基于Aegis的无底柱分段崩落法中深孔爆破过程模拟与应用

无底柱分段崩落法因其回采效率高、结构简单、安全性高等优势被广泛应用于地下金属矿开采,其落矿方式常采用中深孔爆破。针对传统无底柱分段崩落法中深孔爆破设计过程繁琐、模拟效果不够直观等问题,开展了基于爆破设计与分析软件Aegis的中深孔爆破过程模拟与应用研究。首先介绍了该软件的模块构成和功能,并梳理和总结了模拟分析流程;其次研究了利用模型边界限制爆破空间以及利用爆炸能量的交错状态校验孔网参数的两项关键技术;最后基于该软件对某地下矿山无底柱分段崩落法中深孔爆破进行了数值模拟。研究结果表明:单排炮孔内爆炸能量集中且充盈了整个爆腔,连续耦合的装药结构以及0.3 kg/t的炸药单耗设计较为合理;临排炮孔间爆腔壁呈相切的状态,可能存在排间能量不足以完全破碎岩体的情况,2.2 m的炮孔排距稍大;预测的多条进路爆破块度质量分布结果均出现大块占比偏高的情况,与现场的工程实践结果一致,并以其中一次爆破后的爆堆照片为例进行说明,其大块率达到了18.03%。结合Aegis软件的模拟结果,分析炮孔排距偏大可能是导致大块率偏高的主要原因。此外还对实验分段的6个开采进路进行了12次爆破试验并加以模拟验证,得到了基本一致的爆破块度质量占比结果,有效佐证了该软件的现场应用效能。

切割井中深孔孔内分段爆破一次成井数值模拟

为分析中深孔孔内分段爆破一次成井的爆破效果,采用ANSYS/LS-DYNA有限元数值模拟软件,对孔内分段装药和不分段装药2种不同装药结构下中深孔爆破切割井处应力变化、损伤区域进行模拟计算研究。结果表明:孔内分段装药爆破时切割井中部两侧应力更集中,炸药爆炸产生的应力波更多的作用于炮孔顶部岩石处,使其受到的应力更大;分段装药时炮孔下层炸药首先起爆为上层炸药爆炸创造了良好的自由面,炸药爆炸产生的能量更多作用于岩石两侧及顶部,导致其损伤区域高度更高,模型底部产生的裂纹较密集,并且模型外侧边界处裂纹衍生的数量以及裂纹宽度和长度明显较高,证明孔内分段装药对切割井爆破一次成井具有更优的效果。最后,应用此方案在矿山现场成功施工1条高度为13.2 m、断面为2.1 m×2.2 m的切割天井,表明该方案具有较好的工程意义和推广价值。

破碎矿体中深孔爆破一次成井技术

中关铁矿采场切割井施工原采用人工掘进等传统方法,但该法存在安全系数较低、作业场所环境差、劳动强度大且效率低等诸多弊端。随着采矿工艺技术的发展和提高,爆破一次成井法因安全性高、成井速度快、效率较高且经济实用逐渐被广泛应用。为提高中关铁矿切割井施工效率并降低掘进成本,根据中关铁矿实际情况,制定了中深孔爆破一次成井方案。通过研究中深孔掏槽爆破机理,确保爆破过程中有足够的补偿空间;装药孔和空孔呈交叉“正方形”布置,共23个,其中,13个装药孔,10个空孔,对不同类型的孔设置孔径和延期时间,并通过补偿系数的计算验证布孔方式的合理性;同时根据巷道爆破危害管理规定,确定了最佳爆破药量,最终实现了切割井爆破一次成井。现场实际应用表明,中深孔爆破一次成井技术在中关铁矿具有很好的适用性,提高了切割井成井速度和质量,减少了施工安全隐患,保证了矿山安全生产,同时为类似的切割井爆破工程提供了借鉴。

基于客观赋权物元分析的中深孔采场采空区稳定性研究

针对中深孔采矿采空区稳定性评价中随机性、动态性等问题,提出了一种基于改进熵权法与物元分析法的中深孔采场采空区稳定性评价方法。综合考虑了环境、地质及工程三个方面,选取了最大地应力等14个评价指标,利用改进熵权法对评价指标进行客观赋权,构建了客观赋权物元分析模型,制定了一套中深孔采场空区稳定性分级标准。以毛坪铅锌矿河西区H8矿体为研究对象,对沿矿体走向布置的中深孔采场采空区进行稳定性评价。采用数值模拟手段反演了中深孔采矿、充填过程,分析了中深孔采矿后采空区围岩的应力、塑性区以及位移结果,对比验证了中深孔采场采空区稳定性评价方法的可行性。结果表明,毛坪铅锌矿河西区H8矿体中深孔采场空区级别变量特征值为2.27,即B(较稳定)等级,结合现场设备能力及矿体形态,可进一步开展采场结构参数优化工业试验。该模型克服了评价指标权重分析主观性,结果准确,可指导中深孔采场结构参数选定及优化,保障中深孔采场安全高效回采,同时为类似地下矿山中深孔开采技术应用提供理论支撑。

