大直径空孔对掏槽爆破效果的影响机理研究

针对大红山铜矿巷道掘进爆破出现炮孔利用率低、单次循环进尺低、现场半孔率低、超欠挖严重及轮廓面不平整等问题,通过数值模拟软件LS-DYNA,构建三、四、五、六个大直径空孔四种掏槽爆破模型,对四种大直径空孔数量条件下的掏槽爆破成腔效果进行数值模拟研究,为后续掏槽布孔设计提供指导。研究表明:大直径空孔对岩体爆破损伤有导向作用,六个大直径空孔诱导形成的爆腔面积最大,约0.1321 m^(2),比五个大直径空孔的爆腔面积增长了8.55%,比四个大直径空孔的爆腔面积增长了2%,比三个大直径空孔的爆腔面积增长了8.01%;大直径空孔的阻隔作用明显,空孔的存在可以使得爆破振动峰值下降51.63%,有效应力峰值下降67.24%。

淤泥-岩石地层爆破临近给水管道振动特征

盾构机通过淤泥-岩石地层时,可以在地面钻孔预先爆破破碎岩石,但是淤泥-岩石地层爆破产生的振动威胁爆区周围供水管道的安全。通过对爆破振动进行现场测试和数值模拟,首先验证爆破现场材料的物理和力学参数,然后研究了爆区附近供水管道的动态响应。得出如下结论:在管道轴向上,节点峰值速度(PPV)随着距爆炸源水平距离的增加而减小;在管道正上方地表沿管道轴向,节点峰值速度也随着距爆炸源水平距离的增加而减小;管道上节点峰值速度与管道上方地面的节点峰值速度之间存在函数关系。管道内壁最大PPV是最小PPV的3.97倍,管道内壁90°处的节点峰值速度最高,管道外壁最大PPV是最小PPV的1.03倍,管道外壁150°处的节点峰值速度最高,每个节点的PPV彼此不同,给水管道内壁PPV大于外壁,内壁PPV变化较大,但外壁PPV相对接近。单元的最大峰值有效应力是单元的最小峰值有效应力的4.06倍,在管道外壁240°~270°处单元的峰值有效应力最高。本研究的结论可以为确定爆区周围供水管道的安全性提供参考。

角柱形垂直掏槽爆破参数研究

针对角柱形掏槽孔网参数确定问题,依据前人研究,总结推导了岩体爆破作用下粉碎区半径Rp和裂隙区半径Rf的计算模型,量化了爆炸应力波和爆生气体对岩体破碎的影响,并根据Rp和Rf的结果结合碎胀空间效应构建了角柱形掏槽孔网参数的计算模型。结合现场实际情况,可得爆炸应力波产生的粉碎区半径R1=50 mm,裂隙区半径R2=550 mm,爆生气体二次破碎产生的粉碎区半径l c=16 mm,裂隙区半径l g=420 mm;从而得到Rp=66 mm、Rf=970 mm结合碎胀空间效应,可知装药孔和空孔距离L和装药孔间距L_(1)满足66 mm<L<L_(1)<160 mm,依据现场实际取L=0.1 m、L_(1)=0.15 m;对该掏槽方案建立数值模型进行计算,模拟结果表明裂隙区裂纹平均长度为1069.4 mm,与Rf=970 mm相比误差为99.7 mm,粉碎区槽腔破碎的平均长度为67.1 mm,与Rp=66 mm相比误差仅为1.1 mm,再对该掏槽方案进行多次现场巷道掘进试验,试验结果表明炮孔利用率可由原先的80%提高至93%以上,验证了模型的有效性。

基岩深孔测斜管和渗压计同孔安装工艺及应用

为了解决基岩内监测岩体内部位移和水位分别布设深孔导致的成本较高问题,以完整的工程实例为基础,凝练施工过程中如何解决在基岩深孔中安装测斜管和渗压计监测仪器来监测岩体内部位移和水位且节约勘探成本的方案和办法,提出同孔安装测斜管和渗压计的工艺。结合工程实例同孔内岩体内部位移和水位监测资料进行成果分析,岩体内部位移及水位监测数据正常。结果表明该工艺科学可行,可为类似项目提供借鉴。

