中深孔一次爆破成井的掏槽爆破方式优化研究

介绍了天井一次爆破成井的两种掏槽爆破方案,方案1采用9个大孔加4个小孔的布孔方式,方案2采用5个大孔加4个小孔的布孔方式。利用Ansys/LS-DYNA软件对两种掏槽爆破方案进行了数值模拟分析。分析结果表明,两种掏槽形成的掏槽断面尺寸均可满足设计要求,槽腔断面呈现出两端大中间小的特点,具有较好的掏槽效果;方案1的爆破振动控制效果明显优于方案2;综合考虑掏槽效果、凿岩成本和爆破振动控制效果,需要对周围岩体进行保护时应该选用方案1;不需要对周围岩体进行适当保护时应该选用方案2。两种方案的现场试验均获得了预期的掏槽爆破效果。研究结果可为矿山一次爆破成井技术方案的选择提供参考。     

某地下金属矿直眼掏槽爆破试验及控制措施

掏槽爆破是地下金属矿山掘进过程中一个极为重要的工序,其直接影响到整体掘进效率 和爆破质 量。合理的掏槽方式和爆破参数对地下掘进爆破至关重要。以某地下矿山斜坡道掘进爆破为例 ,阐述了直眼掏槽 爆破的原理和主要影响因素。开展了单空孔直眼掏槽爆破、三空孔直眼掏槽爆破和三空孔直眼 掏槽爆破改进共 3 种方案的现场爆破效果对比试验。试验结果表明：3 个方案的炮孔利用率分别为 60.33%、 77.67% 和 89.00%;适当提 高空孔的数量,增大掏槽爆破的补偿空间,有助于提高爆破掘进效率。现场采用第 3 种方案 后,掏槽爆破成腔质量 提升明显,掘进爆破炮孔利用率为 88.55%~91.53%,平均炮孔利用率达到 90.12%,可以满足 掘进爆破循环进尺要 求。最后提出了掏槽爆破质量控制措施,对于类似条件矿山具有一定借鉴作用。     

巷道爆破掘进中掏槽孔优化设计与应用

爆破技术在矿山巷道掘进中广泛运用,掏槽爆破是关系到巷道全断面爆破能否取得预想效果的关键,选择合理的掏槽形式对爆破效果有决定性的作用。针对某矿山现有的单孔装药菱形直眼掏槽技术在硬脆性花岗岩中夹制性大、炮孔利用率低等问题,通过增加自由面和补偿空间的方式对原掏槽孔布置进行优化,提出了双孔装药矩形直眼掏槽技术,并应用于某矿区巷道掘进工程中。爆破后,炮孔利用率高达82.6%,取得了良好的爆破效果,提高了炮孔利用率,加快了巷道掘进速度。双孔装药矩形直眼掏槽技术对类似硬岩巷道的爆破掘进施工具有重要的指导意义。     

谦比希铜矿东南矿区巷道掘进爆破改进思路 及控制措施

由于谦比希铜矿东南矿区北采区巷道掘进爆破参数不合理、炸药单耗高、断面成形差、岩体块度过于破碎,导致矿山爆破成本居高不下,溜井易堵塞,严重威胁了生产掘进作业安全。为有效解决矿山掘进爆破作业中存在的技术难题,开展了矿岩质量稳定性分级和现场爆破漏斗试验,分别从调整掏槽方案、控制起爆延期时间、优化周边孔控制爆破方法等方面提出了提高爆破效果的爆破控制改进思路,并对现场施工的安全措施进行了讨论。研究表明：①矿化板岩属于第Ⅲ～Ⅳ级岩体,上盘石英岩和下盘石英岩均属于Ⅱ级岩体,基底花岗岩和下盘砾岩均属于Ⅱ级岩体,岩体条件差异较大,需根据现场岩性对爆破参数进行动态调整;②现场爆破漏斗试验确定的合理炸药单耗约1.86 kg/m³,当前炸药单耗明显偏高,具有较大的优化空间;③斜孔掏槽在炮孔数量、单耗、爆破效果等方面较直孔掏槽具有明显的优越性,适宜开展斜孔掏槽对比试验;③矿山掘进爆破微差延期时间偏大,可采用短微差延期雷管进行优化试验;④周边孔装药结构不合理,适宜采用所提爆破改进思路进行调整,改善巷道轮廓控制效果。今后将通过多方案现场爆破对比试验,验证改进思路的可行性和可靠性,为矿山生产爆破巷道控制提供参考。     