地下中深孔爆破的最佳减振延期时间研究

以地下铁矿扇形中深孔爆破为研究对象,对实际采集的爆破振动波进行全波段的频率分析,在Matlab拟合叠加分析的基础上,提出了以高频次子周期对应的半周期为最佳延期时间的方法,并进行了数值模拟与现场验证。研究表明:将爆破振动波主频对应的半周期进行错相相减,减振效果并不明显,甚至有振动增强的现象;孔间最佳延期时间主要与爆破振动波有效波段内所包含的高频次子周期相关。以高频次子周期确定延期时间准确性更高。多次叠加减振强度的大小仍与高频次子周期相关。只是在低叠加次数条件下,两者之间的敏感性不高,次高频次子周期也可以起到一定的降振效果。但是,随着叠加次数的增加,两者之间的关联性不断增强,故只有高频次子周期才有良好的连续叠加减振效果。

深部急倾斜薄矿体中深孔爆破夹制力量化分析

在深部急倾斜薄矿体中深孔爆破过程中,由于围岩的夹制力作用,在生产实践过程中往往存在“爆不开”或“爆太开”的情况,从而导致采矿损失贫化大等问题。针对某矿山的开采技术条件,基于PFC 2D数值模拟软件对深部急倾斜中深孔爆破过程进行数值模拟,量化分析深部急倾斜薄矿体中深孔爆破过程中有无围岩夹制力对爆破效果的影响,确定炮孔直径为65 mm,排距(抵抗线)为1.6 m。现场应用表明:爆破后效果良好,大块率较低,矿石贫化率为15%,采矿损失率为5%,炸药单耗为0.6 kg/t,数值模拟结果与现场爆破效果相近,相应的爆破参数可指导现场生产。

充填体下高分段中深孔采场一次成槽技术研究与应用

目的:下向高分段中深孔充填采矿法,作为一种新型采矿技术,主要适用于岩体质量一般至极差的矿体或深部高应力环境中的坚硬矿体开采。其关键技术在于如何快速构建切割槽,为爆破创造自由面和补偿空间。本研究旨在研发一种安全、高效的成槽技术,以提高深部厚大破碎矿体的开采效率。方法:本文提出了“分次成井+单次侧向爆破”的切割槽形成方法。为验证该技术方案的可行性,以三山岛金矿为工程依托矿山,结合数值模拟、理论计算方法,开展了现场工业试验。结果:研究表明,在深部矿岩不稳固且采用充填体构筑人工假顶的情况下,该方法能安全、高效地构建切割槽。结论:该方法不仅显著提升了凿岩爆破的安全性和效率,同时减少了爆破扰动,具有良好的爆破效果和广泛的适应性,为类似矿山切割槽的形成提供了重要借鉴。

爆破掘进在煤矿岩巷中的参数优化及试验研究

鉴于某煤矿60采区0420工作面掘进工程中存在人工效率慢的缺点,同时为了解决掘进难度高和不合理的爆破方式,基于BP神经网络设计,优化爆破参数,建立模型结构,进行现场试验,结果表明:工作面爆破开挖后,巷道成形基本保持完整,少数局部有超挖现象,数值都控制在100 mm以内,提高了掘进效率,保证了爆破效果。

中深孔采矿技术在铜矿峪矿中的运用研究

相比于露天铜矿的开采,地下铜矿的开采困难,需要大量的采矿技术和设备,因此,为了保证铜矿的生产和建设的安全,需要使用专业的先进的采矿方法。当前,中深孔采矿技术在矿山地下资源开发中具有更显著的应用前景,本文就中深孔采矿技术在铜矿峪矿的应用做了较详细的论述,对推动我国铜矿业的发展起到积极作用。

某钨矿中直径深孔采矿工艺试验采场爆破参数研究

某钨矿为合理确定中直径深孔采矿法爆破参数,基于爆破漏斗理论和爆破相似理论,依次进行单孔、多孔同段和斜面台阶现场爆破漏斗试验,得出最佳爆破漏斗半径为0.66 m、最佳孔间距为1.0~1.2 m、最小抵抗线为0.9~1.19 m,推荐中直径深孔爆破参数为排距2.4 m、孔底距2.5~3.0 m、装药密度4.9 kg/m。采用推荐的爆破参数开展中直径深孔采矿工业试验,得出中直径深孔试验采场较原采矿法炸药单耗降低18%,采矿成本降低21%。表明爆破漏斗试验和深孔采矿工业试验是成功的,采用浅孔爆破漏斗试验法确定中直径深孔爆破参数是合理的,可为其他矿山爆破工艺参数优化研究提供借鉴。