岩巷掘进准直眼掏槽爆破新技术应用实例分析

为了提高岩巷掘进速度,克服直眼掏槽和斜眼掏槽的不足,根据岩石爆破理论,提出一种新的掏槽方法——准直眼掏槽方式。该掏槽方式突破传统掏槽设计,主掏槽眼稍微倾斜(准直眼),槽底炮孔间距较大,次掏槽眼垂直于自由面。与现有掏槽方式相比,该掏槽方式具有以下特点:准直眼孔底间距大,可杜绝穿孔现象;采用合理间隔时间进行分层分次爆破;中心辅助直眼与两侧对称的准直眼互相配合,结合直眼掏槽和斜眼掏槽各自的优点;形式简单,易操作;槽腔大,效率高,成本低。基于爆生气体的准静态理论和岩石力学的极限平衡理论,分析准直眼掏槽槽腔形成过程。为了优化准直眼掏槽参数,进行大量的现场掏槽试验,从而确定不同爆破条件下的准直眼掏槽炮孔的布置方式、深度、倾斜角度、间距、装药量和微差起爆间隔时间等技术参数。施工中采取以长度定角度的方法可满足该掏槽方式对准直眼角度的严格要求。实践表明,在煤矿岩巷掘进中使用准直眼掏槽方式,能够取得良好的爆破效果和显著的技术经济效益。

岩巷掘进准直眼掏槽爆破模型试验研究

为了更好地应用准直眼掏槽爆破技术,基于相似理论,建立准直眼掏槽模型试验相似准则,进行准直眼掏槽方式的物理模型试验。以主掏槽孔孔口间距、炮孔排距和主掏槽孔倾斜角度为主导因子进行正交试验。极差分析结果表明:对于掏槽深度,主掏槽孔孔口间距的影响最大,主掏槽孔倾斜角度其次,炮孔排距影响最小;对于槽腔体积,主掏槽孔孔口间距影响最大,炮孔排距的影响其次,主掏槽孔倾斜角度影响最小。方差法分析结果表明:主掏槽炮孔孔口间距对掏槽深度有极为显著的影响,主掏槽炮孔倾斜角度有显著影响,而炮孔排距无显著影响;主掏槽炮孔孔口间距、炮孔排距和主掏槽炮孔倾斜角度对槽腔体积均有极为显著的影响。此外,开展主掏槽孔倾斜角度大于85°的模型试验,结果表明:主掏槽孔倾斜角度对准直眼掏槽爆破的影响极为明显。该结果同时也验证准直眼与自由面夹角取值范围的分析。模型试验最优爆破参数为:主掏槽孔孔口间距150 mm,炮孔排距70 mm,主掏槽孔倾斜角度83°。现场应用由该模型方案所转化的现场试验方案,取得良好的爆破效果。

巷道掏槽爆破影响因素分析

在总结爆破理论和实践研究基础上,探讨了巷道掏槽爆破的作用机理,简述冲击波、应力波和爆生气体在掏槽爆破中的作用,并分析了岩石性质、炸药性能、设计计算和施工工艺4方面对巷道掏槽爆破效果的影响。详细分析了岩石应力应变特性、斜眼和直眼掏槽设计、爆速等因素,提出了应力应变特性和岩石性质与炸药性能匹配对掏槽的重要影响,并根据4方面的影响因素总结和提出了一些实际操作建议。

不同地应力条件下直眼掏槽破岩的理论研究与数值模拟

为了研究不同地应力场对直眼掏槽破岩的影响,提出了基于Schwarz交替迭代法和弹性力学理论建立的掏槽区岩体的应力状态方程,同时对不同地应力条件下单孔直眼掏槽破岩过程进行了数值模拟。结果表明:在炸药爆炸前期和中期,初始地应力场对结果影响较小,主要是槽孔爆炸应力场起主导作用,在爆炸后期,初始地应力场对爆破后裂纹的扩展具有导向作用,裂纹扩展主方向趋向于最大初始地应力方向。进一步分析表明,岩体在初始地应力场与爆炸应力场共同作用后,在空孔和槽孔圆心连线上产生最大拉应力,并且在不同地应力条件下最大拉应力模拟值的发展趋势与理论计算较为一致。

硬岩巷道中深孔爆破掘进复楔形掏槽试验研究

为提高硬岩巷道爆破掘进速度,在分析其中所存在问题的基础上,根据爆破理论与经验公式计算,结合试验工作面的具体情况,介绍了硬岩巷道条件下合理掏槽方式、炮孔深度以及掏槽孔布置参数的选取;设计并现场试验了二级、加辅助掏槽孔、加装药中心孔三种复楔形掏槽爆破方案;比较分析了各种掏槽方案的爆破效果及有关技术问题。结果表明:采用加装药中心孔的复楔形掏槽方案,对硬岩掏槽爆破效果改善明显。

