水耦合作用下高压空气冲击煤岩破裂规律与声发射响应试验研究

为探寻煤岩体高效致裂新技术,提出了水耦合作用下高压空气冲击致裂煤岩的思路,利用自主研发的高压空气冲击致裂煤岩体真三轴试验系统,设计了五种钻孔不耦合系数(1.0、1.5、2.0、2.5、3.0),开展了水耦合作用下高压空气冲击致裂煤岩试验,借助动态气压监测与声发射检测手段,研究了煤岩体裂缝形态、气压曲线及能量释放规律。结果表明:水耦合作用显著提高了高压空气的能量利用率,使试块产生的水平及竖直裂缝长度明显大于空气耦合时;水耦合时试块的破裂面无碎屑出现,而空气耦合时试块破裂面出现了较多碎屑;随着钻孔不耦合系数的增大,试块裂缝长度呈现先增大后减小的趋势,当钻孔不耦合系数为2.0时,裂缝长度达到峰值,此时试块产生的裂缝网络最为丰富;致裂过程的气压曲线呈现起裂、扩展和贯通三个阶段,水耦合作用时的气压峰值均大于空气耦合作用时的气压峰值;声发射信号主要集中在扩展阶段,水耦合作用时声发射信号响应更为剧烈,且以多簇形式出现,而空气耦合作用时则以单簇形式出现;当钻孔不耦合系数为2.0时,声发射累积能量和累积事件数均达到峰值。

SC-CO_(2)与工业乳化炸药破岩效应的等效试验

如何定量化核算SC-CO_(2)(超临界二氧化碳)破岩效率是非炸药类破岩技术在实际工程应用时重点关注的内容.本研究基于爆破当量理论计算和现场爆破试验的研究方法,通过工程类比法进行工业乳化炸药等效当量计算,选择典型代表性花岗岩及泥岩场地,设计进行了SC-CO_(2)与工业炸药破岩效应等效对比现场试验;基于现场破岩等效现场试验测试数据,对比分析试验过程中SC-CO_(2)与工业炸药破岩体积、破岩区域形态、大块率和单耗等破岩区域特征及参量数据.研究结果表明:当SC-CO_(2)破岩体积较大时,其致裂破岩范围的长短轴较长,并且随着剪切片厚度的增加,泥岩场地二氧化碳单耗的下降速率增大,二氧化碳单耗是炸药单耗的6~11倍.SC-CO_(2)破岩技术大块率较高,而炸药爆炸应力波分布均匀,大块率较小.SC-CO_(2)破岩地表振速远小于工业炸药破岩,工业炸药爆破测点合振速值为SC-CO_(2)破岩测点合振速值的9~11倍,SC-CO_(2)破岩对周边环境震动影响较小.SC-CO_(2)破岩测点合应力峰值高于工业炸药破岩,SC-CO_(2)破岩试验中各测点合应力值为炸药破岩试验中对应测点值的1.2~1.6倍.

直孔掏槽对角起爆光爆技术在李楼铁矿井巷掘进中的应用

安徽省六安市李楼铁矿为地下开采,采用分段凿岩、阶段矿房、嗣后充填采矿法,回采顺序是沿走向方向自中央向矿体南北两翼推进。该矿山生产规模500万吨/年,年开拓采准巷道工程量较大。目前该矿采用安百拓281掘进台车直孔掏槽对角起爆光面爆破技术进行井巷掘进,受各方面因素的影响,单炮进尺及光爆效果一直不理想,本文结合该矿山近几年井巷掘进施工的经验和教训,分析原因并制定有效的措施,对钻爆参数进行优化,归纳出一种成熟稳定的爆破设计,用于指导今后的井巷工程光面爆破。最终通过实验,证实了本文优化后的爆破参数,可以改善巷道成型、提高作业效率。