提高龙首矿下向六角形进路式采矿爆破效率试验研究

龙首矿采矿方法为下向六角形进路式胶结充填采矿法，“低进尺、多循环”是多年来龙首矿进路回采的主要特征，爆破效率低。本文在对龙首矿岩体的可凿性和爆破性分级的基础上，设计了进路爆破掏槽方式，应用断裂力学理论确定了崩落孔和周边孔的布孔参数，采用大直径空孔直线掏槽全断面一次性崩矿方案。实践证明，在炸药单耗不增大的情况下，使六角形进路爆破的炮孔利用率达90％以上，单炮崩矿量平均达120t，爆破效率平均提高20％以上。     

岩巷掏槽爆破掘进数据库建立及参数优化研究

掏槽爆破掘进参数是岩巷钻爆法施工的关键参数,优化爆破掘进参数是确保钻爆法高效率施工的重要途径之一。依据1980—2022年共200个代表性爆破掘进案例,利用统计学方法分析了爆破参数在普氏系数和断面面积2个岩巷特征参数维度下的变化特征,通过构建爆破掘进案例数据库研究了岩巷掏槽爆破客观规律。结果表明:随着普氏系数增加,岩石极限抗压强度增大,为保证爆破效果,可适当增加炮孔长度和炸药单耗,同时也会略微增加单循环进尺,但岩石自身高应力导致的夹制作用会降低炮孔利用率;通常设置空孔为掏槽爆破提供新的自由面,通过应力波反射拉伸使得靠近自由面的岩体破坏区域更大,硬岩巷道更适合直孔掏槽爆破。在较大断面岩巷的掏槽爆破掘进过程中,岩石夹制作用较小,较小的炸药单耗可以达到良好的爆破效果,从而促进了单循环进尺和炮孔利用率的提高;由于大断面面积对岩石爆破的限制作用减弱,无需过分增加炮孔数量和装药量,相反适当减缓炮孔数量的增长速率也能够达到良好的爆破效果。上述分析可以为爆破参数优化、岩巷高效施工提供参考。     

切缝药包掏槽爆破研究与应用

切缝药包对爆炸能量具有极强的导向作用,将切缝药包引入到掏槽爆破,提出“先切后掏”的爆破思想。先采用切缝药包爆破将中心部分岩体与围岩分割开,克服爆炸初期自由面单一,围岩的夹制作用大等不利因素。在后续炮孔的爆炸作用下,将槽腔范围内岩体破碎,并抛掷出槽腔。进行了矩形切缝药包掏槽数值研究,结果表明：沿切缝方向能量得到了优先释放,沿切缝两炮孔中间的有效应力达到200 MPa以上,炮孔间裂纹形成贯穿。单独掏槽爆破炮孔利用率达到97.8%,全断面一次爆破平均炮眼利用率为96.9%,验证了切缝药包掏槽爆破的可行性。     

