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。

“三硬”薄煤层沿空留巷围岩破坏特征及控制技术研究

为解决薄煤层沿空留巷应力条件复杂、留巷难度大以及巷道围岩长时稳定性的难题,以陕西汇森煤业凉水井煤矿4301工作面为研究对象,采用理论分析、数值模拟、工程实践等方法,对浅埋“三硬”薄煤层沿空留巷围岩破坏特征及控制对策进行研究,分析巷旁支护体结构参数对于巷道稳定性的影响。结果表明:给顶板提供充足的支护强度以及合适的可缩量,是巷旁充填体整体稳定的前提;高水充填材料单轴加压下的力学行为可分为“均匀压密、弹性变形、动态失稳、劣化破坏”4个阶段;在充填体宽度增加过程中,最大应力表现为先增后减再增的趋势,在充填体1.6 m宽时出现稳定承载应力核;理论计算的切顶最佳高度为10.7 m。工程实践表明,工作面后方60 m范围无大变形和明显应力集中,围岩整体控制效果良好、结构稳定,留巷效果达到设计要求。

复杂环境隧道掘进聚能水压光面爆破施工技术研究

云南丘砚高速3标的赵凹塘隧道,其基岩主要是灰岩,特征为中度风化、微晶质结构、厚层和大块构造;其岩石质地良好,岩溶景象突出,围岩等级为Ⅲ~Ⅳ级。为保障施工安全和保持基岩稳定,选定了聚能水压光面爆破技术,利用水的不可压缩特性,将爆破能量无损转移,围岩爆破形成的“水楔”作用进一步破碎围岩,还可防止岩爆。该技术成功解决隧道挖掘过程中围岩扰动、超挖、补炮次数多,爆破后尘埃浓度高、隧道内空气差等问题,为以后复杂环境中的隧道挖掘提供了重要的参考。

高速公路隧道破碎围岩掘进水压光面爆破施工技术

以某高速公路隧道工程为例,根据破碎围岩施工条件,提出聚能水压光面爆破施工方案,确定主要的施工流程以及具体施工方法,总结爆破施工注意事项,从周边眼数、循环进尺等方面对比分析本工程所用爆破技术与常规光面爆破技术的区别。实践表明,聚能水压光面爆破施工技术兼具安全、质量可靠、效率高、成本低等优势,在高速公路隧道破碎围岩掘进中取得良好的应用效果。

D型聚能爆破管在沿空留巷中应用研究

为了得到D型聚能爆破管合理的爆破参数,结合云煤一矿22204运输巷沿空留巷的条件,对影响预裂爆破效果的影响因素,包括装药量、封孔长度、装药结构以及爆破孔间距等,进行了井下爆破试验,提出采用隔孔爆破的方式,利用非爆破导向孔联结相邻爆破孔的裂缝,并采用井下钻孔窥视技术对爆破效果进行监测,最终确定了云煤一矿沿空留巷中合理的预裂爆破参数,在切顶卸压孔深度9 m,孔径48 mm,爆破孔倾斜角度为15°条件下,爆破孔单孔装药量不低于450 g/m,封孔长度不低于2 m,采用隔孔爆破方式,两爆破孔间距不大于800 mm,对于同类条件下矿井聚能预裂爆破参数的选择有一定的工程参考价值。

官地矿切顶卸压沿空留巷聚能爆破现场试验研究

为了确定110工法的合理爆破参数并实现安全沿空留巷的目的,以官地矿中厚煤层12605工作面为研究背景,采用理论分析和现场研究相结合的方法,对比分析了三种不同装药结构条件下的试验爆破效果。结果表明,在爆破孔深7m、炮孔间距500mm的情况下,由孔顶到孔底依次为"4+3+2+1"装药方式对顶板破坏严重,"3+2+2+1"的装药方式切缝效果较差。而采用"3+3+2+1"的装药方式,爆破孔内裂缝明显发育,裂缝率达到87%。满足留巷设计要求,现场应用效果良好。

