煤层顶板深孔预裂爆破新型封孔材料及填塞效果研究

针对爆破作业时传统黏土炮泥填塞深孔炮孔环节存在劳动强度大、填塞进度慢、炮泥运输费用高等问题,研制一种输送方便、固结时间短、封孔效率高的新型填塞材料,同时以黏土炮泥的封孔性能为对比对象,研究新型填塞材料的基本性能和封孔效率。研究结果表明:新型填塞材料的凝结时间随着水灰比的增大而增大,且材料水化反应最大放热温度为65.6℃,该温度对于炮孔封堵来说是安全的;新型填塞材料的单轴抗压强度随水灰比的增大而减小、随龄期的增长而增大,且其强度远高于黏土炮泥材料;在静载压缩作用下,新型填塞材料和黏土炮泥材料的填塞能力都随填塞长度的增加呈指数函数趋势增加,但新型填塞材料的填塞效果远高于黏土炮泥;新型填塞材料的填塞能力随填塞长度增加的速率远大于随龄期增长的速率。研究成果可为深炮孔高效封孔工艺提供一定的理论参考。

填塞长度对岩体爆破损伤效果的影响研究

采用数值模拟方法建立单孔装药的爆破模型,采取不同填塞长度模拟并利用Otsu算法进行阈值分割后,提取岩体的破裂面积比、孔隙分形维数、块度数据等进行对比分析,研究填塞长度对深孔爆破损伤效果的影响。结果表明,分形维数和破裂面积比随填塞长度增加呈现先增后降的变化趋势,填塞长度3.0 m时分形维数达到最大值,填塞长度1.7 m时破裂面积比达到极大值。填塞长度2.2 m左右时碎块数量取得最大值,填塞长度2.0 m时碎块平均面积为最小,填塞长度2.0~2.2 m时可达到较优的岩石破碎效果。随着填塞长度增加,抛出的岩石从小块为主转向大块,位移距离降低。研究成果对爆破作业填塞参数选取具有一定参考价值。

复合坚硬顶板巷道切顶卸压围岩控制技术研究

以肥城白庄煤矿9807运输顺槽为研究对象,通过现场勘测,分析了复合坚硬顶板巷道围岩的变形特征,并根据复合坚硬顶板巷道控制原则,提出了可优化巷道围岩应力环境、抑制锚固结构破坏的“长锚索+深孔预裂爆破”协同控制技术。现场实践结果表明,采用该协同控制技术后,巷道顶板最大沉降量为34 mm,两帮最大收敛量为59 mm,实现了对复合坚硬顶板巷道围岩的有效控制。

高应力坚硬顶板深孔爆破卸压及见方效应分析

高应力坚硬顶板条件下工作面推进至采空区见方,极易引起上覆岩层结构失稳,诱发顶板事故。顶板深孔爆破是高应力坚硬顶板卸压的重要手段,目前顶板深孔爆破对见方区卸压的影响研究不足。以余吾煤矿N2107工作面坚硬顶板为工程背景,开展顶板深孔爆破技术,采用微震监测、钻孔应力、钻屑监测等方法评价两次采空区见方的卸压效果。结果表明,顶板深孔爆破对坚硬顶板卸压起到积极作用,两次采空区见方期间微震监测未出现大能量事件,钻孔应力监测和钻屑监测稳定在安全值范围。采空区见方表现出见方效应的压力显现特征,局部区域微震事件能量接近预警值,钻孔应力保持上升趋势。在此基础上,提出了采空区见方的卸压优化建议,以确保及时掌握动压信息,提高卸压效果。