槽腔内岩石破碎介质运动过程的X射线摄影实验研究

掏槽是决定隧道爆破效率的主要因素,掏槽腔内岩石碎块的运动过程是掏槽爆破机理及参数设计的理论基础。岩石属非透明脆性介质,碎块在其内部运动过程的数学模拟和物理模拟都有较大难度。X射线具有较强的穿透能力,有用于观测岩石内部状态瞬时变化的可能性,但还未见用于观测岩体内部碎块抛掷过程的研究报道。利用砂浆水泥试件模型实验和X射线高速摄影研究含空孔直眼掏槽爆破机理,得到岩石碎块在槽腔内部的运动状态,为直眼掏槽爆破机理研究和参数设计奠定了基础,同时,也为岩石类非透明脆性介质内部碎块抛掷之瞬变过程观测开拓了新途径。

楔形掏槽微差爆破模型试验与分析

针对煤矿硬岩巷道掘进掏槽效果差、炮眼利用率低的难题,采用混凝土作为相似材料进行不同掏槽方式的模型试验研究。从掏槽体积、炮眼利用率、破碎块度等方面分析不同掏槽方式的爆破效果。采用楔形微差掏槽,中间炮眼比掏槽眼深200 mm,装1～2支药卷,其余长度用水炮泥和炮泥封堵,起爆雷管为2段。试验结果表明,中间炮眼增加自由面,有利于克服岩石的夹制作用,保证在掏槽眼先爆的基础上,把掏槽的残岩进一步抛出;微差爆破延长爆轰气体在炮眼内的作用时间,爆破的块度小,分布均匀,从而提高炮眼利用率和掏槽体积。

切缝药包掏槽爆破研究与应用

切缝药包对爆炸能量具有极强的导向作用,将切缝药包引入到掏槽爆破,提出"先切后掏"的爆破思想。先采用切缝药包爆破将中心部分岩体与围岩分割开,克服爆炸初期自由面单一,围岩的夹制作用大等不利因素。在后续炮孔的爆炸作用下,将槽腔范围内岩体破碎,并抛掷出槽腔。进行了矩形切缝药包掏槽数值研究,结果表明:沿切缝方向能量得到了优先释放,沿切缝两炮孔中间的有效应力达到200 MPa以上,炮孔间裂纹形成贯穿。单独掏槽爆破炮孔利用率达到97.8%,全断面一次爆破平均炮眼利用率为96.9%,验证了切缝药包掏槽爆破的可行性。

基于AHP和改进TOPSIS法的台车掘进掏槽方案优选

根据层次分析法(AHP)基本理论,结合灰色关联系数改进的逼近理想解排序法(TOPSIS),建立改进的AHP-TOPSIS综合评判指标体系模型,对凡口矿拟采用的4种掏槽方案进行综合评判优选。从安全、技术、经济三方面综合考虑影响掘进方案的评判指标,通过层次分析法计算出各评判指标的权重,利用改进的TOPSIS法计算灰色关联系数矩阵的理想解和贴近度,得出拟选的四种掏槽方案的综合优越度分别为:22.8%、70.0%、75.7%、64.5%,从而确定第3种方案(六眼掏槽)最优。通过对4种方案的现场试验,第3种方案效果良好,表明该方法对掏槽方案优选具有工程可行性和有效性。

下穿文保建筑隧道爆破的数值模拟与安全分析

从工艺技术和经济技术2个方面考虑,硬岩地区地铁隧道开挖选择爆破开挖最为合理,但隧道爆破产生的地震效应会对地表建筑造成危害,要选择合理的控制爆破震动方法就需要对爆破震动效应进行研究。文章采用显式动力分析有限元软件ANSYS/LS-DYNA3D对实际隧道爆破工程中的掏槽爆破进行数值模拟,该数值模拟能进行爆破振动速度的时程分析,评价爆破方案的安全性。

岩巷切缝药包楔形掏槽爆破模型试验与分析

为了研究合理的掏槽方式改善岩巷掏槽效果差、炮眼利用率低的问题,采用水泥砂浆模型对切缝药包楔形掏槽爆破进行了试验研究。共设计了4组对比试验,每组试验分别在6组不同强度的水泥砂浆模型上展开,模型炮孔数目均为6个,每个炮孔装一发8号电雷管起爆。试验结果表明,切缝药包装药结构提高了炮孔利用率、增大了槽腔体积及降低了掏槽碎块的大块率;并得到了不同强度模型最优的掏槽方式,其中80°切缝药包楔形掏槽爆破在不同强度模型下炮孔利用率、槽腔体积及掏槽碎块大块率均相差较小,用于岩性变化较大的岩巷中,可得到较好的掏槽效果。切缝药包楔形掏槽爆破利用切缝对能量的导向作用,实现裂纹的定向扩展,并提高了掏槽效果。

