新型爆破掘进施工方式与常规爆破施工方式的对比

本文主要分析对比了近些年来工程施工中出现的几种新型掘进施工方法的优缺点,并通过与常规爆破施工方法进行对比,得出了常规爆破施工方法是完全无法被替代的掘进施工方式。本文旨在为爆破掘进施工方法的选择、爆破行业的稳定发展提供可借鉴的经验。

基于工程地质分区的某钨矿爆破参数优化

针对复杂岩性矿山爆破参数单一所导致整体爆破效果不佳、大块率高、存在根底、边坡不平整等问题,通过矿区工程地质岩组划分及爆破参数优化现场试验进行爆破工程地质分区,将该矿区分为Ⅰ~Ⅵ区,并基于岩石力学参数测定、地质强度调查及现场爆破试验提出适用于不同分区的预裂爆破及深孔台阶爆破参数。试验结果表明:Ⅰ区废石、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ区预裂爆破建议单耗0.3 kg/m^(3);Ⅱ区预裂爆破建议单耗0.32 kg/m^(3);Ⅰ区矿石预裂、采矿爆破单耗为0.38~0.39 kg/m^(3)。Ⅰ、Ⅱ区线装药密度建议0.65~0.70 kg/m;Ⅲ区根据风化程度不同建议线装药密度0.4~0.5 kg/m;Ⅳ区线装药密度建议0.54~0.57 kg/m;Ⅴ区线装药密度建议0.57~0.60 kg/m;Ⅵ区线装药密度建议0.52~0.54 kg/m。该爆破参数下,矿山预裂爆破半孔率达85%以上,采矿爆破平均大块率从20%降至10%,降幅达50%。

岩巷掏槽爆破掘进数据库建立及参数优化研究

掏槽爆破掘进参数是岩巷钻爆法施工的关键参数,优化爆破掘进参数是确保钻爆法高效率施工的重要途径之一。依据1980—2022年共200个代表性爆破掘进案例,利用统计学方法分析了爆破参数在普氏系数和断面面积2个岩巷特征参数维度下的变化特征,通过构建爆破掘进案例数据库研究了岩巷掏槽爆破客观规律。结果表明:随着普氏系数增加,岩石极限抗压强度增大,为保证爆破效果,可适当增加炮孔长度和炸药单耗,同时也会略微增加单循环进尺,但岩石自身高应力导致的夹制作用会降低炮孔利用率;通常设置空孔为掏槽爆破提供新的自由面,通过应力波反射拉伸使得靠近自由面的岩体破坏区域更大,硬岩巷道更适合直孔掏槽爆破。在较大断面岩巷的掏槽爆破掘进过程中,岩石夹制作用较小,较小的炸药单耗可以达到良好的爆破效果,从而促进了单循环进尺和炮孔利用率的提高;由于大断面面积对岩石爆破的限制作用减弱,无需过分增加炮孔数量和装药量,相反适当减缓炮孔数量的增长速率也能够达到良好的爆破效果。上述分析可以为爆破参数优化、岩巷高效施工提供参考。

超高压拱形爆破片中操作比对爆破压力作用机理仿真研究

十字开槽正拱形爆破片具有响应快、无碎片飞溅等优点,在使用过程中操作比(工作压力与爆破压力的比值)对爆破性能的影响值得研究。对十字开槽正拱形爆破片进行动态爆破试验,并建立有限元仿真模型,通过动态爆破试验结果验证有限元模型的可靠性;对不同操作比下的爆破片爆破性能进行研究,总结爆破压力变化规律,发现随着操作比的增大,爆破压力出现了减小,在部分情况下,与无操作比影响时的相对偏差大于10%,爆破压力的相对偏差随操作比的增加先增大后减小,转折点出现在操作比为30%~70%的范围内,且转折点对应的操作比随拱高的增加逐渐增大,爆破片的拱高增大,爆破压力的相对偏差整体变小,主要原因与残余应力和塑性形变有关。