基于数值模拟的岩石巷道深孔分段装药掏槽爆破研究

随着炮孔深度增加,炮孔底处岩石夹制作用增强导致破岩效率和炮孔利用率较低,原有的连续装药方式不能解决上述问题。在这个基础上,研究了岩石巷道深孔分段装药掏槽爆破技术来提升掏槽爆破效率。使用光滑粒子流体动力学−有限元方法(SPH-FEM)建立了不同分段装药结构的单孔掏槽爆破模型,分析了不同模型爆破过程中岩石粒子抛掷速度、岩石抛掷数量以及爆破腔体特征。结果表明:不同装药结构会影响炮孔附近岩石的损伤范围,传统的连续装药结构在炮孔径向形成的损伤区域比分段装药结构大。此外,连续装药结构由于炸药集中在炮孔底部使得炸药能量分布不均匀,导致掏槽爆破效果差;采用分段装药结构可以增加岩石破碎数量和优化爆破腔体,岩石粒子在飞散过程中会产生2次加速现象;第一段装药比例较大或者较小会明显造成炸药能量利用不合理以及爆破腔体效果差。在模拟中设定的炮孔长度、岩石参数以及炸药性能条件下,当第一段装药比例为0.4时,深孔岩石巷道掘进掏槽爆破能够充分利用炸药能量,达到较好的掏槽爆破效果。将数值模拟得到的最优分段比例应用到现场巷道掘进爆破施工中,并利用数码电子雷管实现掏槽孔内2段炸药的延时起爆。现场试验结果表明分段装药能够在深孔掏槽爆破中创造良好的爆破效果以及提高炮孔利用率。

基于组合赋权和灰色聚类评估的深孔台阶爆破效果评价

为了对魏家峁煤矿深孔台阶爆破效果进行综合评价,考虑爆破质量、安全、经济三方面目标,选取大块率、根底率、后裂距离、松散系数、单耗、延米爆破量、振动速度、飞散距离等8个参量作为评价指标。通过无人机、高速摄影、振动监测等技术手段对魏家峁煤矿4个生产爆破平盘开展现场监测,并利用Split-desktop、Motion studio等软件进行数据分析,得到了上述参量的量化指标。分别利用层次分析法和CRITIC法,获得评价指标的主、客观权重,然后基于离差平方和最大原则确定了各指标的组合权重。利用中心点三角白化权函数对灰色聚类法进行优化,建立了爆破效果的灰色聚类评估模型,对魏家峁煤矿深孔台阶爆破效果进行了综合评价,并根据综合聚类系数得到了4个平盘的爆破效果优劣顺序。最后对比指标数据分析了爆破效果最差的平盘主要存在的问题。研究结果表明:炸药单耗、大块率、根底率的组合权重都大于0.15,对爆破效果的影响较大;4个平盘的爆破效果优劣顺序为:1080平盘>1064平盘>1096平盘>1112平盘;1112平盘需要结合地质条件,针对后裂距离大、单耗高、延米爆破量小、飞散距离大等问题进行台阶爆破参数优化。

间隔装药在露天矿爆破中的应用

为了提升硬岩破碎效果,提高爆破质量,指出了间隔装药在露天爆破中的优势:降低整体单耗,提高破碎块度的均匀性,解决了软弱夹层中的爆破大块问题和根底问题。分析了间隔装药在某项目爆破施工中的应用情况,结果表明,此方法每个孔间隔高度至少3 m,单孔节约药量约27~40 kg,降低爆破单耗约8~10 g/m^(3),破碎块度更加均匀,有效解决了爆破拉底及软夹层问题,简单易操作,可在矿山深孔爆破中推广应用。

厚硬顶板冲击地压发生机理及防治实践

基于鄂尔多斯地区冲击地压矿井厚硬顶板加坚硬煤层的特征,对宽煤柱开采条件下冲击地压发生过程进行分析,揭示了该区域冲击地压是由厚硬顶板破断引起煤体高应力区动力系统失稳产生震动、激发应力波,应力波与塑性区煤体相互作用而产生的;以巴彦高勒煤矿为例,采用深孔爆破对巷道顶板进行卸压。结果表明:在未断顶区域,顶板发生极限破断引发大能量微震事件,能量释放集中在沿空巷侧,现场存在动压显现现象;在正常断顶区域,微震活动比较平稳,能量集中区未对巷道形成直接影响;工作面来压周期平均2.4 d,来压步距14.5 m,未出现持续性高强度来压;顶板观测孔裂隙发育良好,有效半径可达4 m。

