硬岩引水隧洞掘进爆破参数研究

为探究不同岩性时引水隧洞爆破合理的延迟时间和最小抵抗线,以瓯江引水工程三标段隧洞爆破工程为背景,依据理论公式分析了隧洞爆破的合理延时;通过ANSYS数值模拟软件建立不同最小抵抗线的计算模型,对不同工况下岩体内有效应力、裂纹扩展情况进行对比分析。结果表明,对于花岗岩和凝灰岩,随着最小抵抗线增大,对应的延时也增大,有效应力作用呈衰减态势,裂纹扩展逐渐分散;根据优化结果以3m的炮孔深度为例,花岗岩和凝灰岩下掏槽孔与辅助孔、崩落孔间、崩落孔与周边孔的延时分别取80ms,50ms,30ms和90ms,50ms,40ms,最小抵抗线为600mm~650mm,经现场试验表明爆落岩石块度均匀、易于装运,断面轮廓成型规整,炮孔利用率达到91%,光爆效果良好、与研究结果吻合。

周边孔外插角对隧道光面爆破效果的影响

建立孔间距与外插角的关系式,分别对周边孔外插角为定值(3°)和周边孔外插角为不定值(在3°、4°、5°随机选取)两种工况隧道爆破过程进行模拟分析。结果表明:外插角变化会改变周边孔之间的空间位置关系,影响爆破应力波的分布;两种工况周边孔爆破应力波衰减速度均随距离增大由快变慢;外插角不一致时,周边孔保护侧岩体中爆破应力波在多个部位叠加增强,沿隧道开挖轮廓爆破应力不均匀分布,导致更多部位超挖,不利于形成光滑平整的隧道开挖轮廓。因此,工程实践中须要严格控制外插角。

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。

综采工作面含煤线硬岩弱化技术研究

针对综采工作面硬岩破岩效率低、采煤机截齿消耗大的问题,根据硬岩含煤线的特征,提出龟裂爆破的方式破碎硬岩,提高炮孔深度,同时保证工作面设施设备安全,实现了进尺2.4 m/d。通过理论计算、现场实验和数值模拟,研究龟裂爆破炮孔布置、槽腔体积的计算方法以及扩槽孔布置方式。研究表明:掏槽孔布置在不同厚度煤线当中,槽腔面积较布置在硬岩当中可以增大0.5~4.4倍;当炮孔布置在煤线中部,槽腔面积在煤线厚度为50 cm时达到峰值;当煤线厚度大于50 cm时,掏槽孔距离单侧煤岩交界面在25 cm处掏槽效果最佳;结合掏槽效果给出了扩槽孔布置参数,数值模拟结果与现场试验槽腔面积吻合程度高,对于煤矿综采工作面硬岩安全高效弱化具有一定的参考意义。

考虑地应力与先爆孔损伤的光面爆破数值模拟

为了研究先爆孔损伤与地应力对不同埋深条件下岩石光面爆破损伤演化规律的影响,首先采用二维数值模拟确定了RHT模型适用于光面爆破的损伤阈值为0.5,然后建立三维模型,采用ANSYS-DYNA隐式-显式序列求解法对模型施加地应力,通过等效刚度折减模拟先爆孔损伤,探究了岩石损伤在空间中的分布规律。结果表明:地应力的存在对深部岩石的爆破损伤有抑制作用,且这种抑制作用会随埋深的增加而愈发明显;先爆孔爆破对岩石造成的损伤对后续光爆孔破岩有促进作用;不同埋深下进行光爆作业时最佳光爆层厚度及光爆孔间距均不一样,当同时考虑先爆孔损伤与地应力影响时,埋深较小时二者取值可适当增加,埋深较大时二者取值应随埋深的增加而相应减小。

秦岭马白山隧道硬岩段光面爆破参数优化

光面爆破是硬岩隧道开挖的主要施工方法,由于破岩机理复杂,若爆破参数设计不合理,易导致硬岩隧道光面爆破成型控制较困难。西十高铁秦岭马白山隧道围岩以燕山期花岗岩为主,Ⅱ、Ⅲ级围岩占隧道全线70%以上。以该隧道工程为研究背景,针对原方案爆破后存在的隧道超欠挖、二次爆破施工等问题,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对光面爆破成型控制进行数值模拟,分析硬岩隧道爆破应力波传播规律及围岩损伤情况,揭示爆破扰动下硬岩应力演化特征及变形破坏规律,提出光面爆破参数优化措施,有效改善爆破效果。该研究成果可为硬岩隧道全断面光面爆破开挖参数设计与施工提供借鉴。