中深孔一次爆破成井悬顶爆破处理技术研究

随着井下作业设备大型化、机械化的推进,普通法施工天井工艺将逐步被中深孔一次爆破成井工艺所淘汰,由于地质条件的多变性、中深孔凿岩偏斜率难以控制等问题,中深孔一次爆破成井偶尔会出现顶部未爆出而悬顶现象。为安全处理该问题,马坑铁矿运用药室爆破原理分析,确定合理的装药量,并经实际应用后,成功解决中深孔一次爆破成井悬顶问题,该处理方式解决井下天井悬顶处理难度大的问题,保证了矿山生产安全及稳定。

智能采掘装备在阶段空场嗣后充填法中的应用

随着国民经济建设的快速发展,地下矿产资源需求量不断增大,金、银、铜、铁等战略性矿产资源是国民经济的基础。为满足国家工业生产需求,需要提升地下矿山的开采效率,由于阶段空场嗣后充填采矿法便于实现机械化开采,在我国地下矿山得到了日益广泛的应用,但目前阶段其仍然存在关键环节和重点部位用人多、智能化程度较低、安全风险高等问题,如何实现安全、智能、绿色、高效开采是亟需解决的问题。本文详细介绍了采准、切割、回采三个环节智能采掘装备的特点及应用,提出了阶段空场嗣后充填采矿法的智能采掘方案,并已将该技术成功应用于矿山实际生产,实现了凿岩穿孔智能化、天井掘进无人化,对推动我国智能矿山建设提供了重要的技术装备支撑。

基于数码电子雷管的岩巷中深孔–孔内分段爆破破岩机制及应用

岩巷掘进中“速度的关键在掏槽”,针对目前掏槽爆破中破碎岩石难以抛掷、单循环进尺小、大块率高等问题,提出了中深孔–孔内分段爆破技术.采用数学建模,推导了中深孔–孔内分段爆破岩石抛掷所受的动、阻力公式;利用LS-DYNA进行数值模拟,分析了中深孔–孔内分段爆破应力波的传播规律,并比较了不同分段比例下有效应力变化情况;将中深孔–孔内分段爆破应用于现场,对比了单循环进尺、炮孔利用率、孔痕率及大块率等爆破效果指标.结果表明,中深孔–孔内分段爆破岩石抛掷所受的阻力比普通楔形掏槽爆破的阻力小,动力作用时间短,能量损失少,更易爆破成腔.提出了能够使破碎岩石完全抛掷出腔的措施,并初步确定孔内分段的最优比例为0.6.中深孔–孔内分段爆破增加了单循环进尺,提高了工作效率,具有良好的经济社会效益.

切割拉槽中深孔孔内分段爆破数值模拟

针对大冶铁矿切割井上部难以施工至设计高度从而影响立槽高度问题,考虑在切割巷的拉槽中深孔采用孔内分段爆破方案,以使得切割立槽高度达到设计高度,并解决悬顶的安全问题。为分析切割拉槽中深孔孔内分段爆破效果,基于ANSYS/LS-DYNA有限元数值模拟软件,对孔内分段装药和不分段装药两种不同装药结构下中深孔爆破切割立槽处应力变化、损伤区域进行模拟计算研究。结果表明:越靠近模型中部,应力波的叠加作用越强,其有效应力更加集中,所产生的损伤破碎面积更大。在矽卡岩区域内,两种不同装药结构的爆破方式在切割立槽处产生的有效应力大小高于矽卡岩的破坏强度,均能在切割立槽处造成较大面积的损伤破碎。在磁铁矿区域内,分段装药爆破后产生的爆破高度更高,在切割立槽处所产生的有效应力更大,产生的破碎面积更广。结合大冶铁矿现场实际爆破试验,孔内分段爆破后可顺利将悬顶安全处理,使得切割立槽达到设计高度,解决了后期施工生产的难题。

基于模糊物元模型的中深孔爆破布孔优化研究

针对目前单一爆破布孔参数优化方法的主观性带来的误差或不合理等问题,提出了一种基于模糊物元模型与数值模拟相结合的中深孔爆破布孔参数优化综合评价方法。根据某矿实际条件确定出不同中深孔爆破布孔优化方案,利用ANSYS/LS-DYNA模拟研究了不同方案的岩石爆破效果,分析其爆炸应力波与爆炸裂纹的扩展规律;结合数值模拟结果,采用模糊物元模型对爆破方案进行优选,最终确定平均有效应力峰值、大块比例、粉矿比例、钻孔量、装药量、进路顶板拉应力6个评价指标,优选结果表明:扇形炮孔数目为9孔时,关联度最大,为0.746,该方案爆破效果最佳。