工程爆破节能环保技术研究与应用

工程爆破节能环保技术的核心内容是往炮眼中一定位置注入一定量的水并用专用设备制成的炮泥回填堵塞,与常规工程爆破相比,具有显著的节能环保作用。主要介绍了往炮眼底部注水在实际应用中所产生的作用与效果并对此进行了分析,而且通过模拟实验应变测试结果证明了理论分析的正确性。

水压爆破中群药包药量的计算

从水中爆炸的冲击波冲量和能量的角度出发 ,基于单个集中药包的药量公式 ,应用结构破坏的能量准则 ,提出了水压爆破解体的药量公式 .这些公式经工程实例检验 。

多楔形掏槽聚能水压光面爆破技术优化

为了解决煤矿巷道爆破掘进过程中传统爆破出现的超挖欠挖以及掘进速度慢等问题,提出了聚能水压光面爆破技术,并针对巷道净宽×净高=4 600 mm×4 100 mm的断面进行了现场实地应用,取得了良好效果。为了使聚能水压光面爆破技术在不同巷道断面得到应用,通过优化炮眼布置参数及装药结构,提出了多楔形炮眼布置,即三竖一回拱炮眼布置法,同时配合聚能水压光面爆破技术,形成了多楔形聚能水压光面爆破新技术。该技术打破了常规光面爆破技术条件的约束,实现了少打眼少装药,提高了单炮进度且光爆效果好,达到了节能降耗快速掘进的目的。

塔山煤矿综采工作面切顶留巷技术

为解决塔山煤矿三采区采掘接替紧张的问题,采用切顶卸压沿空留巷无煤柱开采技术在该采区进行切顶留巷试验研究。首先,系统介绍了切顶留巷技术原理、工艺流程及切顶留巷关键技术;其次,结合该煤矿工程地质条件,采用理论分析计算、数值软件模拟和现场爆破试验等方法,得出顶板预裂切缝高度为7.5 m、切缝角度为15°、恒阻锚索长度为9 m等关键参数,单孔最优装药结构为4+3+3+2,孔间距500 mm。留巷稳定后,顶板最大下沉量为188 mm,底鼓最大值为100 mm,两帮收缩最大值为164 mm,监测结果表明切顶卸压条件下,留巷效果满足生产需求。

预留光爆层水压爆破在大断面公路隧道施工中降低爆破危害的应用

针对光面爆破技术开挖大断面公路隧道时普遍存在的线性超挖量大、光面爆破效果差、爆破振动大以及粉尘与爆生有害气体浓度高等一系列问题,采用预留光爆层水压爆破技术对新疆东天山特长公路隧道Ⅳ级大断面进行了开挖试验。结果表明,采用预留光爆层水压爆破能有效控制爆破危害,平均线性超挖量由0.924 m减至0.205 m,炮孔痕迹率由49.3%提高至91.1%,炸药单耗由1.348 kg/m3降至1.261 kg/m3,爆破振动幅值由5.057 cm/s降至3.249 cm/s,粉尘和各种有毒有害气体浓度随时间变化显著降低。试验结果证明预留光爆层水压爆破技术对大断面特长公路隧道掘进爆破危害控制的可行性,达到了隧道安全开挖、快速掘进、绿色钻爆等效果,对类似工程具有指导和借鉴意义。