公路边坡硬岩静态爆破数值模拟研究

边坡硬岩开挖工程中,静态爆破是最常用的破岩方法之一。结合G344东灵线栾川秋扒至三川皮皮岭段边坡开挖工程,采用了液压劈裂棒破岩方法。首先进行了岩石静力学试验,获取岩石基本物理与力学参数。利用LS-DYNA软件建立数值模型,优化劈裂棒布孔参数。最后,研究了预制节理条件下的静态裂纹扩展规律,充分考虑了节理数量、长度、位置和厚度对岩体破坏的影响。数值结果表明:完整岩体静态爆破时,最佳孔间距为90cm。预制节理条件下,岩体破坏更加容易,破碎程度更高。节理厚度对于岩石劈裂的影响不明显,而节理数量的增加显著增强了岩体的破碎效果。节理长度和节理位置的改变,影响了致裂孔产生裂纹的模式,增强了裂纹扩展的长度。

全断面光面爆破技术在坚硬岩巷掘进中的应用

为了保证在矿山巷道开挖过程中,最大限度地减少对围岩的破坏,提高爆破效率,采用全断面光面爆破技术。针对巷道断面面积较大且岩层坚硬等情况,对爆破方案、复合掏槽方式和单螺旋形掏槽方式、爆破参数和炮孔布置等进行了精心的设计。掏槽形式为单螺旋形掏槽方式,平均孔深2 m,炮孔数72个。结果表明,平均循环进尺达到1.7 m,炮孔利用率大于85%,提高了巷道的掘进速度和成巷质量。现场应用取得了良好的爆破效果,确保了会理县兴隆矿业矿山巷道全断面开挖的成功。

中深孔光爆技术在硬岩倾斜巷道掘进中的应用

根据桃园煤矿Ⅱ1回风上山的巷道条件和施工条件,通过理论计算和前期工程经验优化了中深孔光面爆破的参数,使循环进尺增加到1.81 m,炮眼利用率提高到90.5%,光面爆破效果大幅改善,巷道成型质量明显提高。

坚硬岩石巷道中深孔爆破技术的应用

中深孔爆破,可提高单循环进尺,更充分利用工时,减少辅助作业时间;可充分利用设备潜能,提高劳动生产率;可大量节省爆破器材和钎具消耗,从而加快巷道掘进速度和获得较大的经济效应,岩巷进度从原来的60 m/M提高到120 m/M,对岩巷进尺可以推广应用。

菱形楔形混合掏槽爆破的数值模拟研究与应用

为了提高隧道在坚硬岩石条件下深孔爆破的掘进效率,首先提出了菱形楔形混合掏槽技术,计算了掏槽爆破技术参数;然后采用数值模拟研究了混合掏槽的爆破成腔过程及应力波的传播规律,实现了槽腔过程的可视化,并提取了关键部位的有效应力峰值;最后进行了现场应用试验。研究表明:该掏槽方式形成了多级多段掏槽,增加了爆炸应力波对坚硬岩体拉伸压缩破坏的次数,有利于破碎坚硬岩石;菱形掏槽炮孔侧面单元的有效应力峰值上下波动小,能量分布平均,能减弱炮孔过长引起的岩石夹制作用,形成稳定成型的槽腔;经测试,平均炮孔利用率达到了94%,验证了菱形楔形混合掏槽爆破参数的合理性。

深埋硬岩特长隧道快速掘进技术研究

对于深埋硬岩隧道,快速掘进技术的运用能够有效缩短工期,从而带来极高的经济效益。选择合理的爆破进尺以减少对围岩的损害是保证快速掘进的前提,同时配合高效的施工方式才能实现快速掘进。采用数值模拟方式,以虹梯关隧道为例,通过松动圈厚度及变形量大小对3,3.5,4,5 m各爆破进尺下围岩的稳定性进行评价,得出快速掘进的理论爆破进尺并应用于工程实际。在理论研究的基础上结合现场施工组织提出深埋硬岩隧道的快速掘进的合理进尺,即Ⅱ级围岩可采用3.5~4 m爆破进尺。

硬岩斜巷中深孔光爆技术研究与应用

为了提高硬岩倾斜巷道的掘进速度和成形质量,研究了中深孔光爆技术;优化了中深孔光爆参数,使炮眼平均深度比工程前期提高0.3m,并在桃园煤矿Ⅱ1人行上山掘进施工中进行了应用,结果表明,斜巷掘进平均循环进尺比工程前期提高0.505m;炮眼平均利用率达89%,比工程前期提高14%;"底高"现象基本消失,加快了工程进度。

分部楔形掏槽在硬质岩石隧洞开挖中的应用

为了解决乌干达卡鲁玛尾水隧洞10#施工支洞钻孔利用率低、进度滞后、光爆效果差等问题,组织爆破工程技术人员深入施工现场,对现有爆破方案进行优化,提出了"分部楔形掏槽"的概念。并与水平V形掌子面相结合,成功的将硬岩开挖爆破钻孔利用率从79.4%提高到98.5%以上;将平均单循环进尺从2.62m提高到3.25m,有效加快了开挖进度、降低了炸药、雷管单耗;通过调整光爆参数、装药结构,将光面爆破半孔率提高到90%以上。

