Double-face intelligent hole position planning method for precision blasting in roadways using a computer-controlled drill jumbo

To solve the uneven burden of same-type holes reducing the blasting efficiency due to the limitation of drilling equipment,we need a double-face program-controlled planning method for hole position parameters used on a computer-controlled drilling jumbo.The cross-section splits into even and uneven areas.It also considers the uneven burden at the hole’s entrance and bottom.In the uneven area,various qualifying factors are made to optimize the hole spacing and maximize the burden uniformity,combined with the features of the area edges and gridbased segmentation methods.The hole position coordinates and angles in the even area are derived using recursion and iteration algorithms.As a case,this method presents all holes in a 4.8 m wide and 3.6 m high cross-section.Compared with the design produced by the drawing method,our planning in the uneven area improved the standard deviation of the hole burden by 40%.The improved hole layout facilitates the evolution of precise,efficient,and intelligent blasting in underground mines.

Energy release process of surrounding rocks of deep tunnels with two excavation methods

Numerical analysis of the total energy release of surrounding rocks excavated by drill-and-blast （D＆B） method and tunnel boring machine （TBM） method is presented in the paper. The stability of deep tunnels during excavation in terms of energy release is also discussed. The simulation results reveal that energy release during blasting excavation is a dynamic process. An intense dynamic effect is captured at large excavation footage. The magnitude of energy release during full-face excavation with D＆B method is higher than that with TBM method under the same conditions. The energy release rate （ERR） and speed （ERS） also have similar trends. Therefore, the rockbursts in tunnels excavated by D＆B method are frequently encountered and more intensive than those by TBM method. Since the space after tunnel face is occupied by the backup system of TBM, prevention and control of rockbursts are more difficult. Thus, rockbursts in tunnels excavated by TBM method with the same intensity are more harmful than those in tunnels by D＆B method. Reducing tunneling rate of TBM seems to be a good means to decrease ERR and risk of rockburst. The rockbursts observed during excavation of headrace tunnels at Jinping II hydropower station in West China confirm the analytical results obtained in this paper.

钻爆法机械化施工隧道随钻地震波超前地质探测技术研究

为适应我国隧道建设机械化、智能化、无人化发展趋势,围绕钻爆法机械化施工隧道,提出以凿岩台车破岩振动为震源的钻爆法机械化施工隧道随钻地震波超前地质探测技术。针对凿岩台车多震源连续激发带来的地震数据波场混叠、有效信息难以识别问题开展相关研究,提出VMD-SVD-RobustICA三臂混合先导信号分离方法与脉冲反褶积-小波域互相关地震记录重构方法,可实现三臂混合先导信号的分离与有效反射信号的提取。工程实践证明,利用凿岩台车搭载式无线高精度探测装备,该技术可初步实现“边钻边探”,降低预报环节对钻爆法机械化施工隧道正常施工带来的影响。最后,明确该技术目前存在的问题及解决思路。

高海拔铁路隧道斜井机械化配套与快速施工

为解决高海拔高寒地区斜井施工存在气压低、含氧量低、温差大、严寒干燥等问题,以某高海拔铁路隧道斜井工程为背景,结合围岩等级、断面大小、海拔高度,根据斜井施工机械化配套原则,提出高海拔陡坡长斜井机械化安全快速进洞施工工法,并选配超前支护、钻爆、装运、喷锚支护、衬砌等机械化作业线的成套设备。基于高度机械化的设备配套,提出“快挖、快运、快支”的高效施工技术以及各工序快速衔接工艺。以控制围岩变形为核心,构建一套积极干预加固围岩、注重早期支护并快速闭合的主动支护体系。结果表明:与普通钻爆法施工相比,采用三臂凿岩台车高度机械化配套施工效率高,月最快进尺为180 m,较人工钻爆法施工月进尺为130 m相比提高了近30%,施工质量稳定,作业人员投入少,且拱顶沉降和周边收敛均小于规范要求值,衬砌强度可靠,可实现高海拔小断面隧道“快挖、快支、主动支、快封闭”。