谦比希铜矿东南矿区巷道掘进爆破改进思路及控制措施

由于谦比希铜矿东南矿区北采区巷道掘进爆破参数不合理、炸药单耗高、断面成形差、岩体块度过于破碎，导致矿山爆破成本居高不下，溜井易堵塞，严重威胁了生产掘进作业安全。为有效解决矿山掘进爆破作业中存在的技术难题，开展了矿岩质量稳定性分级和现场爆破漏斗试验，分别从调整掏槽方案、控制起爆延期时间、优化周边孔控制爆破方法等方面提出了提高爆破效果的爆破控制改进思路，并对现场施工的安全措施进行了讨论。研究表明：①矿化板岩属于第Ⅲ～Ⅳ级岩体，上盘石英岩和下盘石英岩均属于Ⅱ级岩体，基底花岗岩和下盘砾岩均属于Ⅱ级岩体，岩体条件差异较大，需根据现场岩性对爆破参数进行动态调整；②现场爆破漏斗试验确定的合理炸药单耗约1.86 kg/m³，当前炸药单耗明显偏高，具有较大的优化空间；③斜孔掏槽在炮孔数量、单耗、爆破效果等方面较直孔掏槽具有明显的优越性，适宜开展斜孔掏槽对比试验；③矿山掘进爆破微差延期时间偏大，可采用短微差延期雷管进行优化试验；④周边孔装药结构不合理，适宜采用所提爆破改进思路进行调整，改善巷道轮廓控制效果。今后将通过多方案现场爆破对比试验，验证改进思路的可行性和可靠性，为矿山生产爆破巷道控制提供参考。     

复合掏槽在岩巷快速掘进中的研究与应用

为解决阳煤五矿南翼五采区集中高抽进风巷炮孔利用率低、大矸率高、整体掘进效率低等难题,运用LS-DYNA软件模拟楔形掏槽与复合掏槽方案,研究了岩体内部应力变化规律,并进行现场试验。结果表明复合掏槽更有利于破碎岩石,形成槽腔,提高爆破效率。新方案较原方案单循环进尺提高了0.46m,炮孔利用率由69.5%提高到92.5%,且无可见大块矸石,取得成效显著,对类似的岩巷爆破掘进具有参考价值。     

楔形掏槽炮孔角度对称性对掏槽效果影响研究

为了研究楔形掏槽炮孔角度对称性对掏槽爆破效果的影响,从理论上阐释了楔形掏槽爆破机理;并采用黑索金炸药对水泥砂浆试块完成了楔形掏槽对称性爆破相似模拟试验,综合评价分析了爆破形成的槽腔深度、体积和炮孔利用率等爆破效果。在潞安屯留煤矿南翼轨道大巷现场试验,循环进尺提高了11.5%。研究结果表明掏槽眼炮孔角度对称布置能够充分利用炸药的爆破能,增大爆破槽腔体积,增加槽腔深度,掏槽效果优于角度不对称情形,有利于提高掘进进尺,对隧道、巷道掘进施工具有参考意义。     

普朗铜矿自然崩落法切割井形成技术研究

中深孔一次爆破形成切割井是自然崩落法矿山聚矿槽爆破的先决条件。为实现普朗铜矿DU411潜孔台车施工[?]762 mm空孔、SimbaH1354台车施工[?]76 mm中深孔工艺条件下切割井的安全、稳定施工,在总 结矿山含矿岩体物理力学性质的基础上,采用最大拉应力破坏准则和Mises准则,对矿山中深孔爆破作业在主要的4类含矿岩体中形成的破碎区、裂隙区进行了理论计算,认为切割井掏槽炮孔的设计应按破碎区范围布 孔,辅助孔和周边炮孔应按裂隙区范围要求布孔,在此基础上确定了切割井中深孔设计参数。按照达到爆破效果需满足补偿空间要求的原则,结合电子雷管可随意确定爆破时间的优点,对各孔爆破时间按照岩石破碎 、飞掷充满补偿空间、轴向移出高度范围形成新的补偿空间3个阶段进行了计算,提出了余波推动自由落体运动确定t3的方法,达到了随爆破不断创造补偿空间的效果。经过现场试验,实现了中深孔一次爆破形成高18 m、断面4 m×4 m的切割井。采用试验成功的技术方案,矿山已安全、高质量地完成了250个聚矿槽的中深孔爆破工作,过程中未发生安全和质量事故。     