某石灰岩矿露天台阶爆破设计及安全分析

为了提高石灰岩矿开采效率,确保爆破安全,以四川省某石灰岩矿为研究背景,基于理论分析和现场经验,确定了台阶爆破方案,并对台阶爆破孔网参数进行了设计。同时,以爆破振动、爆破飞石、爆破冲击波和爆破噪音的安全允许距离为指标,对爆破效果进行了分析评价。研究结果表明:对于120mm的炮孔,爆破振动安全允许距离为30.0m;爆破冲击波安全允许距离约为193m,爆破噪音安全允许距离约为196.9m。相比于齐发起爆,毫秒延时起爆可以有效减少爆破飞石的产生,为防止某些炮孔由于与其临近炮孔之间的延时时间差过大而导致飞石加剧,并考虑到岩石的挤压破碎效果,计算确定40ms作为各炮孔间的延期时间。此外,预裂爆破可大幅降低爆破振动对露天矿边坡的危害。设计了预裂爆破方案及参数,预裂孔起爆时间早于主爆孔150ms起爆。爆破台阶自由面法向应背离公路和民房方向,或者与公路和村庄走向平行,能够有效保护附近构筑物;非爆破开采应该滞后于爆破开采,为爆破开采提供安全遮挡。研究成果为台阶爆破设计与施工提供一定指导。

巷道掘进爆破参数优化设计及施工

大红山铜矿巷道掘进爆破施工中存在超欠挖严重、炮孔利用率低和光面爆破效果差导致围岩破碎等问题。通过爆破理论优化设计和结合爆破现场试验,采用筒形掏槽爆破、间隔装药结构、精确延期时间和合理的炮孔间距的全断面爆破方案。结果表明:综合炮孔利用率能够达到93.5%。半孔痕率较矿山原方案提升了40%左右,平均循环进尺较矿山原方案提升了0.34 m,炮孔利用率较矿山原方案提升了13%左右。

环境敏感区凿岩爆破风险控制关键技术研究

为解决环境敏感区丹江小三峡特大桥3、4#桥基场平爆破施工难题,研究采用理论计算、试验分析等方式,探究了现场凿岩爆破危险因素的影响,并进一步提出了控制措施。研究结果表明,在景区溶洞及邻近水源保护的敏感环境下,爆破振动与抛掷飞石依旧是爆破作业的主要风险因素,通过采取数码雷管布设孔内分段延时爆破、机械辅助调整抛掷作业面,可有效降低爆破风险因素影响;同时,现场应加强场内弃渣、警戒公告等施工组织管理,避免爆渣污染丹江口水源、景区及航运流动人群受扰动等情况发生。研究从风险分析、设计优化、施工管理等方面总结形成了环境敏感区凿岩爆破风险控制关键技术,为类似环境项目提供施工借鉴。

二氧化碳相变爆破致裂机理与应用研究进展

煤岩体结构改造是解决煤矿许多技术难题的共性核心科学问题,二氧化碳相变爆破因其安全可控、能量易调节等优点成为煤岩体致裂的有效手段之一。为确定二氧化碳相变爆破致裂机理,扩展相变爆破致裂工程应用,分析了二氧化碳相变爆破原理和致裂器材与装备,统计比较不同方式相变爆破能量计算方式,相较于传统炸药爆破,相变爆破属于一种低能量致裂方式;通过分析二氧化碳相变射流传播特征,探究相变爆破中等应力起裂和高压气体协同作用方式,煤岩体在中等冲击作用下,受到拉应力破坏产生径向初始断裂,并在冲击波和卸载波综合作用下形成多重起裂特征,高压气体在多重裂隙中进一步扩展,驱动裂隙向外扩展,明确了相变爆破应力气体协同致裂过程;进一步研究了泄能方向、煤岩体性质、爆破参数、初始地应力、钻孔布置参数和钻孔切槽特性等因素对相变爆破致裂效果的影响,泄能方向对煤岩体破坏起到直接作用,引发非对称损伤破坏,煤岩体抗压强度和致裂孔间距是影响致裂效果的关键因素,初始地应力、钻孔布置参数和钻孔切槽特性等影响裂纹发育扩展特征;在相变爆破致裂工程应用方面,揭示了相变爆破多重裂隙渗流特征,确定了高瓦斯煤层致裂增透效果,对比了预裂前后煤体截割特征,验证了预裂提升块煤率可行性,并探究了相变爆破预裂顶板垮落特性。针对相变爆破致裂应从多速率冲击破碎、损伤破坏多尺度分析、致裂过程多物理场耦合及延时相变爆破技术等方向进一步扩展研究,拓宽二氧化碳相变爆破应用场景。

