【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于应力波导向的岩体气体爆破方法。适用于岩土工程和矿山开采。
技术介绍
1、专利申请号为202210322734.6的中国专利，公开了一种超声波激励辅助二氧化碳定向爆破方法，属于气体爆破
，具体地说属于一种超声波激励辅助二氧化碳气体爆破定向致裂岩体的方法，包括选址、成孔、超声波激励、洗孔、安装二氧化碳爆破致裂设备、封孔和起爆7个步骤。
2、上述专利中，首先根据设计方案对预定爆破开挖方向上的岩体施加超声波激励作用，预先对岩土工程预定开挖方向的岩体进行超前致裂，降低岩体动力学性质并促使其内部初始裂隙的生成，随后采用二氧化碳致裂器(或其他气爆装置)进行岩体爆破，该方法能够定向弱化开挖岩体动力学性质，有效控制岩体爆生裂纹的起裂扩展方向，减少岩体超欠挖量，削弱对非开挖区域岩体的损伤扰动。
3、但是，现有技术中超声波的传播深度通常较浅，尤其是在硬岩体或高强度岩石中，超声波激励可能无法有效渗透到岩体的较深层。这会导致初始微裂隙生成的深度不够，可能无法为后续的二氧化碳爆破荷载提供足够的弱化效果；超声波激励的确能够诱导微裂隙的生成，但要精确地控制这些裂纹的扩展方向和位置仍然存在一定挑战。传统的超声波激励难以直接精确地控制裂纹的起裂点和扩展方向，特别是在复杂地质条件下。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种基于应力波导向的岩体气体爆破方法。
2、本专利技术所采用的技术方案是：一种基于应力波导向的岩体气体
3、基于目标岩体的地质条件，进行应力波模拟，得到岩体的应力波模拟结果；
4、基于岩体的类型和裂纹扩展目标深度，以及岩体的应力波模拟结果，确定超声波激励源和低频激励源的布置方式及激励工作方式；
5、其中，低频激励源用于通过低频激励降低岩体表面的刚度，增加岩体的微变形和初始微裂隙，为超声波的传播创造条件，同时局部引导裂纹的形成位置；
6、超声波激励源用于利用超声波的高穿透性使得其能有效地到达岩体深层，激发微裂隙的扩展。
7、所述确定超声波激励源的布置方式，包括：
8、基于目标岩体的类型、裂纹扩展目标深度和应力波模拟结果，确定超声波激励源的激励方式为多点激励或定向激励；
9、基于所确定的激励方式，确定超声波激励源的布置方式。
10、所述确定超声波激励源的激励工作方式，包括：
11、基于目标岩体的类型、裂纹扩展目标深度和应力波模拟结果，通过模拟实验，确定超声波的最佳频率范围。
12、所述确定低频激励源的布置方式，包括：
13、低频激励源布置在岩体的表面或临近的区域。
14、所述确定超声波激励源和低频激励源的激励工作方式，包括：
15、低频激励源先工作，再切换到超声波激励源；
16、其中，超声波激励源的启动时机基于实时监测获取的岩体应力响应、裂缝发展确定。
17、所述确定超声波激励源和低频激励源的激励工作方式，包括：
18、通过遗传算法确定低频激励源的低频激励时间tlf和超声波激励源的超声波激励时间tus；
19、遗传算法的适应度函数则表示为：
20、f(tlf,tus)＝w1·d(tlf,tus)-w2·δσ(tlf,tus)
21、其中，d为裂纹扩展深度基于低频激励时间tlf和超声波激励时间tus的函数；δσ为岩体损伤基于低频激励时间tlf和超声波激励时间tus的函数；w1和w2为权重系数。
22、构建裂纹扩展深度d和岩体损伤δσ的函数：
23、裂纹扩展深度d(tlf，tus)：依赖于低频激励和超声波激励的非线性组合，例如：
24、
25、其中，a1,a2,a3,a4是通过实验或数值模型得到的常数。
26、岩体损伤δσ(tlf，tus)：同样也可以依赖于低频和超声波激励的非线性函数：
27、δσ(tlf，tus)＝b1·tlf+b2·tus+b3·exp(-c1·tlf-c2·tus)+b4
28、其中，b1,b2,b3,c1,c2,b4为常数。
29、如何在每次迭代时得到具体的裂纹扩展深度和岩体损伤：
30、在每次迭代中，根据当前的低频激励时间tlf和超声波激励时间tus计算裂纹扩展深度和岩体损伤：
31、裂纹扩展深度d计算：将当前激励时间组合(tlf，tus)带入裂纹扩展深度的函数d(tlf，tus)。
