一种计算岩石机械开挖参数的试验方法与流程

本发明属于掘进技术领域，具体涉及一种计算岩石机械开挖参数的试验方法。

背景技术：

开挖施工方法对软、硬岩石巷道等掘进工程具有重要的意义，直接决定了掘进作业的掘进效率与工程周期。特别是对于极硬岩体的工程开挖，不同的开挖方式更是起决定性作用，选择合理的开挖方式不仅有利于岩体的开挖效率，并且利于掌子面围岩的损伤控制，从而达到良好的掘进效果与开挖进尺。目前国内外工程的开挖方式可分为爆破开挖与机械开挖两类，机械开挖则是利用回转刀具破碎洞内围岩的方式而掘进。其中，机械开挖设备以盾构机和硬岩隧道掘进机为主，机械开挖优点是开挖损伤区较小(仅为数十毫米)，且周边巷道成型良好，无需或仅需少量支护。但是在中、硬岩体中掘进时，刀具磨损量大，导致开挖进尺有限，严重制约工程进度。因此，如何计算出一种进尺高效且损伤可控的机械开挖方法进行破岩，特别是在极硬岩中，从而加快掘进速度，是岩体开挖工程施工中亟待解决的关键问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种计算岩石机械开挖参数的试验方法，用于针对普通和极硬岩体工况，以实现对岩土体工程的高效、精准掘进工作，加快掘进速度，提高岩体开挖工程施工效率。

本发明所采用的技术方案是：

一种计算岩石机械开挖参数的试验方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：掘进机掘进试验；

步骤二：获得机械开挖初步参数；

步骤三：模拟爆破后机械开挖；

步骤四：拟定机械开挖参数；

步骤五：实施多断面爆破施工；

步骤六：掘进机施工；

步骤七：机械开挖参数优化。

如上所述的步骤二：获得机械开挖初步参数，包括；根据掘进机的掘进效果获得掘进初步开挖参数；所述掘进机掘进试验参数包括：推力、贯入度、扭矩和刀具转速；所述推力参数范围为：15000kn～18000kn、贯入度为：1mm/r～4mm/r、扭矩：1000knm～2500knm、刀具转速：5rpm～6rpm。

如上所述的步骤三：模拟爆破后机械开挖，包括：采用数值模拟的方法，模拟待开挖岩体在预先实施爆破后，再进行掘进的数值分析，采用现场爆破参数以及掘进机掘进试验获得的初步掘进参数，输入该数值模型中，优化分析爆破参数及掘进参数。

如上所述的步骤四：拟定机械开挖参数，包括：根据步骤三的优化爆破参数及掘进参数，重点对掘进机的开挖效率、围岩损伤以及掘进机的推力、扭矩、刀具转速和贯入度进行数值分析；得到拟定机械开挖参数。

如上所述步骤五，实施多断面爆破施工，包括：根据步骤四数值分析后获得的掘进机掘进参数，拟定采取何种大小的断面尺寸，判断是否采用局部断面爆破施工联合掘进机开挖，还是采用全断面爆破施工联合掘进机开挖。进而，根据爆破断面尺寸，确定该断面尺寸工况下的爆破参数和与之相对应的掘进机掘进参数；所述掘进机开挖断面为圆形，断面直径范围为2～10m；根据确定的断面尺寸，采用现场的爆破参数，进行选定断面尺寸工况下的爆破施工。

如上所述步骤六，掘进机施工，包括：观察步骤五爆破效果，是否达到预期，若达到预期，根据拟定出的掘进机掘进参数，进行掘进机掘进施工；若未达到预期，改进爆破参数，继续实施爆破作业，直至达到爆破效果；之后，根据拟定出的掘进机掘进参数，进行掘进机掘进施工。

如上所述步骤七：机械开挖参数优化：对步骤六的施工工效进行统计分析，重点对施工效率、刀具磨损、围岩损伤、作业环境、工人健康、安全卫生进行评估，根据上述评估结果，对拟定的掘进机掘进参数进行反馈、分析；反馈结果，优化拟定的岩石掘进机机械开挖参数。

