基于RHT本构模型的连续装药预裂爆破孔距优化研究

为解决北衙金矿在使用预裂爆破技术时整体爆破效果不佳的问题,基于RHT损伤本构模型,利用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件,开展了不同孔距下预裂爆破的数值模拟研究。结果表明:当预裂孔炮孔间距为120 cm时,孔间裂纹存在较为明显的分叉,且裂纹扩展范围较大;当炮孔间距为130 cm时,裂纹向四周扩展的范围减小,且炮孔周围岩石的损伤程度明显降低;当炮孔间距增加至140 cm时,相邻预裂孔连线上的裂纹仅在局部连通,无法实现孔间贯穿。上述结果说明,130 cm的炮孔间距在降低预裂爆破自身对岩体的扰动与实现有效爆破成缝之间达到了平衡。基于数值模拟试验结果开展了现场试验,爆破效果良好。研究结果可为矿山的预裂爆破设计和施工提供参考。

白云鄂博西矿24 m高台阶靠帮预裂爆破技术研究

为了确定24 m高台阶预裂爆破技术的关键参数,以白云鄂博西矿靠帮高台阶为工程背景,采用ANSYS/LS-DYNA3D软件建立了高台阶预裂爆破模型,确定了预裂炮孔间距,研究了不耦合系数对预裂爆破形成贯通缝的影响,并通过现场试验验证了预裂爆破设计参数的可行性。结果表明:当炮孔间距为1.5 m时,岩体内部可以形成完整的贯通缝,进一步形成完整的预裂面;当不耦合系数K=3.0时,预裂爆破效果较好;采用设计参数的预裂爆破能够在高台阶处实现一次爆破成帮。

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。

多炮孔岩体等离子体爆破定向致裂机理研究

为了研究等离子爆破技术结合切缝管和预切槽技术的定向致裂效果,开展等离子体电脉冲定向致裂试验,探究不同切缝管切缝形状和不同预切槽间距下等离子体爆破定向致裂机理和定向断裂效果,对比分析不同定向形式作用下等离子体爆破岩石定向断裂贯通效果.结果表明,与正楔形切缝管和平切形切缝管相比,切缝管岩石试件中倒楔形结构中产生的应力峰值最大,聚能效果最显著,其定向贯通岩石效果更显著.预切槽岩石的电爆聚能致裂效果随着钻孔切槽间距的增加而减小.切槽间距为40 mm时,预切槽岩石试件等离子体电脉冲的聚能效果优异,产生定向裂纹的效果明显优于切槽间距为50 mm和60 mm的预切槽岩石试件.同时,预切槽定向形式的等离子体爆破定向致裂效果相对于切缝管定向致裂效果更为显著.

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。

基于VMD-HHT的井下预裂爆破振动效应分析

云南玉溪大红山铜矿现有采矿方法为分段空场嗣后充填法,采用大爆破工艺,由于一次爆破的药量过大导致对保留岩体的损伤较大,影响采场的稳定性。为解决此问题,按照多打孔少装药的原则,在距保留岩体一定距离处布置一排较为密集的炮孔,并减小单孔装药量,在主爆区起爆之前先起爆该排炮孔,形成一条具有一定宽度的缝隙,以减弱对保留岩体的损伤。基于变分模态分解和希尔伯特黄变换(VMDHHT)方法对现场实测的爆破振动信号进行分析。结果表明:本次预裂爆破振动信号的瞬时能量分布区间主要集中在0~0.5 s内,频率分布的区间主要集中在40 Hz以内;采用3个测点的合速度进行减振率计算,得到3个测点减振率分别为21.0%、30.1%和38.5%,有效减小了爆破振动对保留岩体的损伤和破坏。

高台阶靠帮预裂减震爆破的实验研究

针对高台阶靠帮预裂爆破出现根底的问题,进行了室内模型实验与现场生产实践,提出了预裂减震爆破的概念,并初步阐明了其作用机理。在本溪钢铁公司南芬露天矿的应用中,降震率达到了68.28%。这一研究为改进传统靠帮爆破技术提供了有效的途径。