隧道爆破振动波形预测方法的构建及应用

基于单孔柱状药包振动波形函数,依据Blair的非线性叠加理论,利用回归分析将自由面对峰值振速的影响考虑在内,构建了群孔毫秒延时爆破振动波形的预测方法,并应用于隧道爆破段间延期时间的优选。结果表明,群孔毫秒延时爆破振动预测波形与实测波形相比,波峰数量与振动持续时间相同,峰值振速相对误差均小于10%,频谱形状相似,能量分布规律相同。实际工程中,当延期时间为10 ms与20 ms时,会产生峰与峰的叠加,导致振速增大;当延期时间为40 ms与50 ms时,各段波形基本不叠加;当延期时间为30 ms时,振动控制与爆破效果最佳。所建立的爆破振动波形预测方法可应用于隧道爆破工程中延期时间的优选。

岩石爆破基础理论研究进展与展望Ⅲ——波纹关系

岩石爆破“三大关系(本构、动静、波纹)”是爆破理论研究的重要内容,爆炸应力波与裂纹的相互作用是影响岩石破碎效果的关键因素.本文围绕“炸药爆炸能量释放与爆炸裂纹扩展的精细控制原理”这一关键科学问题,聚焦爆炸应力波与静止裂纹(岩体中既有缺陷)的相互作用、爆炸应力波与爆炸裂纹的相互作用、爆炸应力波作用下裂纹间的相互作用、地应力与爆炸应力波耦合作用下的裂纹扩展等四个方面,深入探讨了不同爆炸应力波的传播方向和强度对裂纹扩展行为(包括裂纹扩展方向、速度和长度)的影响规律.现有研究发现爆炸应力波在静止裂纹处发生反射和衍射,产生“双马赫锥”现象,致使爆炸能量较多地积聚在静止裂纹周围,诱导静止裂纹周围产生损伤和破坏;爆炸膨胀波对迎面爆炸裂纹的扩展有抑制作用,剪切波对其扩展有促进作用,而在爆炸应力波与同向爆炸裂纹的相互作用过程中,爆炸膨胀波和剪切波对裂纹扩展速度的影响则相反;爆炸荷载下相向扩展的两条裂纹互为自由面,产生“咬合效应”,形成相互勾连的形状;地应力场能够促进平行最大主应力方向的爆炸裂纹扩展,抑制垂直最大主应力方向的爆炸裂纹扩展,且地应力场的主应力差值越大,爆炸裂纹沿最大主应力方向的扩展长度越长.研究成果可为优化爆破炮孔间距、延期时间等参数,实现精细调控爆炸裂纹扩展提供理论依据.

露天爆破中炸药单耗对岩石破碎块度的数值模拟研究

露天爆破中岩石破碎块度是钻爆、铲装、运输及后续工艺等综合成本的主要衡量标准,炸药单耗是其主要影响因素,而炸药单耗对破碎块度的研究一般采用爆破模型试验,但其存在成本高、试验结果误差大等缺点.为了优化炸药单耗来降低爆堆的大块率、平均块度,并预测实际工程块度,在爆炸破岩理论基础上,运用基础力学测试设备对模型材料进行了单轴抗压、弹性模量、断裂韧度等测试,标定RHT本构模型参数,通过LS-DYNA数值仿真软件和粒子流算法(SPH)构建了三维露天台阶爆破数值仿真模型,首次对爆破破岩数值模拟结果实现块度精准统计,并对爆破破岩块度随炸药单耗的变化规律开展了系统研究.研究结果表明:炸药单耗在0.23~0.79 kg·m^(-3)范围内,岩块最大尺寸均小于240 mm,其变化区域分为240、220、140 mm三个最大块度相近区和240~220 mm、220~140 mm两个明显下降区;随单耗增加,均匀性指数n呈波浪式减小,分形维数D与n的变化趋势相反,平均块度尺寸呈现先快速下降后缓慢变化的趋势;炸药单耗的块度分布拟合曲线采用G–G–S函数拟合,相关系数均在0.91~0.97间,其变化规律验证了通过SPH法来模拟岩石爆破和岩石破碎块度统计方法的可行性和准确性.研究结果对爆破破碎块度分布规律的完善及块度控制工程具有一定的意义.