露天矿深孔台阶爆破逐孔起爆参数的优化研究与应用

露天矿深孔台阶爆破常存在炸药单耗和大块及根底率偏高增加综合成本、爆堆松散度过小不利于铲装、爆破振动过大影响边坡稳定等问题。以多宝山露天矿深孔台阶控制爆破为工程依托,从理论上建立了逐孔起爆爆破引起的应力场解析式,确定了逐孔起爆的孔排距、最小底抗线和孔间延期时间;采用LS-DYNA软件对此爆破参数建立的模型爆破应力大小和破碎范围进行了分析,并在多宝山露天矿进行了6组不同爆破参数条件下的现场工业试验,确定了不同炸药单耗等爆破参数与块度、松散度的变化规律,验证并确定了优化的多宝山露天矿深孔台阶控制爆破参数。主要研究成果为:(1)在多宝山露天矿爆破的耦合装药条件下,通过逐孔起爆应力场的理论推导和分析,应力场分布和应力大小的影响仅限于前后两孔之间,孔间延期时间17 ms是比较合理的。(2)爆破现场爆堆和块度大小数据的收集可以通过无人机倾斜摄影技术和手机拍照进行,由此收集的数据分析获得的松散度和块度是有效合理的。(3)多宝山露天矿深孔台阶爆破,当炮孔直径为178 mm和孔间延期时间17 ms时,满足爆堆块度小于60 cm、松散度大于1.45铲装条件下的炸药单耗为0.60 kg/m^(3)、孔排距为7 m×5 m。

基于深孔微差爆破应力场的爆破参数优化

为克服矿房大直径深孔微差爆破存在的不足,根据波动学理论,依据柱状药包单孔爆破应力传播衰减规律,圈定了微差爆破前后起爆孔距和延期时间范围,进一步推导出两孔微差爆破的叠加应力场函数解析式。在此基础上,依据Mises准则反推得出孔网参数与延期时间计算公式。通过LS-DYNA模拟计算和现场工业试验,对比应力场分布情况和实际爆破效果,验证了理论分析的合理性。

周边眼偏位空孔爆破设计优化研究与应用

依据已有研究对空孔效应和设置空孔时裂纹扩展规律进行探讨,发现空孔有利于裂纹贯通,对提升爆破效果有一定帮助,但也发现传统的直线型空孔布置会导致裂纹偏向,即在空孔附近转向、偏离原发展路径,影响原设计开挖轮廓。若设置偏位空孔,则可充分利用空孔效应及导向作用以提高开挖质量。对于偏位空孔在爆破中的效应,采用数值模拟研究了不同炮孔间距、空孔偏位角下的裂纹扩展规律和炮孔间贯通情况,探讨了最优偏位角度设计,并根据模拟结果对现场爆破方案进行优化,研究实际应用效果。研究结果表明:偏位空孔对爆生裂纹具有较直线空孔更明显的导向作用,主要表现在爆生裂纹尖端向空孔本身发展或被空孔裂纹引导偏向、最终主裂纹与空孔连通或在空孔范围之外主裂纹相贯通,更利于炮孔主裂纹扩展与贯通;通过提取模拟结果并测量裂纹范围,对于孔间距在60 cm及以下时,适用于周边眼爆破设计的最优偏位角为15°,在此情况下炮孔连线方向形成了与孔心连线相平行的裂纹,能显著提升贯通效果;对于优化后的福厦铁路某隧道爆破施工方案,通过振速监测及超欠挖断面扫描分析,发现周边眼起爆引起的爆破振速降低了超过50%,超欠挖值也由平均25 cm降低至15 cm以内,整体应用效果良好。该项研究可为隧道爆破减振及超欠挖控制研究提供一定参考。

基于爆破荷载等效施加方法的振动波形预测与古建筑安全评估

隧道爆破开挖产生的振动对邻近的古建筑有着不容忽视的安全影响,为研究爆破振动波的传播规律以及预测地面振动效应和分析临近古建筑结构的安全性,以拉卜楞隧道为依托,采用现场实测结合数值模拟分析的方法,预测爆破荷载作用下拉卜楞寺的动力响应。结果表明:(1)随着单响总药量的增加,质点振动速度增大,衰减比也随之增大,说明高频振动衰减快,低频振动衰减慢;(2)通过理论计算将爆破荷载等效施加在弹性边界或隧道开挖轮廓面上,动力模拟结果表明在大于40 m的中远区两者振速变化规律趋于一致,故将荷载施加在开挖轮廓面上是合理的;(3)爆破地震波自由界面处体波经过反射形成沿表面传播的Rayleigh波,结合数值模拟山体内部地震波的传播规律发现,经反射叠加山体内部形成复杂的振动区;(4)当地震波到达拉卜楞寺最近点时,径向振速峰值为0.000672 cm/s,垂向振速峰值为0.000448 cm/s,合成振速峰值为0.000807 cm/s,远小于古建筑安全振动控制标准。

