露天矿深孔台阶爆破逐孔起爆参数的优化研究与应用

露天矿深孔台阶爆破常存在炸药单耗和大块及根底率偏高增加综合成本、爆堆松散度过小不利于铲装、爆破振动过大影响边坡稳定等问题。以多宝山露天矿深孔台阶控制爆破为工程依托,从理论上建立了逐孔起爆爆破引起的应力场解析式,确定了逐孔起爆的孔排距、最小底抗线和孔间延期时间;采用LS-DYNA软件对此爆破参数建立的模型爆破应力大小和破碎范围进行了分析,并在多宝山露天矿进行了6组不同爆破参数条件下的现场工业试验,确定了不同炸药单耗等爆破参数与块度、松散度的变化规律,验证并确定了优化的多宝山露天矿深孔台阶控制爆破参数。主要研究成果为:(1)在多宝山露天矿爆破的耦合装药条件下,通过逐孔起爆应力场的理论推导和分析,应力场分布和应力大小的影响仅限于前后两孔之间,孔间延期时间17 ms是比较合理的。(2)爆破现场爆堆和块度大小数据的收集可以通过无人机倾斜摄影技术和手机拍照进行,由此收集的数据分析获得的松散度和块度是有效合理的。(3)多宝山露天矿深孔台阶爆破,当炮孔直径为178 mm和孔间延期时间17 ms时,满足爆堆块度小于60 cm、松散度大于1.45铲装条件下的炸药单耗为0.60 kg/m^(3)、孔排距为7 m×5 m。

增子坊矿8300-1工作面过断层实践研究

以山西增子坊矿8300-1工作面为研究对象,由于回采过程中揭露出了F7断层,该断层影响范围约60 m,最大宽度为35 m,造成硬度很大的细中粒砂岩侵入到岩层中,对工作面的采煤设备和回采速度造成严重影响。为了确保工作面顺利推进,根据现场实际情况,决定采用松动爆破方法来弱化岩层强度。通过原理分析,并利用ANSYS软件建立双孔爆破模型,确定了爆破参数和爆破孔布置方式。实践表明:8300-1工作面成功通过断层,有效降低了采煤机损耗,提高了煤炭利用率和回采速率,并为矿井类似情况提供了参考。

爆破对围岩松动圈的影响研究

为研究爆破开挖对围岩松动圈的影响,以城郊煤矿相同埋深、相同围岩条件下的五采区轨道下山及下平巷和二水平西翼轨道大巷为工程背景,采用现场测试和理论计算相结合的方法,研究巷道在爆破开挖和掘进机“准静态”开挖方式条件下的围岩松动圈变化规律。结果表明,采用强度理论计算得到松动圈厚度要小于现场实测值,采用爆破开挖的巷道围岩松动圈厚度一般要大于采用掘进机“准静态”开挖的松动圈厚度。

薄煤层工作面过冲刷带技术优选及应用

针对潞宁煤业31101综采薄煤层工作面回采过程中受冲刷带等复杂地质条件的影响,造成的回采困难、成本增加等问题,分析总结了当前常用薄煤层工作面过冲刷带的技术及其适用条件,充分考虑薄煤层工作面过冲刷带选择技术的各种关键影响因素,科学合理地选择了松动爆破技术辅以采煤机截割技术过冲刷带的组合方式,并对松动爆破技术的炮孔布置及薄煤层截割设备进行了选型,为工作面过冲刷带提供了技术指导。实践证明:采用松动爆破及采煤机截割组合技术,不仅使工作面顺利通过了大规模冲刷带,而且为矿山多回收了超过6×104t煤炭,取得了较大的经济效益及社会效益,为后续矿山实际生产带来了突破性的指导意义,也为同行业及类似矿山提供了技术指导。

多次爆破开挖下硐室围岩损伤累积及松动圈扩展规律研究

为了探究硐室围岩在多次爆破开挖下的损伤累积及松动圈扩展规律,结合某试验硐室爆破开挖工程,通过ANSYS/LSDYNA重启动技术模拟多次爆破开挖下围岩的损伤累积,采用地质雷达法测定多次爆破开挖后围岩松动圈厚度,分析围岩松动圈扩展规律,最后明确硐室围岩损伤范围与松动圈厚度之间的定量关系。研究结果表明:多次爆破开挖后围岩损伤累积范围同松动圈厚度一样呈单调递减趋势,增长速率逐次降低,直至不再累积扩展;将损伤变量D在0.25~0.78之间的损伤范围看作围岩松动圈厚度,数值模拟结果与现场测试结果误差较小,说明在一定程度上岩体损伤累积程度的变化就是围岩松动圈厚度的变化。相关结论可为今后爆破开挖下硐室围岩研究提供一定参考。