厚煤层采准巷道布置及围岩稳定性研究

为了解厚煤层采准巷道布置形式对围岩稳定性的影响,文章通过数值模拟,分析了巷道沿顶掘进、布置在煤层中间和沿底掘进三种不同布置形式下围岩的变形情况,并监测巷道围岩的变形数据。研究发现,巷道沿底掘进时,整体变形较为均匀,顶板、帮部和底板位移梯度均较小,有利于增强围岩的稳定性。

基于改进EMD的爆破振动信号降噪方法研究

针对经验模态分解(EMD)算法存在端点效应和降噪效果不佳的问题,依据延拓—分解—聚类—降噪—重构思想,提出了改进EMD的爆破振动信号降噪方法。该方法联合了综合相似指数同时兼顾延拓信号的形状和幅值相似性的特点、K-means算法的聚类特性以及小波包的降噪优势,不仅可以有效抑制端点效应,也具有良好的降噪效果。研究结果表明:在仿真信号端点效应抑制试验中,与多项式拟合和边界局部特征延拓方法相比,改进EMD方法的能量误差和均方误差最小。在实测爆破振动信号降噪中,与EMD和变分模态分解(VMD)方法相比,改进EMD方法的信噪比(20.94 dB)最大,均方根误差(0.0031)最小。改进EMD方法不仅可以较好保存中低频(0~200 Hz)信号能量,对200 Hz以上高频噪声也具有良好滤除效果。

对称双线性起爆下爆轰波的轴向传播特性

利用爆轰波的碰撞可在药包中产生聚能效应,从而改善爆轰效果。为分析爆轰波碰撞聚能特性,首先,基于爆轰波碰撞理论,推导了对称双线性起爆下条形药包中爆轰波的轴向传播速度;其次,利用LS-DYNA有限元软件分析了爆轰波的轴向传播特性;最后,利用连续压导探针对药包中心轴线处的爆速进行测定,并对爆轰波在轴向达到稳定时的爆压进行分析。结果表明:爆轰波在轴向的传播达到稳定后,马赫波传播速度接近导爆索的爆速,马赫杆占据整个药包直径,并以近似平面波的形式稳定传播。数值计算与现场实验得到的爆轰参数相近,均与导爆索的设定值相当,且爆速比铵油炸药的设定爆速高出60%左右,爆压高出160%左右。理论分析、数值计算及现场实验得到的爆轰参数互相吻合。研究结果表明,对称双线性起爆技术能显著提高炸药的爆轰性能,实现爆轰波的聚能效应。

台阶爆破预裂缝宽度对降振效果的影响规律

爆破振动是影响露天矿边坡稳定的重要因素之一。通常采用预裂爆破控制爆破振动效应,降低爆破振动对边坡稳定性的影响。预裂缝宽度是影响降振效果的关键指标。基于预裂缝降振原理,研究预裂缝宽度对优化预裂爆破设计、提高降振效果与保障矿山安全生产具有重要意义。为了研究预裂缝宽度对降振效果的影响规律,结合爆破地震波构成及传递理论,分析了预裂缝对爆破地震波的降振原理,利用数值模拟验证了预裂缝宽度对爆破地震波传递和衰减规律的影响。采用物理相似模拟与数值模拟实验,以质点的峰值振速为判据,针对不同预裂缝宽度时的降振效果进行了定量分析。结果表明:预裂缝宽度由2 cm增加到4 cm时,峰值振速衰减曲线下降趋势急剧,各测点监测的减振率显著增加;随后,预裂缝宽度继续增加到5 cm,峰值振速衰减曲线下降趋势变得平缓,减振率平均增幅为3.25%。随着测点与预裂缝距离的增加,振降效果也随之增加,但增幅会逐渐变得缓和,减振率总体呈现先急、后缓的趋势。

综采面深孔预裂爆破强制放顶技术研究

本文提出了一种深孔欲裂爆破强制放顶方法,以提升东庞矿工作面初采期间的作业安全性和工作效率。这种爆破强制放顶方法以爆破弱化坚硬顶板为基础,从切眼及两顺槽的顶板深孔方向进行爆破,并配置合理的爆破强度。试验过程中,对爆破实施前后钻孔内裂隙情况进行比对,钻孔窥视结果显示,本文提出的强制放顶方法施工速度快、安全程度高。这种新的强制放顶方法进一步拓宽了采煤工作面强制放顶技术的实现途径。