硬岩浅埋中等断面隧道爆破的数值模拟与安全性分析

从经济和工艺技术方面考虑,在硬岩地区进行地铁隧道的开挖,最适合的方法就是钻爆施工方法。但是钻爆法施工产生的爆破地震效应会对地表建筑物产生较大的危害,尤其是紧贴既有建筑物的浅埋中等断面隧道。控制爆破的地震效应,就要对爆破方法进行地震效应的研究。文章采用显示动力学分析有限元软件ANSYS/LS-DYNA3D对传统乳化炸药爆破方式和引进的金属膨胀剂爆破方式进行数值模拟,利用计算出爆破振动速度的时程和爆破破碎围岩的效果进行对比分析,并评价2种爆破方式的优缺点。

高地应力条件下爆破漏斗实验及数值模拟研究

爆破漏斗最佳埋深是矿山爆破设计时的重要参数之一,随着开采深度不断向下延伸,开展高地应力条件下爆破漏斗相关研究对爆破设计及参数选取具有重要意义。以狮子山铜矿16中段的凿岩巷道为试验地点,在水平应力为25.5 MPa和垂直应力为21.1 MPa的岩体中开展了10个爆破漏斗试验,获得该区域爆破漏斗试验数据。同时,基于试验获得的最佳埋深,采用LS-DYNA软件建立三维爆破漏斗数值模型,获得了爆破后的漏斗形态及振动衰减规律。研究结果表明:爆破漏斗体积、半径等参数受地应力影响较大,爆破设计不能忽略地应力的影响;对现场爆破漏斗试验数据回归分析,得出爆破漏斗试验临界埋深为1.9 m、炸药最佳埋深为1.30 m、最佳埋深比为0.658;数值模拟结果与现场试验表现出了很好的一致性,可结合高地应力条件下的爆破漏斗数值模拟,为矿山的爆破设计提供基础参数。

煤矿岩石巷道中深孔爆破掏槽技术应用研究

中深孔爆破技术以其显著的优点而被认为是目前煤矿井下岩石巷道掘进首选的爆破技术。为提高单循环进尺和掘进速度,在满足煤矿井下爆破安全要求的前提下,通过对直眼掏槽、斜眼掏槽等各种掏槽方式进行分析研究,提出应尽可能简化掏槽形式。以实例证明,菱形直眼掏槽和加强的楔形斜眼掏槽均能获得较好的掏槽效果。

石灰岩平巷合理掏槽方法和爆破参数的研究

针对阳煤五矿在石灰岩平巷中掘进掏槽效率低的问题,首先运用掏槽爆破作用理论,分析了巷道掘进存在的问题;然后结合有关文献和实际工程,确定了合理的爆破参数;最后对菱形掏槽、螺旋掏槽、三角柱掏槽3种掏槽方式在均质石灰石岩巷中的的爆破效果进行了对比分析;得出:在阳煤五矿均质石灰岩平巷掘进中采用单空眼螺旋掏槽爆破技术,可保证炮眼利用率达到90%以上,并能把炮眼数目和单位炸药消耗量降低到合理水平。

直孔掏槽一次成井的改进TOPSIS-CV掏槽方式评价模型

为了解决直孔掏槽一次成井中掏槽方式选择的难题,通过引入逼近理想解技术(TOPSIS),并将垂面距离代替欧氏距离的正交投影法和传统TOPSIS相结合,提出一种基于改进TOPSIS法的综合评价模型。从安全、技术、经济3个方面综合考虑选取了7个评价指标,利用变异系数法(CV)确定指标权重,避免主观权重赋值法的人为因素干扰,使得权重赋值更加客观化。将该评价模型应用于某矿山一次成井治理采空区试验中,对初步设计的4种掏槽方式进行综合评价,并将最佳的掏槽方式用于工业试验。研究结果表明:计算出每个方案到正理想解的垂面距离分别为0.125 94,0.089 89,0.060 40,0.041 53,从而确定第4种方案为最优方案。与传统的TOPSIS法评价结果相比,改进的TOPSIS法评价结果的优劣程度更加明显,更加容易甄选出最佳方案。由最佳方案形成的天井上下贯通,达到设计规格,效果较好。