pm為：設(shè)藥包的半徑為rb，則由公式：式中：可得藥包半徑為：裝藥量為：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：(1)使用拉應(yīng)力破壞土巖，爆破效果好，效率高；(2)炸藥使用量少，有效減少爆破振動(dòng)；(3)爆破過程中不會(huì)對周邊巖土產(chǎn)生影響，不會(huì)帶來次生災(zāi)害；(4)爆破過后可一次性取出巖芯，炮孔利用率高，有效解決根底問題；(5)功耗低，巖芯鉆只需去除巖芯環(huán)處的巖土，而傳統(tǒng)打孔則需要取出整個(gè)孔的巖土。附圖說明圖1為巖芯鉆頭準(zhǔn)備鉆入所需爆破巖土示意圖；圖2為巖芯鉆頭撤出巖土過程圖；圖3為在所成型的巖芯上打炮孔并裝藥示意圖；圖4是本發(fā)明的爆破狀態(tài)圖；附圖中的標(biāo)記為：1-大直徑巖芯鉆，2-巖土，3-炸藥，4-拉應(yīng)力。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，但不作為對本發(fā)明的限制，實(shí)施例：大理巖的爆破，如附圖1—圖3所示，該方法具體包括以下步驟：步驟(1)、在巖土2上使用大直徑巖芯鉆1鉆至指定深度；該指定深度是指所要爆破巖土的循環(huán)進(jìn)尺深度；鉆進(jìn)過程中巖芯鉆頭1處需要接通細(xì)水管不斷加水潤滑，因此沒有粉塵的產(chǎn)生。步驟(2)、撤出巖芯鉆頭1，形成取芯圓環(huán)，即自由面；鉆頭撤出過程中無法將巖芯取出但不會(huì)影響周圍巖土。取芯圓環(huán)的大小取決于鉆頭尺寸與壁厚，取芯圓環(huán)寬度越大，則后續(xù)降振效果越明顯。步驟(3)、將巖芯3打孔，在巖芯底部裝炸藥4之后爆破取出巖芯3，裝藥量的大小可由公式推導(dǎo)得出，形成規(guī)整的大直徑空孔；步驟(4)、以所成形的空孔自由面為基礎(chǔ)，如果所需爆破巖土斷面較大，則在其周邊重復(fù)步驟(1)-(3)，不斷成型更多的大直徑空孔，然后再在其周邊打小孔裝藥爆破；如果斷面小，則直接在已成形空孔周邊直接打小孔裝藥爆破。利用沖擊波在自由面反射產(chǎn)生拉伸波形成拉應(yīng)力，從而破壞巖土。巖芯孔裝藥量Q的確定如下：以太安炸藥球形藥包耦合裝藥為例，所用炸藥密度ρ為1.69g/cm3，波速D為8400m/s，C-J爆轟壓力Pcj為29.81GPa；巖芯鉆頭的半徑ra為200mm，所爆破的大理巖石密度ρ巖為2.7g/cm3，波速C巖6275m/s,動(dòng)態(tài)抗拉強(qiáng)度σb為30MPa，動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度σbc為150MPa，取用于巖土的爆破的拉應(yīng)力σ為40MPa，滿足σb<σ<σbc，可將大理巖破壞。作用于巖石界面上的初始沖擊波壓力Pm為：求得Pm＝33.18GPa。設(shè)藥包的半徑為rb，則由公式：式中：可得藥包半徑為：求得rb＝21mm；裝藥量為：求得Q＝65.5g；由計(jì)算可得，爆破所用藥量極少，減藥降振效果明顯。以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，因此，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)在包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。