超前钻孔直径对高应力巷道卸压及掏槽爆破效果影响研究

随着煤炭开采逐步向深部推进,巷道开挖过程中应力集中问题日益突显,亟需有效解决。本文采用Ansys/Ls-Dyna数值模拟软件,针对高应力环境下不同超前钻孔直径对巷道卸压效果及掏槽爆破效果的影响进行了系统研究。利用ImageJ图像处理软件对巷道掏槽爆破损伤云图进行了详细分析。结果表明,随着超前钻孔直径的增加,钻孔孔底至岩石内部区域的有效应力逐渐降低,有效实现了卸压作用;随着超前钻孔直径的增大,掏槽爆破岩石块度逐渐减少,小块度占比显著增加,且在大直径钻孔爆破中岩石块度的分布更为均匀。研究成果对提升高应力巷道掏槽爆破效果具有重要指导意义。

中深孔爆破一次成井技术在金属矿中的应用研究

中深孔爆破一次成井技术是一种有效的金属矿开采方法,其优势主要体现在提高爆破效率、降低劳动强度、减少生产成本等方面。本研究首先介绍了中深孔爆破一次成井技术的工艺流程和关键参数,通过对比分析,阐述了中深孔爆破技术与传统爆破技术在金属矿开采中的差异及其优势。其次,采用实地调研和理论计算的方法,详细研究了中深孔爆破一次成井技术在实践中的应用效果。研究结果表明,应用中深孔爆破一次成井技术明显提高了金属矿的开采效率,有效降低了生产成本,且爆后矿石粒度适宜,有效提升了矿石处理效率,此技术有较广泛的应用前景。研究结果为金属矿的高效、低成本开采提供理论支持,具有一定的参考价值。

煤矿通风系统高效运行对安全风险的预防作用

煤矿工作是一项高风险的作业,其主要的安全风险包括瓦斯爆炸、煤尘爆炸、水害等,其中通风系统运行的效率对于矿山安全至关重要,本次研究,以如何提高煤矿通风系统的高效运行为目标,依托已有的技术实力和经验数据,制定了一个全新改良的通风系统设计方案。而后亲赴现场,进行严格的实地考察,并利用模拟分析进一步探究实施效果。结果 新的通风系统稳定高效,通风效果大为改善,急性职业危害因素的浓度得到有效降低。这一切都让矿井内的工作环境有了显著提升,极大地降低了安全事故发生的风险。而且,通风系统运行效率的提高不仅对于矿山的安全生产有着积极的推动作用,对于矿山能源的合理利用,实现矿山的绿色可持续发展也有着深远的影响。总结分析了通风系统高效运行对矿井安全生产的作用机制,为推动煤矿绿色高效安全生产,再次强调了通风管理的重要性,为未来深入开发和利用煤矿资源提供了重要的理论支撑和实践指导。

基于矿山测量中的精确定位技术与误差控制研究

本论文聚焦于矿山测量中的精确定位技术与误差控制。深入探讨了 GPS、全站仪等主要精确定位技术的原理、应用优势及局限性。通过对测量误差来源的详细分析,包括仪器设备误差、人为误差、环境因素误差等,提出了一系列针对性的误差控制策略。结合实际矿山测量案例,阐述了这些技术与策略在提高矿山测量精度、保障矿山安全生产、优化资源开采等方面的重要作用,旨在为矿山测量领域的技术改进与实践操作提供有益的参考与指导。

