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%。

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。

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。

综采工作面过断层深孔预裂爆破技术应用研究

为解决辛安矿907工作面开切孔揭露坚硬全岩断层导致采煤机截割困难的问题,采用深孔预裂爆破理论,分析了爆炸荷载对断层的破坏作用,并设计了钻孔直径、钻孔深度、装药量、封孔长度和安全振动控制等爆破参数。运用LS-DYNA软件,开展断层爆破参数数值模拟,计算结果显示,炸药爆炸作用的有效范围约为7 m×22 m×2.7 m,在作用区域内应力叠加的作用下,产生远大于岩石的动态抗拉强度的应力,使岩体破碎。根据模拟结果优化爆破参数,并进行现场试验。试验效果表明,爆破后钻孔壁产生了不同长度和宽度的裂缝,形成了裂缝集中区域,基本达到了深孔预裂爆破破碎岩石的目的。采用深孔预裂爆破技术过断层有效地改善了采煤机作业环境,减少了50%的采煤机截齿消耗。

高台阶并段预裂爆破半隔孔导向爆破技术研究

为控制高台阶并段爆破边坡质量及稳定性,在传统预裂爆破技术的基础上,提出了半隔孔导向预裂爆破技术。分析了隔孔导向预裂爆破应力分布规律及裂隙扩展情况。研究表明:半隔孔发挥上部未装药段空孔导向作用,形成拉应力集中,并在炮孔底部加强装药段形成压应力集中,弥补正常孔装药的不足,克服炮孔深部夹制作用;选取半隔孔装药量1.5、2.0、2.5、3.0 kg及孔间距0.6、0.7、0.8、0.9 m各4种方案,开展了半隔孔技术方案数值分析和现场试验。试验结果表明:装药量2.5 kg、线装药密度0.42 kg/m时,孔距选为0.8 m,此时可使能量利用率最大,保证底部的炮孔贯穿。研究结果对于露天矿山开采靠界爆破实践具有一定的参考意义。

深部仰采孤岛工作面初采期间冲击地压防治

以霄云煤矿1310工作面为工程背景,通过计算判断悬顶初次破断失稳位置,分析坚硬顶板破断时释放的大量弯曲应变能,并利用FLAC3D数值模拟分析深部仰采孤岛工作面初采阶段的采动应力变化;基于悬顶破断释放的能量和初采期间应力集中系数超过发生冲击地压的临界值,判断深部孤岛工作面初采期间发生冲击地压的可能性较大;通过采取大直径钻孔卸压结合顶板深孔预裂爆破等综合卸压措施对初采阶段冲击危险性进行防治。结果表明:卸压钻孔形成的弱化带破坏了煤体承载结构,使靠近巷道的浅部煤体应力明显下降,且应力峰值向煤体深部转移;爆破对顶板进行损伤破坏,提前释放或转移了坚硬顶板积聚的弹性能,从而降低孤岛工作面初采阶段发生冲击地压的可能性。

综采工作面过断层施工工艺及支护技术

新景煤矿15032工作面过F7断层期间,存在采煤机破岩量大和故障率高、采空区遗煤量大以及过断层期间围岩破碎等技术难题。对过断层回采方案进行分析,提出了深孔预裂爆破回采工艺,并对工作面过断层期间顶板采取“注浆加固+JW型锚索棚”联合支护。应用效果表明:采用深孔预裂爆破法过断层时实现了断层岩体提前预裂效果,降低了采煤机破岩难度,采煤机故障率由原来的17%降低为4%;对断层区采取联合支护技术后,控制了围岩变形、破碎现象,顶板端面距减小至0.4 m,煤壁片帮深度减小至0.7 m,保证了工作面安全回采。

18502工作面S91陷落柱深孔预裂爆破技术应用

为解决18502工作面回采期间S91陷落柱推进难题,利用物探、钻探和水质化验等方法,对18502工作面的S91陷落柱进行了分析,确定了S91陷落柱的大致位置。通过现场实施深孔预裂爆破技术,每天割煤3刀使得工作面推进2.4 m,较之前日推进速度提高了66.67%;10 d后18502工作面顺利通过S91陷落柱,工作面开始正常安全回采。深孔预裂爆破技术有效解决了工作面推进难题,达到了快速过陷落柱的目的,取得了良好的试验效果,为以后相关工作的发展提供了技术指导。