节理岩体爆破开挖过程的动态卸载松动机理研究

提出岩体爆破开挖过程中初始应力场的卸载是一动态过程的观点，并利用波动理论分析了岩块在初始应力场瞬态卸载条件下的运动过程。研究表明，瞬间卸载条件下，岩块除产生弹性回复位移外，还会发生水平向的刚体位移，导致岩体结构面被拉开，岩体产生水平向松动现象。岩体初始应力较高条件下。动态卸载引起的岩块水平刚体位移远大于弹性回复变形值。计算结果同时表明，岩体结构面的张开位移与初始应力的平方近似成正比。岩体初始应力场的动态卸载过程能较好解释节理岩体开挖过程的松动机理。

顶煤松动爆破技术的研究

应用爆破松动圈、近似等值抵抗线和灰色决策等理论确定松动爆破有关参数,在开滦矿务局马家沟煤矿取得了明显的经济效果。

节理岩体的爆破松动机理

利用应力波理论对节理岩体的爆破松动机理进行了探讨,同时利用动力有限元数值模拟方法验证了理论分析结果。研究表明,爆破荷载的加载阶段对岩体的挤压蓄能和快速卸载阶段的弹性回复是岩体产生后续松动位移的根本原因;节理岩体的爆破松动在开挖面的法向表现为岩体的剪切错动,在平行于开挖面方向表现为结构面的张开;拉格朗日坐标下的动力有限元数值方法,如ANSYS/LS-DYNA程序,能够较好地用来模拟节理岩体的爆破松动过程。

临近建筑物基坑岩石松动爆破振动监测

为保证爆区临近建筑物的安全,对爆破振动效应必须实行严格控制。通过对建筑物群中基坑岩石松动爆破时爆破振动效应的实测,并用数学方法回归处理,求得该基坑岩石松动爆破条件下地震波的传播规律的经验公式。以此计算公式并根据《爆破安全规程》规定的安全允许爆破振动振速,求算出在保证安全前提下不同距离处的最大一次同段起爆药量。同时精心设计和施工,并采取有效措施降低爆破振动对临近建筑物的影响。

悬索桥锚碇隧道爆破开挖的围岩累积振动效应研究

结合矮寨悬索桥锚碇隧道的爆破施工,通过围岩的声波测试得到围岩损伤度和松动圈范围在不同等级的爆破冲击荷载作用下的发育规律,探讨围岩累积损伤程度和振动速度之间的对应关系,以及引起岩体损伤度累计效应的阈值,较为完整地描述了爆破冲击荷载作用下围岩损伤度和松动圈的发展过程。在此基础上得出合理的爆破振动速度的控制指标。结果表明:锚碇隧道的爆破施工不但要控制单次爆破对围岩的扰动,更重要的是,应考虑围岩在频繁的近距离爆破作用下产生的累计振动效应并加以控制。爆破振动速度控制在3～6cm/s时,最大围岩松动圈厚度约为2.3m,围岩平均损伤度约为0.15。当测点处围岩的振动速度小于2cm/s时,围岩的损伤度积累不明显,可视为爆破振动累积损伤阈值。

岩石松动爆破炮孔密集系数研究

宽孔距岩石松动爆破技术具有增加孔网参数、降低炮孔和炸药消耗、改善破碎效果等优点。理论分析、试验研究和工程实践结果表明：岩石松动爆破较为合理的炮孔密集系数取值为１．５～２．０。

基于松动圈测试的硬岩隧道卸压爆破效果分析

为探讨卸压爆破在硬岩隧道高地应力区段的实际效果,以米仓山隧道卸压爆破方案为依托,在隧道冲击破坏能量准则的基础上,利用围岩松动圈测试对围岩内破碎损伤区进行分析,并采用FLAC^(3D)对卸压爆破后隧道周边最大主应力转移及隧道周边位移的变化进行数值模拟,进而对卸压爆破的效果进行综合分析。松动圈测试结果显示,隧道掌子面及边墙部位的围岩损伤区深度均增加了0.2～0.4 m,平均波速减小约0.11～0.21 km/s,与数值模拟结果中最大主应力向远离隧道转移及隧道周边围岩位移增大相互印证。因此,围岩损伤区破碎程度加强、范围增大,使得更多弹性能被吸收,围岩系统中的弹性余能大大降低,进而达到释放围岩应力的目的。在米仓山隧道长约300 m的围岩破碎带内,未再发生围岩内部应力过大导致的钢拱架变形及喷射混凝土开裂掉块的现象,说明卸压爆破在米仓山隧道高地应力区取得了较好的效果。