地下硐室浅孔爆破方案设计及数值模拟

针对地下矿山硐室底板浅孔爆破整平工况,采用中心多段掏槽、周边孔延期爆破方式一次性实现浅孔爆破施工作业,通过结合现场实际情况与理论计算得出爆破设计参数,其中对掏槽区域进行专门设计,优化掏槽方式以保障掏槽区域岩石顺利抛掷并为后排炮孔提供自由面。为验证设计的合理性,设计人员使用LS-DYNA数值模拟软件建立浅孔爆破三维有限元模型,对爆破设计进行数值仿真分析。结果表明：岩石模型受爆破冲击作用后材料失效明显,有效应力高于岩石失效条件,炮孔周围压缩失效,炮孔间成缝贯通,破碎均匀;现场爆破施工完成后,爆堆松散集中,岩石破碎均匀,炮孔利用率达到72%～82%,爆破效果较为理想,为此类工程的爆破设计提供参考。     

分层不掏槽爆破在下山巷道掘进中的试验研究

针对煤矿下山巷道钻爆法掘进中普遍存在的循环进尺小、炮孔利用率低、爆后矸石堆积工作面、留底严重等问题,提出一种分层不掏槽爆破技术。基于高速摄影和掏槽破岩理论,通过试验对比,分析了直眼掏槽、楔形掏槽、不掏槽3种形式的爆破破岩效果优劣;并使用ANSYS/LS-DYNAY有限元软件,对实际工程中不掏槽单孔爆破时的炮孔内岩石连续损伤演化累积过程进行数值模拟。在实际煤矿下山巷道掘进施工中,采用楔形加直眼掏槽和分层装药、同时起爆、不掏槽2种爆破方案,进行现场试验。通过对掘进进尺、炮孔利用率、光爆效果、抛渣距离、矸石块度等指标的对比分析,评价设计方案,优选出综合指标最佳的爆破方案。采用此方案,能将月进尺提高13%以上,并能大大提高出矸效率。     

亚光面爆破试验及应用研究

马坑铁矿采用二次压顶成型传统爆破方案掘进巷道,存在壁面超欠挖、巷道轮廓不规整、炮孔利用率低、大块多等问题,极易导致安全隐患。通过现场调研、参数优化和现场爆破试验,在原有方案基础上,提出"1+8"、"2+8"、及"1+8"(出矿进路)三种一次成型亚光面爆破方案。经现场验证,取得了很好爆破效果,解决了二次压顶引起的安全隐患,提高了轮廓的完整性和炮孔利用率。     

煤矿快速钻进设备与大孔径直眼掏槽快速爆破关键技术研究

目前,煤矿岩石巷道掘进施工的主要方法钻眼爆破法,使用钻眼爆破法进行掘进时,爆破效果好坏、循环进尺大小和炮孔利用率的高低关键是掏槽,掏槽眼的布置方式分为直眼掏槽和斜眼掏槽。大量实践表明,受现有地质条件、巷道断面、凿岩机具、装药等因素的影响,每循环进尺要达到2.5~3.0 m,不论采用直眼掏槽还是斜眼掏槽,都容易出现掏槽效果不好,炮孔利用率低的现象。研制开发了一种液压掘进钻车,既可钻小直径普通钻孔,又能钻直径为100~110 mm的大孔,解决直眼掏槽爆破大直径炮孔自由面的问题,达到快速掘进和快速爆破的目的。     

进路式采矿爆破参数优化试验及应用

针对某矿进路采矿循环进尺小、炮孔利用率低的问题,通过优化爆破参数,把单层楔形掏槽改为双层楔形掏槽,加大掏槽孔装药系数,以单循环进尺米数、掏槽孔利用率、炸药单耗等指标作为评价爆破效果优劣的标准。试验结果表明,在某矿进路采矿中采用双层楔形掏槽能够取得良好的爆破效果,并且能够取得一定的经济效益。     