山区铁路隧道钻爆法施工安全风险演化路径及防控研究

山区铁路隧道钻爆法施工安全风险突出,探索安全风险演化路径并提出安全风险防控措施,对减少安全事故发生意义重大。针对山区铁路隧道钻爆法施工特点,运用文本挖掘分析历史安全事故资料、铁路标准规范资料、现场安全风险评估报告、相关研究文献资料等,结合“4M1E”理论和专家经验识别山区铁路隧道钻爆法施工主要安全风险因素和安全风险事件。采用质性分析法,结合现场调研和专家访谈,提取安全风险因素间、安全风险事件间、安全风险因素及事件间相互关系,构建山区铁路隧道钻爆法施工安全风险演化网络模型。基于风险演化理论、复杂网络理论等,利用度中心性、介数中心性、聚类系数、特征向量中心性、中间中心度等多项指标分析山区铁路隧道钻爆法施工安全风险演化网络节点重要度、边的关键性,从而确定关键链演化路径,并提出安全风险防控措施。研究结果表明:山区铁路隧道钻爆法施工安全风险包括人员、设备、技术、管理、环境5类共41个主要安全风险因素和塌方、突泥涌水等6个主要安全风险事件,确定了安全风险演化网络中8个关键节点、20条关键边和3条关键链,针对关键链风险演化路径提出了安全风险防控措施,为提高山区铁路隧道钻爆法施工安全风险管理水平提供参考。

基于数值模拟的压入式通风隧道粉尘运移规律研究

为解决隧道钻爆作业施工期产生大量粉尘污染的问题,以四川卡拉水电站左岸交通隧道为研究对象,依据气固两相流理论,运用FLUENT软件构建了隧道粉尘扩散分布模型,对风流场分布特征和粉尘颗粒的运移规律进行模拟计算。结果表明:隧道风流场被划分为3个区域:涡流区、过渡区和稳定区,不同区域风流场特性有很大差异;风筒出口发射的高速气流运动过程中会逐渐扩大接触断面,并形成风幕;气流运动会导致隧道横截面方向粉尘质量浓度左低右高,但最后浓度分布将趋于平均;随着风速的增加,降尘速率增大,但有可能导致二次扬尘。最后,综合实际工程条件和施工要求,选择风速为24 m/s为最优排尘风速。研究成果可为隧道等地下工程通风系统改进和抑尘效果优化提供参考。

钻爆法施工隧道超挖对于混凝土超耗的定量关系研究

混凝土超耗居高不下是目前钻爆法施工隧道面临的形势和现状,在影响混凝土超耗的诸多因素中,超挖是其主要因素之一。本文通过大量的样本隧道,采用3D激光扫描仪测量设备,对隧道实际超挖进行实测;采用统计分析法、误差极限值法、对比分析法等数据分析方法,分析出隧道超挖的影响因素,计算因此造成的隧道混凝土超耗情况,从而得出隧道实际超挖与现行规范允许超挖的差距对混凝土超耗的影响程度,为隧道施工超挖控制提供借鉴。

西康高铁秦岭太兴山隧道凿岩台车钻爆试验研究

基于凿岩台车应用现状,针对采用凿岩台车钻孔爆破时平均线性超挖量大等问题,选取西康高速铁路(西安—安康)秦岭太兴山隧道左洞进口Ⅲ级围岩段(DK23+075—DK23+155)作为凿岩台车钻爆法试验段。首先针对周边孔外插角大和掏槽孔深度受限情况,将凿岩台车两侧机械臂长度由7.1 m缩短至6.1 m。然后制定了精准钻孔措施。基于与该隧道同等围岩级别地段手风钻钻孔爆破施工经验,经过现场3个循环的凿岩台车钻爆试验,确定掏槽形式为两级斜孔掏槽,把电子雷管起爆时间设置为导爆管雷管奇数段位的起爆时间,按照掏槽孔、辅助孔、内圈孔、周边孔和底板孔的顺序依次起爆。经实施,爆破施工进尺可达3.4~3.6 m,周边孔爆破后炮痕保留率90%以上,断面平均线性超挖量仅19.9 cm。与凿岩台车配套的药卷直径宜在40~45 mm取值。