露天矿山空气间隔装药爆破技术优化与应用实践

随着国家基础设施建设日趋完善,诸多爆破作业单位面临被市场淘汰的严峻危机,而露天矿山爆破工程以其相对稳定的业务量和可观的市场规模,成为了行业的优质业务,因此现阶段改进爆破技术,降低爆破成本,提高自身综合竞争力,是爆破作业单位走向高质量发展的必由之路。笔者探讨了空气间隔装药技术在露天矿山爆破中的实际应用案例,探究了以PVC管为空气间隔器的优化方法在露天矿山空气间隔装药爆破作业中的应用,旨在探究这一创新方法是否能有效提高爆破作业效率,改善爆破效果,并降低爆破综合成本。

基于DIC的露天矿山微差爆破模型试验及数值模拟

随着电子雷管在露天矿山台阶爆破中的全面使用,微差爆破技术得到进一步发展,如何通过调整孔间延时提高炮孔之间相互作用力,成为矿山爆破技术的研究重点。基于混凝土模型模拟露天矿山微差爆破,建立高速摄影技术与数字图像相关(DIC)试验系统,基于全场微应变、高速摄影技术和数值模拟对不同孔间延时条件下的炮孔间裂纹发展过程进行了研究。结果表明:爆炸载荷下模型表面裂纹附近的应变持续时间约为3 ms,孔间延时为3 ms时下一个炮孔起爆能够提高炮孔之间的相互作用力;通过数值模拟展示了测点的压力分布特征,在孔间延时为3 ms时测点压力最大,验证了模型试验的准确性;利用MATLAB对数值模拟结果分析发现,孔间延时为3 ms时其破碎程度最佳,与模型试验结果具有较好的一致性;使用高速摄影技术结合DIC方法为研究炮孔之间的相互作用力及裂纹扩展提供了新思路。

楔形掏槽分段延时爆破技术研究

常规钻爆法施工中,掏槽孔同时起爆,爆破所产生的振动很大,对围岩稳定性和周围建(构)筑物产生不利影响。针对爆破振动过大的问题,提出了楔形掏槽分段延时爆破技术。首先,通过优化掏槽起爆方式,结合电子雷管精确延时的特性,提出将掏槽孔起爆顺序进行分类、优化的楔形掏槽分段爆破延时技术,即先爆孔先起爆,后爆孔后起爆,先爆孔爆破后为后爆孔提供新的自由面;然后,建立了先爆孔爆破后腔体模型,通过对掏槽腔体破岩过程进行力学分析,建立了楔形掏槽分段爆破成腔判据;最后,应用Anderson叠加原理,基于不同类型炮孔爆破振动波型,建立了炮孔爆破精确延时爆破振动波形表达式。通过楔形掏槽分段爆破现场验证结果表明,楔形掏槽分段延时爆破技术可以有效降低爆破振动,本文研究内容可为现场爆破降振施工提供指导。

基于数码电子雷管起爆特性的预裂爆破技术试验研究

进路式充填采矿方法通过将矿体划分成矿房和矿柱,采取两步骤回采方式,即一步骤先回采矿柱并充填,待充填体达到设计强度后再进行二步骤矿房回采,在此种开采方式下,若矿岩条件比较差且钻爆参数不合理,不仅会导致矿房回采后采场边帮轮廓成形效果差、超欠挖现象严重以及矿石损失率与贫化率较大,而且爆破振动有害效应比较大,充填体损伤垮塌严重,恶化了采场作业条件,严重制约了矿山机械化、规模化开采。为解决此类问题,以某地下矿山为例,利用高精度数码电子雷管的起爆特性,开展了一步骤回采下向孔预裂爆破技术研究与现场试验。结果表明:①采用数码电子雷管预控界面爆破试验方案后,采场边帮预控界面清晰可见,半壁孔痕率能达到60%以上,超欠挖量也可以控制在20 cm以内,为二步骤矿房回采创造了有利条件;②爆破振动峰值大幅降低,爆区附近的充填体得到有效保护,垮塌现象大幅减少;③避免了裸露的导爆索在爆炸过程中产生的噪声和冲击波对爆破作业人员产生危害,有效保护了爆破作业人员身心健康,工作环境得到明显改善;④民爆物品消耗量降低了0.46元/m^(3),有效降低了爆破成本,经济效益显著。上述研究成果可为类似矿山提供借鉴。