延期时间对逐孔预裂爆破振动衰减规律的影响

为了获得逐孔预裂爆破的最优延期时间,基于Ansys/LS−Dyna有限元软件,结合现场实验研究了不同延期时间下逐孔预裂爆破的振动衰减规律,为实际工程应用提供了理论依据。结果表明:与齐发起爆相比,逐孔起爆可以有效地降低质点峰值振动速度(PPV),特别是预裂沟附近区域;随着延期时间的增大,萨道夫斯基公式的K值逐渐减小,而α值变化不大,当延期时间大于0.6T(T为单孔爆破振动持续时间)时,K与α的值趋于稳定,接近于单孔爆破;校正系数β与延期时间成反比,最优延期时间应为0.6T~1.0T;逐孔预裂成缝后对主爆区的减振率大于齐发预裂爆破。

露天矿山大孔径预裂爆破参数研究与应用

预裂爆破是控制边坡成形、降低爆破动载影响的重要手段。为研究炮孔直径203 mm预裂爆破最佳不耦合系数和炮孔间距,运用LS-DYNA数值软件建立以不耦合系数、炮孔间距为变量的数值模型,分析不同工况下炮孔周围的裂纹扩展和峰值应力强度。结果表明:在空气不耦合系数分别为2.53、2.90、3.38、4.06、5.07、6.77的6种工况中,不耦合系数为4.06时,爆炸能量的利用率最高、裂纹扩展良好,与理论公式推导相符;进一步建立空气不耦合系数为4.06,炮孔间距为1.5、2.0、2.5、3.0、3.5 m的5组模型,得到炮孔间距为2.5 m时满足孔间裂纹贯穿条件,符合现场工况要求;现场应用效果较好,为类似工程提供借鉴。

大红山铜矿点柱预裂爆破损伤控制

地下矿山在采用房柱法或者房柱法嗣后充填采矿法开采的过程中,为保证采场的稳定性,往往会预留大部分的矿柱来支撑着上部岩体。目前采用的一些采矿方法在一定程度上会对矿柱的稳定性造成损伤,因此研究和预防矿柱损伤变得至关重要。通过对比大红山铜矿西矿段180中段360-B144采场常规点柱法回采与点柱边界预裂爆破法两个方案,对矿柱造成的损伤来研究矿柱的稳定性。结果表明,常规点柱法回采爆破对矿柱的损伤深度在1.47 m左右,而点柱边界预裂爆破对矿柱的损伤深度在1.21 m左右,点柱边界预裂爆破与常规点柱法回采爆破相比,对周边矿柱的损伤影响较小。点柱边界预裂爆破区矿柱岩体声速变化幅度为9.02%,小于常规点柱法回采爆破区矿柱岩体声速变化幅度14.65%。

裂隙发育岩体水电工程地下洞室预裂爆破试验研究

硬梁包水电站地下厂房地质构造复杂,围岩裂隙发育,岩性杂乱,岩体具有“硬、碎、杂”特点,厂房开挖成型难度较大、预裂爆破效果差,为解决此问题,结合地下厂房第Ⅲ层中部拉槽施工预裂,开展了系统的爆破试验。初期试验中,预裂爆破线装药密度低于规范计算值近100 g/m的情况下,两侧边墙岩体在爆破后十分破碎,无法明显看到预裂孔的痕迹。开展的岩体声波测试和岩体完整性分析表明:厂房岩体全孔平均纵波速度为4.03 km/s,整体完整性差;岩体沿预裂孔轴向0~1.5 m、1.5~3.9 m、3.9~7.4 m深度的分段波速平均值分别为2.59 km/s、3.58 km/s、4.70 km/s,表现出在深度方向上的分段完整性差异。根据上述特点,在厂房开挖施工过程中,预裂爆破的平均单孔线装药密度取为0.123~0.284 kg/m,并针对不同深度选取不同的线装药密度,各分段采用小药卷均匀间隔装药,试验和应用效果良好,保证了壁面基本成型,半孔率显著提高。