钻爆法隧道下穿既有双连拱隧道施工技术研究

钻爆法隧道穿越新建既有双连拱隧道结构,下穿隧道为大跨度隧道,高度大、埋深较深,且在穿越既有隧道时,不能影响其安全运营和造成结构破坏,施工难度大、风险高。采用有限元软件Midas GTS NX对钻爆法隧道下穿既有隧道的变形和受力情况进行数值模拟计算,并研究了下穿施工前对上方隧道间地层采用大管棚和锚杆联合加固产生的效果。研究表明:未加固时,施工侧隧道结构的沉降要大于另一侧,呈现出“一峰二谷”变形形状,既有隧道上下部极易发生结构破坏。采用大管棚及锚杆联合加固,有效地转移了应力集中现象,降低了结构破坏风险,并且既有隧道沉降量仅为前者变化量的1/1.83,在控制标准以内。

C型开口聚能管爆破机理与隧道光爆优化效果研究

超欠挖是钻爆法隧道施工的常见问题,与光面爆破效果密切相关。为有效解决隧道掘进超欠挖及常规聚能管不利于光爆层岩体破碎的问题,以优化调节爆轰能量为思路,采用理论分析和数值模拟方法研究C型开口聚能管的裂岩机理。研究结果表明采用C型开口聚能管与采用常规聚能管和常规药包的光面爆破相比具有以下显著优势:1)聚能管开口能显著提高光爆层岩体应力,使光爆层岩体率先损伤,引导岩体充分破碎;2)开口的存在间接增大了聚能方向上的拉应力,裂纹沿聚能方向定向扩展,超欠挖控制效果良好;3)与常规聚能管相比,非聚能方向的岩体应力降低更多,裂纹拓展更少,这更易于保护开挖轮廓线外侧围岩;4)C型开口聚能管可提高周边孔孔距和光爆层厚度,有利于提高光面爆破的效果;C型开口聚能管与常规爆破相比,超挖量降低83%,欠挖量降低68%,半孔率更高且开挖轮廓更平整,并可在一定程度上降低钻孔量和炸药单耗。总体上,C型开口聚能管的应用有利于提高隧道钻爆法施工的效率和质量。

铁路隧道钻爆法与盾构法施工碳排放强度分析

采用全生命周期理论,建立铁路隧道工程物化阶段和运营维护阶段碳排放核算模型。对隧道全生命周期进行数据收集和清单整理,实现碳排放量核算。对铁路隧道施工中的钻爆法和盾构法进行生命周期碳排放强度比较,结果表明钻爆法施工碳排放强度为16 785 tCO_(2e)/km,盾构法施工碳排放强度为9 184 tCO_(2e)/km,为钻爆法施工的54.7%。进一步分析表明盾构法施工水泥、钢材等材料用量及化石能源消耗量远低于钻爆法施工,直接碳排放量和其他间接隐含碳排放较少。研究对降低铁路隧道工程碳排放、推动铁路行业低碳发展具有重要参考价值。

金山金矿掘进爆破参数优化及应用

针对金山金矿掘进爆破中存在的巷道超挖、进尺不达标和岩石过度破碎等问题,在-155 m中段进行了爆破漏斗试验,确定爆破参数范围,通过LS-DYNA数值模拟软件建立炮孔堵塞模型,根据不同延期时间的应力云图及全断面岩石损伤云图优化金山金矿的掘进爆破参数,最后进行现场试验验证全断面优化后爆破参数的普适性。结果表明:全断面优化后的掘进爆破参数能够满足矿山的生产要求,巷道断面平整,爆堆比较集中、岩石块度均匀,延期时间在100 ms以下能保证应力波的叠加,掘进爆破的平均炸药单耗从3.28 kg/m^(3)下降至2.92 kg/m^(3),降幅达12.3%;单位体积消耗雷管量从2.28发/m^(3)降为1.97发/m^(3),降幅15.4%。爆破效果较好,可在矿山推广应用。