聚能管在光面爆破中的应用

运用ABS聚光能管的聚能作用原理 ,控制爆轰波的传播方向 ,达到定向预裂爆破目的 ,从而保证巷道成型规整 。

椭圆双极线性聚能水压爆破数值分析及应用

研究目的:为减少爆破活动对隧道施工环境的影响,降低爆破过程中产生的粉尘浓度,同时增强对开挖区的爆破作用,经常会采用聚能水压控制爆破的爆破施工方式。为对椭圆双极线性聚能水压爆破荷载演化过程进行模拟和验证,本文依托金井铁路隧道现场工程试验和数值模拟的方法,分析聚能水压控制爆破作用机理及损伤演化过程。研究结论:(1)在椭圆双极线性聚能定向爆破作用下,炮孔附近的裂纹发展具有一定的趋向性,在增强聚能方向裂纹拓展的同时抑制了其他方向裂纹的发展;在炮孔中加入水介质,能够增强爆破效果;(2)对比三种聚能水压爆破结构形式,上部水压力聚能爆破结构造成的损伤主要集中于孔口附近,下部水压力聚能爆破结构对孔底产生的损伤较大,而两端水压力聚能爆破结构产生的损伤区域整体均匀,脱落下来的碎石破碎程度较高,且水介质能够中和爆破过程中产生的粉尘;(3)综上所述,将两端水压力聚能水压控制爆破结构应用于隧道施工建设能够取得最佳的爆破效果。

水压爆破中群药包布置的位置参数

根据水中爆炸的冲击波冲量和能量对直壁和圆壁结构的作用原理 ,在假设结构能得到均匀解体的前提下 ,给出了水压爆破时群药包位置参数的公式。利用这些公式计算的群药包布置参数均能较好地满足壁面均匀解体的要求 ,这已为一些工程实例所证实 。

中厚煤层复合顶板切顶卸压无煤柱自成巷技术应用研究

切顶卸压无煤柱自成巷技术可通过留巷顺槽顶板的预裂切缝,利用顶板垮落矸石对采空区进行有效充填,从而从根本上实现无煤柱开采。为进一步完善切顶卸压无煤柱自成巷技术体系,探究不同地质条件下的顶板切缝卸压效应,论文以塔山煤矿8304工作面中厚煤层复合顶板条件作为工程实例,进行该地质条件下的切顶卸压无煤柱自成巷试验。首先本文对切顶成巷的作用机理及工艺流程进行总结,随后针对8304工作面辅运顺槽顶板的具体岩性变化进行切顶关键参数设计,最后于现场进行了实地工程试验。现场试验结果表明,最终成巷顶底板移近量为261 mm,两帮移近量为63 mm,留巷断面可满足8305工作面复采需求,该试验的成功可为切顶卸压自动成巷技术的进一步推广应用提供一定的借鉴。

聚能爆破技术在淮南矿区张集矿的应用研究

随着聚能管等聚能装置的应用,聚能爆破定向断裂技术得以迅速发展。在淮河能源股份有限公司张集矿矸石转载胶带机巷、联络巷等巷道试用聚能爆破技术。试验表明,与常规光面爆破相比,每循环缩短工时4~5小时,进尺增加0.3 m,雷管、炸药费用合计节省500元,巷道爆破面光滑平整,减小围岩扰动,保证围岩的自承稳定能力,有效地提升了安全作业系数。