本发明的有益效果是：

使用本发明所述一种计算岩石机械开挖参数的试验方法，实施掘进机开挖试验，获得初步的掘进参数，继而通过数值分析，模拟掘进机爆破后的掘进效果，拟定出针对特定断面尺寸的爆破参数及掘进参数，实施一定范围内的爆破作业，松动预裂开挖岩体，最后由掘进机进场掘进，从而在极硬岩工程开挖中实现该施工方法。

本发明可根据特定的工况，拟定出掘进机在施工过程中的掘进参数。并结合了现场爆破参数，以及掘进机机械开挖围岩损伤范围小的优点，既能实现高效开挖，又能控制围岩损伤，同时避免掘进机在极硬岩石中开挖具有掘进速度慢、刀具磨损高等缺点，通过对特定工况下的掘进方法所实施的一系列试验及数值模拟，对试验结果进行分析，获得不同工况下的岩体参数认识，提高掘进参数的识别能力，改进掘进参数，并在后续予以掘进施工，评估施工工效，及时反馈分析结果，优化分析岩石机械开挖参数，从而达到良好的开挖效果。

附图说明

图1为本发明所提供的一种计算岩石机械开挖参数的试验方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种计算岩石机械开挖参数的试验方法，包括如下步骤：

步骤一：掘进机掘进试验。

步骤二：获得机械开挖初步参数；根据掘进机的掘进效果获得掘进初步开挖参数；所述掘进机掘进试验参数包括：推力、贯入度、扭矩和刀具转速；所述推力参数范围为：15000kn～18000kn、贯入度为：1mm/r～4mm/r、扭矩：1000knm～2500knm、刀具转速：5rpm～6rpm，步骤三：模拟爆破后机械开挖；采用数值模拟的方法，模拟待开挖岩体在预先实施爆破后，再进行掘进的数值分析，采用现场爆破参数以及掘进机掘进试验获得的初步掘进参数，输入该数值模型中，优化分析爆破参数及掘进参数。

步骤四：拟定机械开挖参数；根据步骤三的优化爆破参数及掘进参数，重点对掘进机的开挖效率、围岩损伤以及掘进机的推力、扭矩、刀具转速和贯入度进行数值分析；得到拟定机械开挖参数。为后续工程的决策施工提供理论依据与施工参数。

步骤五：实施多断面爆破施工；根据数值分析后获得的掘进机掘进参数，拟定采取何种大小的断面尺寸，判断是否采用局部断面爆破施工联合掘进机开挖，还是采用全断面爆破施工联合掘进机开挖。进而，根据爆破断面尺寸，确定该断面尺寸工况下的爆破参数和与之相对应的掘进机掘进参数；所述掘进机开挖断面为圆形，断面直径范围为2～10m

根据确定的断面尺寸，采用现场的爆破参数，进行选定断面尺寸工况下的爆破施工。

步骤六：掘进机施工：观察步骤五爆破效果，是否达到预期，如果达到预期，根据拟定出的掘进机掘进参数，进行掘进机掘进施工；如果未达到预期，改进爆破参数，继续实施爆破作业，直至达到爆破效果；之后，根据拟定出的掘进机掘进参数，进行掘进机掘进施工。

步骤七：机械开挖参数优化：对步骤六的施工工效进行统计分析，重点对施工效率、刀具磨损、围岩损伤、作业环境、工人健康、安全卫生进行评估，根据上述评估结果，对拟定的掘进机掘进参数进行反馈、分析；反馈结果，优化拟定的岩石掘进机机械开挖参数。

本发明所述一种计算岩石机械开挖参数的试验方法，通过掘进机掘进参数的单纯掘进试验，并实施岩体多断面爆破与掘进机相结合的施工，获得机械开挖掘进机参数试验结果，进而拟定特定工况下的掘进方法，最终建立完整、系统的机械开挖施工试验方法。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，上述实施例是本发明的一个优选技术方案，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。