基于DEMATEL与系统动力学的隧道施工数字孪生应用效益分析

为推演钻爆法隧道施工数字孪生的应用在成本、效率、质量、安全4方面的投入与效益,分析复杂因素及相互依赖关系,提出一种DEMATEL(决策试行与评价实验室)方法和系统动力学结合的方法,对各方面指标的依赖关系进行解构与建模。首先,确定17个系统动力学模型行为指标与绩效评价指标;其次,采用DEMATEL方法定量分析指标之间的依赖关系和传递作用,并基于综合关系矩阵构建系统动力学模型复因果循环图(causal loop diagram, CLD),以降低系统动力学模型构建的主观性;最后,基于CLD以及云南某隧道实际数据,构建考虑多因素的隧道施工数字孪生效益分析系统动力学模型。结果表明:当机械成本小于7%洞身工程总造价时,施工效率显著下降,传感器与机械投入近似线性提高各项绩效,而信息化投入超过0.9%总造价后存在边界效应。

不同堵塞条件下硬岩隧道直眼掏槽破岩效果数值模拟研究

为研究不同堵塞材料及堵塞长度对硬岩隧道直眼掏槽爆破效果的影响,依托工程实例,采用ANSYS/LS一DYNA仿真模拟软件建立三维数值模型,对5种不同堵塞条件展开研究。根据数值模型计算结果,对掏槽区域爆破裂纹拓展情况进行了定性分析,对典型部位的岩石受力情况进行了定量分析。结果表明:1)自由面岩石主要受拉应力作用产生裂纹,炮孔堵塞使得爆炸荷载整体作用时间延长,致使自由面上裂纹更加密集;2)位于炸药和堵塞材料之间空气段附近的围岩,先受爆炸应力波作用岩石被压碎,后受力在拉压应力之间多次转化,致使裂纹被放大,结合爆生气体发挥的“气楔”作用,使得裂纹几乎贯穿模型截面;3)炮孔堵塞后炸药段周围岩石受到的爆生气体作用应力值显著提升,比不堵塞时的炸药段周围岩石峰值应力高出1.31~2.34倍,炮孔堵塞使得爆生气体持续稳定发挥作用时的压应力值提高3.70~4.70倍;4)以黏土和水作为堵塞材料时,堵塞长度为40cm的直眼掏槽破岩效果优于堵塞长度为60cm的效果。研究成果可为优化硬岩隧道直眼掏槽爆破参数提供理论基础。

挖掘机用旋挖钻机伸缩臂的原理及使用

挖掘机用旋挖钻机,工作范围广,可以弥补传统旋挖钻机的局限,应用越来越广泛。然而在一些钻孔施工中,经常因不平衡加压导致钻头钻杆设备损坏,耽搁工程进度。考虑到伸缩臂减震性与灵活性的特点,对此问题提供很大的帮助。基于此,有必要将二者进行结构结合改良。该设备运行前要熟知使用规范,平时作业时应注重正确的使用方法和保养保护措施,以延长使用寿命。预计该设备在现实运用作业过程中,将会发挥极高的作业效率,具有重要的使用价值。

悬臂掘进机法在挤压性围岩隧道中的适应性研究——以木寨岭公路隧道为例

为探明悬臂掘进机法应用于挤压性围岩隧道的可行性与具体效果,以木寨岭公路隧道为依托,首先开展基于工程地质条件的悬臂掘进机法适用性分析;其次,结合工程实施条件,对悬臂掘进机进行选型,并设计2台阶悬臂掘进开挖方案;最后,依托工程试验段,重点从施工效能和实施效果2方面,开展2台阶悬臂掘进机法和3台阶钻爆法开挖的对比研究。研究结论如下:1)综合对岩石强度、开挖断面和工效3个因素进行分析,悬臂掘进机选型应重点考虑切割面积和切割功率。2)木寨岭公路隧道围岩按能否较好适应于悬臂掘进机法开挖,可划分为2类6种。3)对比3台阶钻爆法开挖的施工效能,2台阶悬臂掘进机法的施工进度提高20%,平均超挖减少150 mm,用工量减少5~10人,喷混凝土超耗量减少57%。4)对比3台阶钻爆法开挖的围岩位移、压力、拱架应力和锚索轴力,2台阶悬臂掘进机法中围岩压力减小0.01~0.11 MPa;围岩位移和拱架应力最终量值无明显变化,但分布更均匀、更快趋于恒值;锚索平均轴力增大39 kN。