掘进工作面水环保压聚能定向爆注卸压技术与装置

针对永城市薛湖煤矿局部聚能爆注效果差及未确定局部聚能爆注卸压的影响范围,不能在工作面合理布置聚能爆注孔间距的难题,通过理论分析、ANSYS/LSDYNA数值模拟及工业性试验,设计一种局部水环保压装置,对薛湖煤矿局部水环保压下聚能爆注卸压进行研究与应用,结果表明:(1)通过ANSYS/LSDYNA发现,水的低压缩性能够聚集炸药爆炸的能量,煤体损伤范围显著增大,水介质耦合时煤体完全损伤范围为空气耦合时的3.14倍;水介质耦合时煤体损伤裂纹长度范围为空气耦合时的2.71倍。水介质使聚能炸药能量均匀作用在煤体上,减弱聚能管的定向作用,钻孔周围裂隙均匀发育扩展,无定向裂隙扩展,通过在水介质和钻孔壁间设置聚能管能够有效聚能和定向扩展裂隙。当炸药处于钻孔、水体中心时,煤体裂隙扩展、爆注空腔面积均优于炸药处于钻孔、水体下部时。(2)水环保压装置使炸药始终处于钻孔、水体中心,环向约束炸药,减少炸药爆炸径向能量损失,增强炸药作用于煤体上的能量。水环保压装置内部设置聚能槽,使得存水保压、聚能一体化,起到有效的聚能定向卸压作用。(3)通过工业性试验对比聚能爆注前后钻孔内的瓦斯参数变化,得出薛湖煤矿局部水环保压下聚能爆注影响半径为2.5 m;在薛湖煤矿工作面以钻孔间距5 m布置局部水环保压聚能爆注孔,煤体局部裂隙扩展,集中应力得到转移与释放。通过爆注后的水环保压装置向煤层中注水,使得爆注孔变为煤层注水孔,可以进一步浸润煤体,改变煤体性质,改善工作面环境。由于水环保压聚能爆注技术存在爆破空腔面积大、定向聚能扩展裂隙及注水改变围岩性质的优势,可将此技术用于切割顶板,强制放顶。

切顶沿空留巷双向聚能爆破关键参数研究

通过理论分析与数值模拟相结合的方法,分析双向聚能爆破作用下岩石的定向断裂规律、不同间距下双孔聚能爆破的岩石裂纹扩展规律。结果表明:双向聚能爆破能有效的定向断裂顶板,双孔聚能爆破中,由于相邻炮孔的应力波叠加作用,促使裂纹进一步的扩展;炮孔间距500mm时,两炮孔间能形成良好的贯通裂纹。综合数值模拟结果、前人的研究成果、工作面的工程地质条件制定了现场的爆破试验方案,试验结果表明:4+4+3+3+2的单孔装药结构能够有效的预裂顶板;通过钻孔窥视显示间距500 mm时,顶板断裂效果最佳;对爆破切顶后工作面倾向不同位置处液压支架工作阻力进行观测,结果显示距离切顶线越近的支架最大工作阻力越小,验证了爆破参数的可行性。

基于聚能水压光爆技术的周边眼装药结构优化研究

为获得聚能水压光爆技术周边眼的最优装药结构,基于聚能水压光爆机制,采用基于LS-DYNA的数值模拟试验和现场试验,分别对聚能水压光爆的围岩动力响应特性及光爆效果进行对比研究,优化周边眼装药结构。数值模拟试验表明,采用装药结构4时,聚能方向上有效应力值最大,裂隙区范围最大,超过50 cm,且聚能效果及控制爆破振动效果较好。现场试验表明,周边眼按照组4的结构进行装药时,眼痕率达到95%以上,超欠挖值最小,炮眼利用率最高,光爆效果最好。综合分析,确定装药结构4,即底部加强药×30 cm+聚能管装置×100 cm×3(间隔装药)+水袋×30 cm+空气间隔×40 cm+孔口水砂袋×30 cm为同一地质条件下6种试验方案中的最优方案。

定向爆破技术在沿空留巷中的应用

为解决平煤二矿煤层顶板坚硬而导致回采巷道围岩较难控制的问题,采用D型聚能管定向断裂爆破技术,通过理论分析定向断裂爆破技术原理、现场试验、钻孔窥视等手段,研究了D型聚能管定向断裂爆破技术对控制沿空留巷围岩变形中的积极作用,确定了平煤二矿沿空留巷中合理的爆破、装药等工艺参数,并进行了现场工业性试验。结果表明:采用D型聚能管定向断裂爆破技术可以达到定向爆破的目的,切顶预裂成缝效果良好,能够有效切断沿空留巷中的基本顶,提高巷道自身的承载力,保障动压影响期间留巷围岩稳定,提高沿空留巷支护的可靠性和安全程度,有利于安全生产,对于同类条件下矿井聚能预裂爆破参数的选择有一定的工程参考价值。