覆岩高位整层爆破卸压“人造预裂层”源头防治冲击地压技术体系及应用

主动卸压防冲是落实强化煤矿冲击地压源头治理的重要措施。现行的主动卸压防控方式,或采用回采工作面平巷布孔卸压,或采用井下原位水力压裂技术,具有卸压保护范围有限、卸压施工进度制约等不足;或采用地面水力压裂防冲系统,具有卸压范围广时效长等优点,也需要解决前期投入等。因此,秉持源头防治、防患未然、经济高效的一体化的防冲卸压创新战略思想,研究一种实践易行、效果显著、可全面推广的新型区域卸压源头防冲技术体系势在必行。提出了覆岩高位超前整层爆破卸压技术体系,针对可产生动载荷的较高位关键层,创新高位岩巷、高位钻场、爆破钻孔布置,将高位坚硬岩层超前、整体、均匀爆破预裂,从而形成“人造预裂层”。该方法突破了一般的长钻孔距离限制,使得岩层爆破的卸压高度、卸压范围、卸压效果均大幅提高,可形成覆盖整个工作面区域甚至多个工作面的超前工作面开采的高位“人造预裂层”。高位爆破“人造预裂层”首先使得该高位坚硬岩层的来压步距和来压强度大幅减弱,其次也缓冲减弱了其上硬岩层向下传递的矿山压力,最后还可降低其下方硬岩层的来压步距。在陕西长武亭南煤业3409工作面首次进行了覆岩高位整层爆破卸压“人造预裂层”技术试验后,现场实测效果表明采用该方法较之常规爆破卸压区域,支架的平均来压强度、来压步距、来压持续距离和压力报警频次均大幅减少;巷道深孔和浅孔应力也均减少;微震事件总能量、大能量微震事件大幅度减少,且密集程度显著降低,工作面中段的微震事件尤为稀疏;地音高能事件、震源CT获得的冲击风险区域也有减少,各种实测手段均验证了高位爆破人造预裂层卸压防冲技术的优越性。

深孔聚能预裂爆破切顶卸压机理与应用

为解决悬顶导致的煤柱及邻近巷道高应力和大变形问题,结合工作面顶板地质条件,提出深孔聚能预裂爆破切顶卸压专项方案,采用数值模拟及现场试验对卸压效果开展综合研究。研究结果表明,煤层顶板在切顶后垂直应力减幅为21.62%,预裂切顶措施可显著降低煤柱及邻近巷道围岩应力水平。试验发现,炮孔内轴向贯穿裂缝明显,可实现采空区顶板及时垮落。顶底板在切顶后累计位移量减幅达59.27%,巷道两帮及顶底板移近变形得到有效控制,煤柱垂直应力增量显著降低。实践证明,采用深孔聚能预裂爆破切顶卸压效果显著,可大幅提高作业效率,为类似矿压防治工程提供借鉴。

高台阶预裂爆破及并段靠帮技术

新桥硫铁矿在下盘边坡采用高台阶的预裂爆破技术，就这一技术介绍了具体的爆破参数、装药结构、并段靠帮方式及应用效果。

坝基缓坡预裂开挖中不同布孔方式下的爆破扰动比较分析

在坝基缓坡预裂开挖中,为解决传统主爆孔或缓冲孔顺坡布设时(称之为顺坡布孔)钻孔效率低的问题,工程建设者尝试采用了反坡钻孔的方式(称之为反坡布孔),有必要对两种布孔方式下坝基保留岩体扰动情况进行比较分析,以指导工程实践。依托白鹤滩水电站坝基缓坡开挖,分别开展了顺坡布孔与反坡布孔两种开挖方式下的现场爆破试验,同时借助LS-DYNA三维动力有限元模拟,比较分析了两种布孔方式下保留岩体的爆破损伤演化特性与振动分布规律,并揭示了不同布孔方式下的内在力学作用机制,最后综合考虑开挖成型效果与施工速率,对坝基缓坡开挖方案的选择进行了探讨。结果表明:两种布孔方式下由预裂孔引起的保留岩体扰动情况基本一致,区别在于主爆孔或缓冲孔引起的累积损伤效应与爆破振动,内在原因在于炮孔与保留岩体轮廓面夹角的变化。相对顺坡布孔,反坡布孔因增大了主爆孔或缓冲孔与轮廓面的夹角,减少了传输至保留岩体的爆炸能量,有利于减轻对保留岩体的扰动,可减小损伤深度约11.6%~13.9%,降低爆破振动约6.4%~53.7%。