砾岩路堑边坡爆破动力响应特性研究

为研究爆破开挖时砾岩路堑边坡的动力响应特性,以渑淅高速公路路堑爆破开挖工程为依托,在现场监测基础上,结合数值模拟对爆破破岩过程进行了研究。研究结果表明:路基深孔爆破产生的振动速度场、应力场和位移场在边坡坡形变化处产生明显波动,且随爆心距的增加呈现衰减趋势,但衰减速率在逐渐减小;沿边坡坡形变化的不同高程处,垂向和径向质点峰值振速存在高程放大效应;最大主应力在允许范围内,台阶坡脚处不会因为应力集中而造成边坡岩体破坏;以砾岩动抗拉强度作为边坡失稳的极限状态,路堑边坡岩体爆破开挖质点振速安全阈值为24.62 cm/s,后续路基爆破开挖可通过实时监测进行安全控制。

大直径超深竖井基岩段中深孔爆破参数优化及应用

千米级超深竖井具有地应力大、地层岩温高、穿越地层条件复杂等特点,使得竖井钻爆掘进凿岩成孔难、炮孔利用率低、井壁成形质量差。为了解决高应力坚硬围岩下竖井快速钻爆问题,结合山东某金矿超深竖井基岩段钻爆掘进,通过对起爆方式、雷管类型、炮孔设计等爆破设计参数进行分析和研究,提出了适用于大直径超深竖井基岩段中深孔爆破的参数。现场实践表明,优化爆破设计参数较好地解决了竖井轮廓成形、破碎块度、超欠挖工况等问题,实现了大直径超深竖井的快速掘进。

工作面断层深孔预裂爆破工程实例研究

针对大落差断层工作面开采所采用的切眼重新布置法和直接挑顶起底法对巷道推进存在的顶板管理困难、效率低等问题,基于ANSYS数值模拟手段对深孔预裂爆破的封堵长度和爆破孔间距进行优化,结合现场情况对爆破方案进行设计,并对爆破效果进行实践评估。

深孔爆破装药结构优选数值分析方法及其应用

针对地下深孔爆破采矿过程中常出现的爆破后冲作用严重以及爆破块度不均匀等若干问题,以南方某铅锌矿实际采用的爆破、炸药和岩石参数为基础,采用ANSYS/LS-DYNA对矿山拟采用的不同装药量、不同耦合系数的6种装药结构建立了数值计算模型。通过分析爆炸仿真过程中的Von Mises有效应力信息,结合爆破破岩机制及Mises屈服理论,确定了深孔爆破的最佳炮孔装药结构。现场试验表明,优化的装药结构爆破块度均匀且爆破后冲作用得到有效控制,基本上解决了矿山深孔侧向爆破存在的问题,研究结果为深孔爆破的优化设计提供理论依据和技术支持。

夏甸金矿中深孔爆破参数优化研究

夏甸金矿Ⅶ号矿脉矿岩硬度较大，应用中深孔落矿无底柱分段崩落法开采，由于井下没有破碎系统，崩落矿石的合格块度被限制在300mm以下。通过分析崩矿步距正面的放矿松动体条件、四周的爆破约束条件以及扇形孔有效爆破的方向性等因素，对中深孔爆破参数进行了优化，解决了中深孔小块度爆破难题，取得了良好的实用效果。

深孔预裂爆破在低透性高突煤层中的应用与分析

为提高低透气性高突出煤层瓦斯抽放率,达到预防瓦斯突出的效果,将深孔预裂爆破技术运用于某煤矿低透性高突煤层,考察了这种爆破对煤层透气性系数、百米钻孔瓦斯流量、瓦斯抽放量、抽放浓度、瓦斯抽放率以及突出预测敏感指标的影响。试验结果表明:采用深孔预裂爆破技术后,煤层透气性增强,瓦斯抽放率提高,各项预测指标在回采期间没有出现超标情况,同时也没有发生过瓦斯动力现象和煤与瓦斯突出。