中深孔爆破一次成井技术在会泽铅锌矿的研究与应用

天井施工在矿山生产过程中较为常见,其施工方法的适用性、科学性和稳定性直接影响着矿山安全高效生产和经营活动,传统的天井施工方法如普通法、爬罐法等存在施工周期长、成本高、安全性差等一系列问题,同时反井钻施工方法虽高效便捷,但其在较短距离天井的施工应用上设备转场工作量大且成本偏高,研究一种成本低廉、安全可控、效率偏高的天井施工技术尤为重要。本文采用中深孔爆破工艺进行短天井施工,通过理论计算和现场试验,对中深孔爆破凿岩、爆破等关键环节技术参数进行了深入研究和探讨。首先根据短距离天井的地质条件和施工要求,合理布置炮孔,确定爆破参数,而后根据前期理论成果进行现场爆破实验,观察爆破效果、收集数据并优化相关参数,最终形成稳定可控的短距离天井中深孔爆破一次成井技术成果,研究采用中深孔爆破一次成井技术,提高了短距离天井施工安全性、施工效率,同时有效降低工程成本,为类似矿山天井施工提供了宝贵的实践经验和理论指导。

巷道与断层破碎带间距对岩体稳定性影响分析

通过数值模拟分析了巨龙铜矿平行巷道掘进过程中,断层破碎带与巷道间距对钻爆法掘进巷道围岩稳定性的影响。建立了不同巷道与断层破碎带间距下数值模拟计算模型,分析了围岩位移场、应力场及塑性区变化规律。数值模拟结果表明:巷道与断层破碎带间距为1 m和4 m时,断层破碎带对巷道围岩稳定性影响较大,巷道边帮最大位移值为6.19 cm和1.13 cm;最大主应力集中在巷道左侧围岩内,右侧围岩应力较小;水平方向应力集中在围岩与断层破碎带交界处;断层破碎带内出现塑性变形。当巷道与断层破碎带间距为7 m和10 m时,断层破碎带对巷道围岩稳定性影响较小,最大主应力与水平方向应力沿巷道中线近似对称分布,断层破碎带内无塑性变形。

LD公路隧道开挖施工方案优化对比研究

LD改线公路隧道出口段,属于涉铁1km范围内,对隧道施工有严格要求,且天窗期严重影响施工进度,因此该施工段不宜采用爆破施工,现场采用徐工XTR6/280悬臂掘进机进行隧道开挖.调研国内外铣挖施工研究成果,并依托LD隧道铣挖法施工现场测试试验,得到适合LD隧道铣挖法施工的地质条件,并通过松动圈试验、初支结构受力试验以及数值分析对比相同地质下悬臂掘进机施工与爆破法施工对围岩扰动的影响.实验结果表明,当LD隧道的地质条件为岩石抗压强度小于40 MPa、岩体完整系数小于0.2、岩石质量指标RQD小于20%、岩体体积节理数大于30条/m^(3)、地下水不(弱)发育时,悬臂掘进机掘进速率高于爆破法施工,且悬臂掘进机施工对围岩的扰动远小于爆破法施工.引水隧道与LD改线公路隧道地质情况相似,可为引水隧洞涉铁部分及相似工程提供参考依据.

钻爆法隧道上台阶爆破炮孔装药量精细计算方法

目前隧道钻爆法施工技术日趋成熟,但炮孔装药量的精细计算仍缺乏可靠的经验或理论公式。基于利文斯顿爆破漏斗理论,考虑隧道上台阶爆破方案设计中的炮孔孔距、排距和倾角等因素,提出了倾斜与垂直炮孔负担爆破岩石体积的计算方法。考虑岩石坚固性系数、爆生临空面方向等因素的影响,建立了炸药单耗优化计算方法。最后,基于炮孔装药量经验体积计算公式,提出了隧道上台阶爆破炮孔装药量精细计算的方法。依托临沂至滕州高速公路寨山隧道开挖试验段,验证了炮孔装药量计算方法的可靠性,研究成果对指导隧道精细爆破具有重要意义。