台阶与预裂爆破岩体振动特征的对比研究

基于萨道夫斯基公式,对台山核电站一期工程核岛区台阶爆破和预裂爆破的岩体振动监测数据进行分析,结果表明:在20～200 m的监测范围内,预裂爆破岩体振动速度的K,α值均大于台阶爆破。通过量纲分析,建立了台阶爆破和预裂爆破岩体振动频率与起爆段药量及爆源距的函数关系,并通过回归分析,对比研究两种爆破类型的振动主频,结果表明:主频随最大段药量或爆源距的增大均减小;对于相同的爆源距,预裂爆破产生的振动主频高于台阶爆破,且随着最大段药量的增大两者差距逐渐变小;对于相同的最大段药量,预裂爆破主频随爆源距的衰减比台阶爆破要迅速。

高台阶预裂爆破技术在山达克南矿体扩帮工程中的应用

为概述高台阶预裂爆破技术在山达克南矿体扩帮工程中的应用情况,介绍了高台阶预裂爆破技术相关爆破参数的理论计算和选取以及爆破设计优化;通过爆破效果评价,坡面平整度基本上都能达到±500 mm,半壁孔痕率达到80%以上。理论和实践表明,高台阶预裂爆破能获得理想的效果,尤其是对露天矿扩帮开采或陡帮开采作业面狭窄,不具备分台阶预裂爆破的矿山有着重要的指导意义。

离心不耦合条件下寒区碎软岩体预裂爆破参数优化方法

一般来说,预裂爆破采用同心不耦合装药结构,但由于药柱自身重力原因,药柱和炮孔壁贴合在一起,这种情况可能增强了对预裂爆破保留岩体的损伤。基于传统预裂爆破技术,结合理论分析,提出了离心不耦合装药条件下任意一点的不耦合系数计算公式,推导出其与同心不耦合系数的关系,并比较了2种装药条件下预裂爆破对保留岩体的损伤情况。以白云鄂博西矿为例,在现有2种规格预裂药柱基础上,依据理论分析得出:在不改变预裂孔直径的前提下,当预裂药柱直径为60 mm时,需要对预裂孔孔距和预裂孔装药结构进行优化。通过开展现场试验,对预裂孔孔距和预裂孔装药结构进行了优化,得出了最佳孔网参数。通过三维倾斜摄影技术建立三维模型,对孔网参数优化前后的爆破效果进行了评价,孔网参数优化后半壁孔率提升了27.09%。研究表明:孔网参数优化后,对于保护采场边坡、维护边坡安全稳定具有积极作用,对于类似工程也有借鉴意义。

预裂爆破在尖山磷矿高边帮开采中的应用

合理设计预裂爆破参数,能够将爆破振动对采矿预留高边坡的扰动降到最小。以尖山磷矿东采区已形成的高边坡为例,基于爆破理论及经验公式,结合国内外较为成熟的研究结论,确定预裂爆破的炮孔直径、炮孔间距、装药不耦合系数和线装药密度等参数,将预裂爆破试验振动速度值与回归分析得到的边坡质点振动速度公式计算值比较发现,该爆破参数取值的预裂爆破方案的平均减振率可达52.5%,说明优化的预裂爆破方案对高边坡保留岩体的减振效果明显,建议在尖山磷矿东区高边坡周围开采中广泛采用。

邻帮预裂爆破在司家营铁矿的应用研究

近年来的爆破实践表明,随着司家营露天铁矿开采深度的逐渐增大,不同区段不同岩性的边坡岩体已经出现了不同程度的失稳现象。基于压缩应力波和准静态气体压力共同作用理论,应用兰格弗斯的研究结果,对在强风化绿泥岩中进行的邻帮预裂爆破的爆破技术参数选取进行了基本分析和讨论,同时根据在司家营铁矿进行的工业应用试验及其结果,提出了选取邻帮预裂爆破技术参数的基本原则,并且取得了较好的预裂效果和降震效果。