32、岩体损伤δσ计算：将当前激励时间组合(tlf，tus)带入岩体损伤的函数δσ(tlf，tus)。
33、新适应度函数：
34、使用裂纹扩展深度d和岩体损伤δσ的值计算适应度函数：
35、f(tlf，tus)＝w1·d(tlf，tus)+w2·δσ(tlf，tus)
36、通过这些步骤，每次迭代都会根据当前的激励时间组合计算出具体的裂纹扩展深度和岩体损伤，并通过适应度函数评估解的优劣。
37、所述应力波模拟为通过地质建模与数字孪生技术结合的应力波模拟实验。
38、所述超声波激励源的频率范围在20khz～1mhz之间；所述低频激励源的频率范围在20hz～200hz之间。
39、本专利技术的有益效果是：本专利技术通过超声波激励源和低频激励源结合对岩体进行激励，能够有效降低岩体的刚度，增加微裂隙的生成和扩展。低频激励(如震动或冲击)在岩体表面产生微小变形，减少岩体的内部应力，从而为超声波激励提供一个更为理想的传播环境。超声波激励可以精准引导裂纹的扩展方向，从而实现对岩体的有效弱化，减少后续爆破所需的能量和荷载。
40、本专利技术通过地质建模与数字孪生技术结合的应力波模拟实验，能够在爆破前对岩体的应力场、裂纹扩展模式以及超声波的传播效果进行全面评估，使技术方案能够针对不同岩体区域进行定制化设计，确保裂纹沿着预定的路径扩展，有效避免了传统爆破中裂纹扩展方向不确定导致的施工风险，从而增强了裂纹引导的可控性。
41、本专利技术通过精确控制超声波和低频激励源的激励时序和强度，能够在预定的时间内协同作用，确保岩体裂纹按照预期方向和深度扩展。通过优化激励源的时间控制和强度调节，可以精确控制爆破时的能量释放，减少不必要的震动和岩体破坏。较低的爆破荷载降低了对设备和环境的冲击。
42、本专利技术多点激励法与定向激励法的结合使得裂纹的生成与扩展更具方向性，避免了传统爆破方法中裂纹不均匀或扩展失控的问题，为后续气体爆破的精准实施提供了理想的基础，提高了爆破的成功率和精度。
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1.一种基于应力波导向的岩体气体爆破方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于应力波导向的岩体气体爆破方法，其特征在于，所述确定超声波激励源的布置方式，包括：
3.根据权利要求1所述的基于应力波导向的岩体气体爆破方法，其特征在于，所述确定超声波激励源的激励工作方式，包括：
4.根据权利要求1所述的基于应力波导向的岩体气体爆破方法，其特征在于，所述确定低频激励源的布置方式，包括：
5.根据权利要求1所述的基于应力波导向的岩体气体爆破方法，其特征在于，所述确定超声波激励源和低频激励源的激励工作方式，包括：
6.根据权利要求5所述的基于应力波导向的岩体气体爆破方法，其特征在于，所述确定超声波激励源和低频激励源的激励工作方式，包括：
7.根据权利要求1所述的基于应力波导向的岩体气体爆破方法，其特征在于，所述应力波模拟为通过地质建模与数字孪生技术结合的应力波模拟实验。
8.根据权利要求1所述的基于应力波导向的岩体气体爆破方法，其特征在于，所述超声波激励源的频率范围在20kHz～1MHz之间；所述
...【技术特征摘要】
1.一种基于应力波导向的岩体气体爆破方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于应力波导向的岩体气体爆破方法，其特征在于，所述确定超声波激励源的布置方式，包括：
3.根据权利要求1所述的基于应力波导向的岩体气体爆破方法，其特征在于，所述确定超声波激励源的激励工作方式，包括：
4.根据权利要求1所述的基于应力波导向的岩体气体爆破方法，其特征在于，所述确定低频激励源的布置方式，包括：
5.根据权利要求1所述的基于应力波导向的岩体气体爆破方法，其特征在于，所述确定超...
【专利技术属性】
技术研发人员：王犇，蒋鹰冲，杨槐，奚灵智，俞建强，张强，李晨，
申请(专利权)人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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