基于切缝装药定向预裂的中深孔掏槽爆破研究

针对岩巷中深孔掏槽爆破效果差的问题,设计了基于切缝装药定向预裂的中深孔掏槽爆破方案。首先从理论上分析定向预裂对槽腔形成的影响,然后开展掏槽爆破数值模拟揭示槽腔岩体的破坏历程和破坏机制,最后通过现场试验探究其应用效果。结果显示:预裂孔中的切缝装药爆破后沿预裂孔连线会形成定向预裂面,定向预裂面具有自由面反射拉伸效应和应力波阻隔效应,能够促使槽腔岩体充分破坏以形成易于抛掷的岩块,且定向预裂面可以降低成腔阻力,有利于掏槽孔爆破成腔;数值模拟实现了槽腔岩体破坏过程的可视化,通过模拟结果证明了定向预裂面的自由面反射拉伸效应和应力波阻隔效应;相比于现有普通中深孔掏槽爆破技术,在岩巷中深孔爆破采用该掏槽技术时,平均循环进尺增加了0.29 m,平均炮孔利用率提高了11.6%,平均炸药单耗降低了0.19 kg/m^(3),平均雷管单耗降低了0.13发/m^(3),结果验证了此新型掏槽技术在岩巷中深孔爆破的适用性。

基于深孔预裂爆破技术的高边坡路基施工研究

针对高边坡路基部分存在的施工问题,对当前能够应用于高边坡路基施工的爆破技术进行介绍。选取巴基斯坦KKH公路改线项目为主要研究对象,对高边坡路基施工中的深孔预裂爆破技术应用情况进行了研究和分析,解决了高边坡路基施工中对于控制坡面平整度和超欠挖等方面的问题。

沿空掘巷工作面快速接替技术研究

针对胡底煤业小煤柱沿空掘巷工作面快速接替问题,分析认为关键在于解决迎采对掘过程中侧向支承压力影响以及相邻工作面之间切顶线形成速度。设计了双掘进头对向掘进方式和13092巷顶板爆破预裂方案。效果考察表明,囊袋灌浆封孔方式封孔效率提高400%,提前50 d完成工作面接替任务,巷道在两个工作面回采服务期间变形量在可控范围内。

综采工作面过断层回采工艺优化应用

盛泰煤矿15211工作面回采过断层应力叠加区时,工作面出现煤壁片帮以及顶板破碎现象,分析了回采存在的技术难题,采取预裂爆破施工、对断层区岩体采取超前管棚注浆支护,对原回采工艺进行优化,降低了断层区破岩量,提高了断层区围岩稳定性,取得了显著应用成效。

综放工作面过厚夹矸放炮技术应用

为了解决布尔台煤矿12上301综放工作面过厚矸石顶板的问题,对301辅运顺槽实施深孔预裂爆破方案,对目标55 m区域1.4~2.1 m厚的矸石进行爆破施工。根据矸石的厚度,将装药段长度分别设置为10 m,12 m,6 m。工程应用中,支架阻力处于正常稳定范围,放顶煤过程中矸石顺利放出,证明了预裂爆破方案的可行性。

水胶药柱深孔预裂爆破弱化综采面硬岩断层分析

针对采煤工作面开采路径中存在坚硬岩石断层、采煤机直接破碎岩石效率较低的问题,采用自制远距离传爆水胶药柱,通过数值模拟分析,设计合理的爆破参数,进行深孔预裂爆破。结果表明,该药柱远距离传爆性能可靠,当爆破孔孔径为75mm,装药直径为63mm时,破碎半径为0.4～0.5m,裂隙半径为0.5～1.0m。当相邻两炮孔之间的距离为1.6～2.2m时,深孔爆破后岩石中的损伤裂纹扩展,达到了采煤机破碎岩石的要求,为综采工作面顺利通过硬岩断层提供了保证。