煤矿瓦斯防治项目实施中的风险评估与控制

随着我国煤矿资源的深度开发,瓦斯灾害在矿井过程中的发生频率亦日益加剧,对煤矿安全生产构成了非常大的威胁。为了有效应对这一问题,通过实施煤矿瓦斯防治项目,对瓦斯灾害风险进行控制已经成为了行业的必然选择。本篇论文基于项目风险管理的理论与方法,有针对性地建立了煤矿瓦斯防治项目实施过程的风险评估与控制模型,并结合实际案例进行了分析研究。结果 表明,关键风险因素包括瓦斯灾害风险、技术装备风险、人力资源风险等,其中瓦斯灾害风险是评估模型中风险值最高的风险因子。通过对比分析,在实施风险治理措施前后,优先级最高的风险因子的风险值均有明显下降,证明了该风险评估与控制模型的有效性。本研究的成果对于提升煤矿瓦斯防治项目的实施效果,预警并控制瓦斯灾害风险,提高煤矿项目的安全效益等方面,均具有重要的理论指导和实际应用价值。

人工智能在煤矿瓦斯防治中的应用研究

针对我国煤矿瓦斯防治面临的一系列问题,本文主要识别了人工智能技术在煤矿瓦斯防治中的重要应用价值。本研究首先将深度学习、机器学习等人工智能技术与传统煤矿瓦斯防治技术相结合,形成综合评价体系,并构建了煤矿瓦斯防治人工智能模型。通过研究,发现人工智能技术能对煤矿瓦斯防治工作产生积极影响,既可以实现对瓦斯数据的自动收集与智能分析,有助于提高瓦斯检测的准确性和快速性,也可以通过智能模型周期性预测瓦斯赋存状态,提前预警高危区域,降低瓦斯事故发生的风险。另一方面,人工智能技术还能协助进行瓦斯抽采优化决策,提升工作效率。研究结果表明,人工智能技术在煤矿瓦斯防治中的应用具有广泛的前景和重要的实际意义,不仅可以提升煤矿生产的安全程度,改善工作环境,而且有助于实现煤矿的智慧化、自动化发展。

黄陵智能快掘关键技术研究及应用

针对黄陵一号煤矿掘进工作面效率低、采掘接续紧张等问题,基于现有设备和矿井掘进工作面实际情况,设计了“掘锚一体机+锚杆转载机+带式转载机+迈步式自移车尾”的智能快掘方案,对主要设备进行选型,并对其进行了适应性改造;同时,分析了矿井智能快掘系统的关键技术。通过该研究,科学设计了矿井的智能快掘系统,提高了巷道的掘进速度,减少了工作人员,达到了掘进工作面少人化和智能化的目的,可为其他矿井智能快掘系统的构建提供一定借鉴。

基于综合赋权的矿岩可爆性分级识别及炸药单耗预测研究

精确识别矿岩可爆性等级有助于优化爆破设计、改善爆破效果。通过室内岩石物理力学实验、现场岩体声波测试,选取元宝山露天矿岩密度、抗拉强度、抗压强度、纵波速度、波阻抗作为矿岩可爆性分级指标。采用综合赋权确定各指标权重,提出基于综合赋权的矿岩可爆性分级识别模型。结果表明:元宝山露天矿各分级指标隶属度对可爆性等级“Ⅰ”最大,表明各矿岩均属于极易爆岩体;同时建立基于可爆性分级识别的炸药单耗预测模型,得到了元宝山露天矿各类矿岩体的单耗:煤为0.15 kg/m^(3),白砂岩为0.21 kg/m^(3),泥岩为0.19 kg/m^(3),灰砂泥岩为0.21 kg/m^(3).可为后续类似工况爆破设计提供理论指导,对改善爆破效果具有重要意义。

新街台格庙矿区高效建井关键问题研究

新街一井作为神华新街台格庙矿区的首开井,存在煤层埋藏深、深厚含水层、水文地质条件复杂等诸多建井难题。针对井筒施工难题,围绕井筒设计、施工工艺和高强度高性能混凝土配制及施工问题展开讨论,并提出了解决方案。结合矿井开拓部署,对矿井建设关键路线进行了分析;按照工期排队,对提升能力需求进行计算;通过方案对比,确定了临时改绞方案。对建井工期和关键节点进行了分析,制定了54个月的建井工期计划,对于矿井高效建设具有较大的现实意义。