多边界石方爆破药量计算原理与应用研究

不同边界条件下爆破破岩物理过程极不相同,并将影响炸药爆炸能量在介质内部的分布、介质的破碎和抛掷规律。在分析多边界条件下爆破作用规律的基础上,探讨了不同边界条件下药量计算原理和方法。研究表明:建立在平坦地形基础之上的集中药包计算公式,不能满足多边界条件下爆破作用的要求;地形、地质条件的变化,不但影响爆破作用效果,而且影响炸药爆炸能量的有效利用率;多边界条件下的药量计算公式,应包含地形、地质条件与爆破效果的关系。基于多边界石方爆破药量计算原理,提出了深孔爆破药量计算公式;结合路堑边坡岩体爆破工程,进行深孔控制爆破技术研究,爆破效果得到有效改善。

立井深孔直眼掏槽大直径中心空孔作用分析和参数计算

为提高立井基岩段掘进爆破效率,改善破碎块度,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,探讨深孔直眼掏槽大直径中心空孔的作用机理。理论研究表明:空孔为装药掏槽炮孔提供了一个与其相平行的辅助自由面和破碎岩石的补偿空间,加大了爆炸应力波的反射拉伸作用,空孔的存在造成了槽腔岩石中的拉应力集中,从而增大了岩石中的拉应力作用强度,引起槽腔中裂隙的进一步扩展延伸,使槽腔内岩石的破裂和破碎更充分。数值模拟结果进一步验证了大直径中心空孔所具有的应力叠加和反射拉伸作用。在此基础上,对空孔与装药孔间距的合理取值进行了理论分析计算,中心空孔应处在掏槽孔形成的爆破裂隙区之内,并选用较大的松动爆破作用指数进行设计。

水平超深孔松动爆破在地下煤矿综采面的应用

通过对水平超深孔松动爆破的参数进行研究,从最小抵抗线、炮眼深度、炮眼密集系数以及装药量等方面进行优化,并通过在内蒙古乌拉特中旗温明地下煤矿1301综采面进行的现场试验,进一步完善了超深孔松动爆破技术,从而大大降低了采煤机的切割难度,提高了矿井生产效率。

大倾角煤层无人工作面深孔爆破落煤参数设计

为解决大倾角煤层的安全高效开采难题,提出大倾角煤层无人工作面开采工艺,并引入深孔爆破技术实现工作面落煤。根据现场情况开展了深孔爆破落煤试验,以装药量平衡原理为基础,对爆破参数进行了设计。爆破效果表明:爆堆分布集中,大部分煤体抛掷距离不超过1 m;爆破块度较均匀,基本分布在100~300 mm,验证了爆破参数的合理性。设计成果可为后续生产积累重要的实践经验,也可供其他项目参考借鉴。

马家塔露天煤矿爆破参数优化的研究

应用爆破优化理论,对马家塔露天煤矿爆破参数进行了研究,通过现场试验研究,验证了优化参数的合理性,其结果对该矿及类似矿山爆破生产有指导意义。

装药位置对深孔聚能爆破数值模拟与应用研究

为研究不同装药位置对深部聚能爆破增透的效果,构建了不同装药位置的数值模型,运用理论分析、数值模拟和现场应用相结合的方法,分析了深孔聚能爆破不同装药位置周围的应力分布和裂隙发育状态,开展工程试验考察了周围抽采钻孔瓦斯浓度和瓦斯纯量的变化。研究结果表明:不同装药位置相比,中端装药时爆破有效影响范围较大、应力作用时间较长,里端装药时较小,外端装药时最小;聚能爆破中端装药,其爆轰波和应力波作用于煤体的时间较长且应力值更大,爆破产生的裂隙深度主要在轴向上加深,轴向裂隙和径向裂隙比其他装药方式均有增加;爆炸产生的爆生气体与空气波二次作用产生反射波,延长了作用时间,有助于裂隙扩展,加速了赋存瓦斯解吸和流动,爆破效果更好;深部聚能爆破中部装药能够有效地提高煤层的透气性和瓦斯抽采率。