综采面坚硬顶板超深孔预裂爆破远场解危控制技术

工程实践表明,顶板事故在煤矿各类事故中占首要位置,已严重制约了我国现代化矿井安全高效开采。为了实现煤矿综采面坚硬顶板的安全治理,亟需形成综采面坚硬顶板超深孔预裂爆破远场解危控制技术以有效解决因工作面大空间坚硬顶板垮落而影响安全生产的重大难题。基于此,通过自主创新和联合攻关,面向深部矿井坚硬顶板,开展了综采面坚硬顶板超深孔预裂爆破远场解危技术研究;研发了高威力三级煤矿许用水胶炸药、填塞材料等技术与装备,形成了成熟的深孔爆破工艺,突破了厚硬顶板爆破中煤矿许用炸药威力与安全度的矛盾,解决了超深孔爆破中炸药可靠起爆等技术瓶颈问题;通过构建大空间采场覆岩-支架-围岩系统力学模型,揭示了采场大小周期来压及强矿压作用机理,提出了大空间采场厚硬覆岩多层位精准定位爆破弱化控制原理和基于爆破损伤的综采工作面厚硬顶板深孔爆破参数设计方法,形成了综采工作面厚硬顶板超前深孔卸压控制技术。研究成果在全国近百个综采面进行工程应用,未发生一起顶板事故,避免了综采面厚硬顶板发生压架、形成飓风、矿震等重大安全事故的风险,保障了综采面的安全高效生产,为综采面坚硬顶板远场解危的设计提供了理论依据并为现场施工提供了指导作用。

水电站边坡智能爆破设计与管控系统研究

水利工程爆破施工具有周期长、规模大的特点,传统爆破设计与施工管控方式难以满足当前水利工程的建设和发展要求,研究建立平台化、网络化、智能化的爆破设计与管控系统具有重大的工程意义。基于BIM、WebGIS和已开发的爆破设计软件,利用Angular框架和SpringBoot框架,采用前、后端分离式方法开发了智能爆破设计与管控系统,系统由智能爆破设计模块、三维可视化模块、数字化爆破管控模块以及智能安全评价及预测预警模块四个功能模块组成,实现了智能爆破设计与全流程爆破审核功能一体化,能够根据现场实际施工情况,采用模型参数化动态联合裁剪方法,选取开挖轮廓线上的控制点进行智能爆破设计,生成爆破设计方案,并将设计方案上传审查,有效地促进了爆破全流程的标准化、信息化、数字化管理,加强设计、施工、监理等单位的实时交互办公。该系统在叶巴滩水电站边坡爆破开挖工程的应用结果表明,系统能有效进行爆破设计,并提高管控效率,可为水电站边坡爆破设计开挖施工提供技术支持。

岩石爆破破碎模拟和块度预报的研究现状与展望

爆破块度的预测与控制一直是岩石爆破破碎领域的重要课题。岩石爆破涉及爆炸冲击波和爆生气体的联合作用以及岩石破碎、抛掷和堆积复杂过程,通过岩石爆破破碎过程模拟、定量计算爆破块度至今仍未实现。针对岩石爆破破碎机理和力学模型、岩石爆破破碎过程数值模拟方法和岩石爆破块度的预测模型的国内外研究现状和进展进行了全面综述,并对岩石爆破破碎模拟和块度预报领域有待进一步研究和突破的重点问题进行展望。

隧道近接穿越古迹爆破施工安全控制技术

为了降低隧道爆破施工对临近古迹等敏感建筑物的安全威胁,依托新建石板沟一号公路隧道工程,通过现场监测和数值模拟,揭示了不同掏槽眼型式与传播介质参数对临近古迹的减振规律。对上台阶全断面爆破施工阶段进行监测,发现影响控制点振速峰值的主要因素为掏槽眼爆破,其中寺内水平向振速VR显著较大;在爆破断面距寺庙约60 m处V_(R)达到0.961 cm/s,即将超出1.0 cm/s的安全限值,建议以60 m为分界线调整爆破方案。为兼顾施工效率和爆破减振,利用数值模拟对掏槽型式与台阶法施工参数进行研究,结果表明,掏槽型式与仰拱开挖对控制点的影响具有区段性,采取斜眼掏槽型式、及时开挖仰拱、增大台阶长度和台阶高度分别能够减小控制点振速峰值0.071 cm/s、0.039 cm/s、0.097 cm/s、0.065 cm/s。为保证工程顺利进行,最终提出三区段小导洞先行爆破施工方案和相关辅助减震措施,有效控制了隧道爆破对古迹的振动影响。