松散介质抛掷爆破试验研究

通过不同装药量和装药结构的松散介质抛掷爆破野外试验，研究分析了抛掷爆破技术中介质抛掷分布、抛掷率、最远抛掷距离等抛掷效果与装药量、装药结构和施工工艺等因素的内在联系与规律。研究表明：装药量是影响松散介质抛掷爆破抛掷率的主要因素，炸药单耗控制在1．4～1．8kg／m^3之间可获得比较满意的抛掷效果。采用速凝水泥砂浆将爆体表面进行封闭处理后，会取得更好的抛掷效果。装药结构对松散介质抛掷爆破的介质分布有较大影响，采用集团、线状复合装药结构，不仅使介质抛掷分布更为分散，而且抛掷率也高，能满足快速清障、抢修的需要。

综采工作面过冲刷带方法选择及实践

归纳总结综采工作面过冲刷带的方法,分析了影响综采工作面过冲刷带方法选择的因素,探讨综采工作面在过冲刷带构造时如何科学、合理地选择方法。通过榆家梁煤矿52406综采工作面采用松动爆破结合采煤机截割的方法过冲刷带的实践,对结论进行了验证。

松散介质抛掷爆破仿真模拟

通过建立松散体离散单元模型,采用ALE耦合算法,模拟了松散介质坍塌堆积物的抛掷爆破过程。分析了装药量与抛掷率的关系,并与现场试验结果进行了比较分析,模拟结果与现场试验结果基本吻合,证明了数值模拟方法的可行性,为类似相关工程爆破方案的优化提供了参考。

复杂环境下路堑开挖中控制爆破技术的应用

结合渝怀铁路建设工程实例介绍了控制爆破技术在复杂环境下路堑开挖中的应用。运用控制爆破理论与现场试爆相结合确定爆破参数,通过选用合理的最小抵抗线方向和炮孔堵塞长度及采取孔口叠压沙袋等措施,控制爆破飞石的方向、数量及距离;通过优化爆破参数、装药结构和采用孔内孔外延期非电微差起爆技术,严格控制最大一段起爆药量和降低爆破震动;用边坡光面爆破技术使坡面达到平顺、整齐及无浮石,从而实现了路堑爆破开挖的安全、快速施工。

某矿区Ⅳ号采空区治理

为保证该矿区Ⅳ号采空区下部资源的开采安全,经过多方案比较,对爆破参数进行详细设计,采用的条形药室大爆破方案处理采空区取得了良好的效果,达到了安全、经济和高效的目的,为企业后续生产奠定了基础。

含夹矸煤层综采工作面高效回采实践

为提高夹矸煤层综采工作面采出率,采用适应夹矸变化的割煤方式,依据不同夹矸层参数选择合理的作业方式,实现了夹矸煤层综采工作面的高效回采。实践表明：利用顶板来压和底鼓作用,滚筒可直接切割煤层顶底夹矸;对于煤层中部夹矸,当普氏系数f≤4.5,厚度小于0.2 m时,可利用滚筒割落;厚度为0.2~0.5 m时,采用单排眼布置放松动炮处理夹矸,厚度为0.5~0.7 m时,采用双排眼布置放松动炮处理夹矸,1次震动炮满足2个割煤循环,实现了夹矸处理与割煤。

顶板预裂爆破技术在防止压架事故中的应用

由于高水压松散含水层的载荷传递作用,使覆岩关键层复合整体破断,导致了祁东煤矿7121工作面开采过程中压架事故的发生。防止压架事故需要从防止顶板整体破断入手,顶板超前预裂爆破是一种合适的方法。根据7121工作面地质开采条件和覆岩结构特征,确定了顶板预裂爆破的方案及相关技术参数。实践结果表明,在保障工作面良好支护质量的基础上,采取顶板预爆破措施,使工作面中下部支架平均阻力减小了246 kN,周期来压步距由34.1 m减小为23.0 m,来压持续长度由20.2 m减小为5.0 m,从而降低了覆岩关键层复合整体破断的可能性,对防范压架事故起到了积极作用。

某煤矿岩巷不同爆破方式振动特性研究

通过对煤矿坚硬岩石巷道爆破振动监测,基于萨道夫斯基公式,回归得到巷道掘进爆破和深孔松动爆破振动速度衰减规律,并采用小波包变换和HHT变换对两种爆破方式的地震波能量分布特征进行了对比分析。研究结果表明:在试验煤矿深部地层中,采用浅孔和分散装药的巷道掘进爆破地震波主振频率高,主要集中在150~250 Hz;集中装药的深孔松动爆破地震波主振频率低,集中在40~80 Hz;硬岩中巷道掘进爆破振动速度衰减规律符合软岩特征,而深孔松动爆破与硬岩一致,深孔爆破试验起爆药量没有超出允许单段最大装药量;低频区爆破地震波能量少,巷道掘进爆破地震波能量主要集中在128~277 Hz,深孔松动爆破地震波能量主要集中在32~64 Hz;深孔松动爆破地震波主振频率峰值能量大,是巷道掘进爆破的320倍。