大直径空孔双螺旋掏槽在大断面隧道开挖中的应用

在沙特NEOM隧道支洞项目中,4#支洞为全线路的关键段,前期开挖爆破中采用4空孔直线掏槽方法,掏槽效果不稳定,平均进尺为4.55 m,炮孔利用率为91%,爆破后凿欠和修整的时间较长,影响隧道掘进效率,无法满足施工进度要求,且不利于控制施工成本。为此,在综合考虑隧道围岩及钻孔条件后,设计了一种3×Ф127 mm空孔的双螺旋掏槽方案,理论开挖进尺为5.0m,经过85个开挖循环的测试统计,大直径空孔双螺旋掏槽方案的平均循环进尺为4.86 m,炮孔利用率为97.2%,循环进尺比前期采用的4空孔直线掏槽方案提高了0.31 m,实际爆破炸药及炮孔消耗均有所降低。在软弱、中硬及坚硬条件下的大断面隧道施工中,与传统的掏槽爆破方法相比,大直径空孔双螺旋掏槽方案可提高掘进效率,降低爆破成本,经济价值显著。     

中空孔对直眼掏槽爆破效果的影响数值模拟

为了研究中空孔对直眼掏槽爆破效果的影响,运用非线性动力分析平台ANSYS/LSDYNA,建立有、无中空孔2种直眼掏槽爆破的三维数值模型,比较分析掏槽爆破过程中爆炸应力场演化历程以及岩体破坏特征。模拟结果表明:由于中空孔处发生了应力波反射,中空孔附近产生明显的应力集中效应,中空孔模型孔壁处测点的等效应力峰值为107.0 MPa,无中空孔模型中心区域测点的等效应力峰值为20.3 MPa;有中空孔时槽腔内岩体被充分破坏,空孔与掏槽孔之间形成贯穿裂隙,且空孔附近形成了层裂现象,而无中空孔时槽腔中间岩体破碎长度差、炮孔利用率低。     

岩巷掘进掏槽爆破理论与技术研究进展

岩巷爆破掘进的炮孔利用率取决于掏槽爆破效果,研究掏槽方式与掏槽爆破参数对提高掏槽效率具有重要意义。对目前国内外岩巷掘进掏槽爆破的研究现状进行了综述,归纳了岩巷掏槽爆破的理论与试验研究状况及掏槽技术的工程应用情况。主要内容包括:1归纳了斜孔掏槽技术研究现状;2从空孔效应、抛掷过程、爆破参数与掏槽机理4个方面总结了垂直孔掏槽技术研究现状;3介绍了一种新的掏槽技术—准直孔掏槽技术及其研究进展。此外,还就今后岩巷掘进掏槽爆破研究的展望阐述了一点认识,为岩巷掏槽爆破研究提供参考。     

煤矿岩巷爆破掘进炮孔密度优化研究

岩巷掘进工作面的炮孔密度(全断面炮孔数与断面面积之比)很大程度上影响了凿岩工作量和爆破效果,为了实现岩巷的快速掘进,需要对岩巷爆破的掏槽结构和其他爆破参数进行优化,在保证爆破循环进尺和巷道周边成型质量的基础上减少全断面炮孔数目,降低炮孔密度。根据在岩巷爆破掘进现场收集的资料,建立岩巷掘进爆破参数数据库,其中包含施工时间、矿区位置、掏槽方式、岩石普氏系数、掘进断面面积、全断面炮孔数目、炮孔深度、炸药单耗和炮孔利用率9个特征参数。通过对关键参数下的炮孔数目与断面面积进行线性拟合,得出关键参数在不同区间的炮孔密度变化规律,研究表明:大部分工程的炮孔密度约为5个/m²;炮孔密度与各参数具有一定相关性。其中,中深孔爆破的炮孔密度拟合值大于浅孔爆破;炸药单耗增大时,炮孔密度明显降低;炮孔利用率增大时,炮孔密度出现增大趋势;硬岩巷道的炮孔密度显著大于软岩;斜孔掏槽形式下的炮孔密度大于直孔掏槽的炮孔密度。炮孔密度较大是由于受到岩石破碎机理影响与爆破技术的限制,从而提出改进爆破技术,即采用二阶二段掏槽技术和周边孔切缝药包定向断裂控制技术。通过现场试验,发现同时采用二阶二段掏槽和周边孔切缝药包定向断裂控制技术既能够大幅降低炮孔密度,由5个/m²降到4个/m²,还可以保证爆破效果。研究对提高我国煤矿岩巷的快速掘进水平具有参考价值。