断层影响下中深孔采场围岩不连续变形特征及稳定性评价

断层作为典型的不良地质结构对工程岩体的稳定性具有显著影响。以山东省某矿山典型倾斜中厚破碎矿体为背景,采用数值模拟手段,开展断层影响下中深孔采场围岩稳定性分析。针对该矿山断层、构造分布的多样性特征,选取断层倾角、断层厚度以及断层与中深孔采场的相对位置关系为影响因素进行计算分析。数值计算结果表明:由于断层的存在,在断层与中深孔采场之间的围岩变形量、围岩变形影响范围以及损伤破坏区范围均不同程度增大,同时断层表现出明显的阻隔效应,断层上盘围岩的位移、应力和损伤程度显著降低。随着矿体上盘断层倾角增加,采场围岩位移量、变形范围和损伤破坏区深度先减小后增大,当断层倾角为54°时,采场围岩破坏区范围最小,破坏区深度仅为0.05 m;随着矿体上盘断层厚度的增加,采场围岩位移量、变形范围以及损伤破坏区深度呈线性增长,当断层厚度为2.5 m时,其破坏区深度达到1.16 m。对比断层与中深孔采场相对位置关系对围岩稳定性的影响可知,当断层距离中深孔采场超过10 m时,断层不再对采场围岩稳定性产生影响。

中深孔爆破技术在废弃矿山生态修复工程中的应用——以华峰矿为例

随着习近平生态文明思想的不断深化,市场化方式推进废弃矿山生态修复的力度持续加大,开放式的废弃矿山生态修复模式已初步形成,多元化的生态修复手段相结合已成趋势。本文以青阳县华峰矿废弃矿山生态修复为例,论述了分段爆破、爆破孔布置、预留保护层、爆破参数设计等中深孔爆破施工要点,并针对爆破前、爆破中以及爆破后可能产生的安全隐患提出防治措施。

无底柱梯段空场嗣后废石胶结充填采矿法在云南大屯锡矿的应用

大屯锡矿矿权范围内存在有大量的急倾斜薄脉状矿体。之前对该类型矿体的回收采用的是进路式下向充填采矿法,但由于矿体的开采技术条件所限,导致矿体的贫化在40%左右以及上下进路的混凝土充填体存在顺层的情况,不仅经济性较低,安全风险也较大,为降低安全风险,不得不施工大量的措施工程,从而导致成本进一步增加。对此,大屯锡矿引进并改良了无底柱梯段空场嗣后废石胶结充填采矿法,通过五次工业试验,发现该方法具有安全性好、出矿能力大、成本低等优点。

“双碳”目标下倾斜厚矿体切割槽的优化设计与施工

碳达峰和碳中和目标是我国党中央、国务院统筹国际国内大局作出的重大战略决策。矿产资源开发作为我国碳排放的重大行业,应当主动承担起在“双碳”目标下的主要责任。矿体开采过程中,切割槽的优化与布设是安全、高效回采倾斜厚矿体的关键所在。拉槽质量直接影响落矿效果和矿石回收率及矿石贫化率指标。在分段采矿的底部结构拉槽时,传统拉槽工艺容易造成切割巷出矿口眉线严重破坏,致使采空区内大量残存矿石无法回收,进而降低矿石回收率。倾斜矿体采用竖直切割槽开槽时,废石混入率、矿石贫化率高。为提高矿石回收率以满足“双碳”目标,在冀东某铁矿分段嗣后充填采矿法中,对切割槽施工工艺进行了优化,在上盘切割巷内的切割斜井两侧确定拉槽空间,通过中深孔落矿的方式以切割井为自由面向矿房两侧边界逐排爆破拉槽,工程实践表明,通过切割槽的优化,矿石回采率提高了7.73个百分点,矿石贫化率降低了2.52个百分点,切割拉槽效果良好。此方法对于相似矿山具有一定借鉴意义。

白象山铁矿采矿方法优化研究

白象山铁矿采用进路法和段高11 m的中深孔采矿,需要较多的工作面同时施工,才能完成任务,存在采区通风较为困难、生产安全管理难度较大等问题。通过查阅相关论文及对地质条件研究,对于较稳定的厚大矿体,一步骤采场采用高效的中深孔采矿,切槽利用挤压爆破技术,凿岩巷、出矿巷断面变小,施工强度小;优化矿块设计参数,增加矿块个数和矿块生产能力,减少工作面的个数,降低支护费用,提高出矸效率,经济效率明显提高,具有很高的推广价值。