综采工作面过断层深孔预裂爆破技术应用研究

为解决辛安矿907工作面开切孔揭露坚硬全岩断层导致采煤机截割困难的问题,采用深孔预裂爆破理论,分析了爆炸荷载对断层的破坏作用,并设计了钻孔直径、钻孔深度、装药量、封孔长度和安全振动控制等爆破参数。运用LS-DYNA软件,开展断层爆破参数数值模拟,计算结果显示,炸药爆炸作用的有效范围约为7 m×22 m×2.7 m,在作用区域内应力叠加的作用下,产生远大于岩石的动态抗拉强度的应力,使岩体破碎。根据模拟结果优化爆破参数,并进行现场试验。试验效果表明,爆破后钻孔壁产生了不同长度和宽度的裂缝,形成了裂缝集中区域,基本达到了深孔预裂爆破破碎岩石的目的。采用深孔预裂爆破技术过断层有效地改善了采煤机作业环境,减少了50%的采煤机截齿消耗。

硬岩竖井爆破损伤区探测及衬砌荷载

为研究硬岩竖井受爆破开挖扰动的影响,依托米仓山公路隧道竖井工程,采用RSM-RCT(B)测试系统探测竖井爆破损伤区范围为1.1~1.4 m,并利用残余地质强度指标标定损伤区力学参数,将其纳入收敛约束法和数值分析中,以评估损伤区对竖井围岩及衬砌荷载的影响。研究结果表明,在硬岩竖井中开挖爆破是造成岩体损伤区的关键因素,地应力方向和大小对硬岩损伤区分布基本无影响。分析结果表明,爆破损伤区导致围岩变形增大,从而使得衬砌荷载增加,最大剪应力出现在损伤区与未破坏岩体之间的交界处,大小为16 MPa,同时靠近该位置的衬砌荷载也会变大,较深竖井可采用分区段支护,降低投资成本。研究结果可为硬岩竖井开挖荷载计算及设计优化提供一定参考。

刘店煤矿坚硬岩石巷道中深孔爆破技术

为了提高刘店煤矿岩巷掘进速度和成型质量,根据北翼东回风大巷的现场巷道条件和施工条件,在坚硬的岩石中进行了中深孔光面爆破的应用试验,对掏槽爆破和光面爆破等技术方案以及爆破参数等进行了分析。结果发现:与试验前相比,巷道掘进平均单循环进尺增加了0.24 m;平均炮眼利用率提高了7.7%;炸药量和雷管单耗分别降低了0.51 kg/m3和0.44发/m3;光面爆破效果大幅改善,巷道成型质量明显提高。

基于TRIZ理论的厚硬顶板巷道围岩卸压技术及应用

针对厚硬顶板极难破碎垮落,形成的长悬臂梁挤压巷道造成围岩变形破坏的难题,以曹家滩煤矿典型工作面为工程背景开展研究。利用TRIZ理论进行了系统分析,通过因果关系法确定了造成巷道围岩变形的原因,并采用空间分离原理分离采空区顶板与巷道顶板,结合预先作用法“软”化采空区顶板,以达到厚硬顶板及时垮落充填的目的。基于TRIZ理论的思想,提出了一种“定向聚能爆破+非定向加强爆破”组合爆破技术。通过理论分析确定了组合爆破关键参数,并采用数值模拟进行了分析验证。在此基础上,进行了组合爆破方案设计。最后,开展了现场工程试验。现场应用效果表明:采用组合爆破技术后,巷道围岩变形破坏问题得到有效解决。

对称双线性起爆技术在工程爆破中的应用

在爆轰波碰撞和炸药与岩石匹配准则的基础上,提出对称双线性起爆技术,以提高炸药的能量利用率,降低岩石大块率。应用有限元软件中的流固耦合算法,分别对雷管和对称双线性起爆技术下的爆轰波传播和岩石破裂过程进行数值计算,得出采用对称双线性起爆时其中心线上的最大爆压比雷管增加2倍以上。同时,对称双线性起爆技术的岩石首先在中心线上发生大直径的破裂,而雷管起爆时,岩石则以垂直于炮孔壁的方向往四周扩展。将对称双线性起爆技术应用于实际工程,避免了爆破根底,降低了岩石大块率,无需二次破碎,为解决坚硬岩石爆破开挖提供了一种有效的技术手段。

深孔光面爆破技术在大断面硬岩巷道中的应用研究

根据现场岩石性质和使用的钻爆器材,通过采用混合掏槽爆破技术,增大掏槽眼装药量,以增加掏槽爆破能量,提高了掏槽爆破效率。周边眼采用水垫层装药结构,保证了巷道成型良好。试验研究结果表明:在循环作业时间基本保持不变的情况下,月进尺由试验前的80m提高到100m左右,爆破器材消耗明显降低。试验研究实现了安全、快速、高效施工的预期目标,对类似性质岩巷的掘进施工具有参考价值。