基于深孔预裂的球状药包爆破一次成井技术

为保证一次爆破形成垂深30 m的大断面天井,本文提出了基于深孔预裂的球状药包爆破一次成井技术。首先通过对预裂爆破作用机理分析,选取了炮孔不耦合系数为3.1、线装药密度为1.61 kg/m、预裂孔间距为1.3 m等预裂爆破主要参数;同时根据爆破漏斗试验和球状药包爆破特点选取了圆形布孔、球状药包爆破孔间距为2 m、分层高度为3 m、同层同段起爆、分层微差200 ms等球状药包爆破主要参数。最后根据所选参数在三道庄露天矿进行现场实验,实验达到了预期的爆破效果,证明该技术在深孔一次爆破成井可行,对类似工程具有一定参考价值。

非对称不耦合装药结构对预裂爆破效果的影响

为降低爆破开挖对保留区岩体的损伤,采用数值模拟的方法,研究不同装药结构对预裂爆破效果的影响,发现相比于中心单药卷和偏心双药卷,偏心单药卷装药结构下的预裂缝成型效果最佳,且其炮孔壁上的爆炸荷载在保留区一侧较小,在开挖区一侧较大,能在降低爆破开挖对保留区岩体损伤的同时将爆炸能量更多的作用于开挖区岩体。基于偏心单药卷装药结构,在综合考虑预裂缝成型效果和保留区岩体损伤程度的情况下,通过数值模拟的方法研究了爆破参数对预裂爆破效果的影响,结果表明:在不耦合系数为1.68,炮孔间距为70 cm的条件下,预裂爆破效果最佳。

煤矿深孔预裂爆破技术应用研究

为解决较厚坚硬煤层的瓦斯突出和回采率低的问题,采用深孔预裂爆破的方法增加其透气性,并利用煤层松动产生的局部应力突变增加落煤量。根据爆破理论计算了爆破参数,确定了爆炸作用的裂隙范围。实践表明,煤层瓦斯含量降低,提高了回采率,试验与理论基本一致。

深孔控制预裂爆破在高硫化氢矿井瓦斯强化抽采中的应用

针对目前在松软低透气性高瓦斯煤层的矿井瓦斯抽采中采用常规的抽采方法效果都不太理想的状况,在陕西长武亭南煤矿通过利用深孔控制预裂爆破技术,使单孔瓦斯抽采量提高了1.36倍,工作面瓦斯预抽率达到50%以上,煤层透气性系数提高了9倍。通过加强通风排水、硫化氢抽采及爆破孔注石灰浆等措施,使硫化氢得到超前治理,浓度控制在2×10-6～4×10-6以下,有效地改善了工作面的作业环境,实现了安全生产。

耦合装药特性对深孔预裂爆破应力波能量衰减的影响

针对利用深孔预裂爆破技术对低透气性煤层进行强化增透过程中爆生应力波能量弱、衰减快、信噪比低的现状,对爆破孔装药结构提出了改进方案,建立了耦合装药对爆破孔孔壁透射波能量和爆炸载荷影响特性的数值计算模型,利用Matlab编程技术对此数值计算模型进行了计算并获得解析解。在淮南矿业集团顾桥矿进行了爆生应力波能量受耦合装药系数ξ变化的影响特性的现场实验,对基于功率谱的能量分析法进行了改进,并利用此分析法对实验数据进行分析。数值计算和现场实验均表明:随ξ的增大应力波总能量反而减小;当ξ为1.5时,应力波信号在10~50 Hz频段的能量最强,且信噪比也最高。因而在爆破增透实施过程中应将耦合装药系数ξ设计为1.5左右,从而获得最佳的增透半径和增透效果。

青岛胶州湾隧道工程明挖段爆破开挖

胶州湾服务隧道明挖段爆破开挖工程周边环境复杂,由于所在位置处于某军营地院内,需严格控制爆破飞石和爆破振动效应,爆破设计和施工难度较大。采用主爆孔逐孔起爆延时爆破技术,并结合预裂爆破达到了预期效果。介绍了该复杂环境下主爆孔和预裂孔的爆破参数选取及起爆网路设计,并对爆破效果进行了分析,可为同类工程提供借鉴。