复杂环境中采空区爆破处理实践

从爆破参数、起爆方法和起爆网络等几方面加以考虑,介绍在复杂环境中爆破处理采空区的实践,供相关技术人员参考。     

大型叠层分布采空区爆破处理技术

为应对复杂采空区环境下的露天采矿,通过钻孔、激光扫描获取采空区三维形态,结合袁家村铁矿采空区安全顶板厚度研究成果,确定最佳处理时机,在整体推进中兼顾采空区自由面的开辟。以该矿大型、复杂、叠层分布的空25群为对象,采取全高度一次成孔、分区、分层爆破,上下爆破层互为因子,下爆层空25-2矿柱首先起爆,可增加下层空区暴露面积,诱导空区失稳,下爆层呈爆破漏斗向空区内崩落充填,起爆孔中心掏槽作用可创造侧向自由面,能提高能量利用率、改善爆破效果,上爆层近空区顶板几何中心作起爆点,上爆层径向挤压爆破与爆破漏斗复合作用,对下爆层施加二次冲击,促进空区崩落充填,取得了预期的效果。     

三道庄露采技改基建大爆破的实践

栾川三道庄钼矿区存在大量地下采空区，严重威胁该矿区露天开采的生产安全，需要对地下空区进行处理。通过对三道庄露采爆区环境的分析研究，提出了硐室大爆破的处理方案，采用加强松动爆破与松动爆破相结合、微差起爆及预留边坡保护层等综合措施，使大爆破后爆堆平整，边坡稳定，同时处理了地下采空区。     

复杂地质条件下的采空区爆破技术

在采空区炮区横跨上下两个平盘且采空区未打开透孔部分有水条件下,采用片采空区一 4 起起爆的爆破技术和水孔乳化炸药间隔装药的方式及微差起爆技术,使采空区周围岩体爆破充满空间而又不产生大块。     

平朔东露天矿采空区治理研究及成果评价

通过分析东露天矿采空区顶板到某水平的上覆岩体厚度与空腔高度的比值来判断采空区是否需要进行单独处理。当比值大于5时满足自行填塞不需要单独处理,反之,需要借助软件分析处理采空区的合理时机。东露天矿在原爆破基础上对爆破方式进行技术创新,采用打穿孔填充抵抗线、5 m×5 m矩形布孔与"环形"起爆方式进行爆破,并应用爆破效果指标爆破塌陷深度与塌陷率对创新爆破方式进行评估,证明了该爆破方式满足东露天矿的实际生产需求。     

露天采场高陡边坡下深部采空区的爆破处理研究

鞍本地区是我国最大的BIF型铁矿集中分布区,其铁矿资源量/储量约占全国总量的1/4,但由于日伪时期的掠夺式开采和矿业整合开发前的无序开发利用,在一定深度空间内遗留了大量隐伏采空区,为后期实现规模化露天开采带来极大的安全隐患,成为制约露天铁矿资源安全高效开采的难题。以弓长岭露天铁矿大砬子采区高陡边坡下的深部采空区为研究对象,利用LS_DYNA软件进行采空区的安全爆破模拟研究,结合现场深部采空区爆破参数试验结果,提出了采用孔中起爆处理采空区的方法,具体参数设置为空区预留顶板厚度3 m,孔间延期时间42 ms,排间延期时间75 ms,平均炸药单耗0.237 kg/t。在上述分析的基础上,针对大砬子露天采场高陡边坡内的深部不规则多层采空区提出了分层、分区安全爆破处理的技术方案,且空区边界用切割爆破方法处理,爆破处理效果良好,采空区得到了安全有效治理。     

复杂地质条件下的采空区爆破技术

在采空区炮区横跨上下两个平盘且采空区未打开透孔部分有水条件下，采用4片采空区一起起爆的爆破技术和水孔乳化炸药间隔装药的方式及微差起爆技术，使采空区周围岩体爆破充满空间而又不产生大块。     

露天矿下伏采空区爆破振动预测研究

利用LS-DYNA软件建立单孔爆破振动模型。研究分析了爆破振动在采空区的传播衰减规律,并对采空区顶板振速预测模型进行了拟合,分析确定了爆破振动对采空区的主要影响因素。结合量纲齐次分析理论得出采空区顶板爆破振动峰值振速预测公式,运用Matlab软件回归拟合得到采空区顶板爆破振动峰值振速预测公式的相关系数。可根据工程实况计算爆破单段最大安全起爆药量或预测空区顶板峰值振速,为现场爆破施工设计提供理论依据。     

采空区爆破振动响应特征分析

为了研究爆破荷载对采空区稳定性的影响,通过对矿山交错采空区的监测,采用数值模拟的方法,建立了不同起爆方式的双层采空区的计算模型,分析了下层采空区的响应特征。研究结果表明:下层采空区应力集中区域向下层采空区顶板右侧偏移集中,增大了下层空区失稳的可能性;下层采空区主要破坏位置位于下层采空区顶板中部,表明反向起爆方式时下层空区稳定性较差。     

露天深孔爆破崩落法处理地下采空区实践

袁家村露天铁矿经过多年的地下无序开采,存在大量采空区。根据现场实际,以1740-10-空7#为研究对象,使用澳瑞凯高精度毫秒非电雷管,采用逐孔起爆一次爆破崩落法对空区进行了成功的处理,效果良好。在保证露天采矿生产进度的同时,消除了采空区的安全隐患。     

缝槽水压爆破导向裂缝扩展实验研究

针对西南地区薄煤层在使用传统深孔预裂爆破技术增加煤体透气性时,爆生裂缝无序扩展至顶底板引发顶底板失稳破断的技术难题,结合刻槽爆破裂缝导向性和水压爆破高效性,提出缝槽水压爆破技术。通过实验对比分析了耦合装药爆破、缝槽空气不耦合爆破、缝槽水压爆破形成的裂缝特征及应力演化规律。结果表明：缝槽水压爆破能大面积定向预制二维平面裂缝;在相同装药量下,缝槽水压爆破制造的煤体暴露面积是缝槽空气不耦合装药爆破的1.42倍、耦合装药爆破的11倍;其爆炸应力峰值略高于耦合装药爆破,达到割缝空气不耦合装药的1.5倍。而且,缝槽尖端方向应力变化大于其他方向,引起更大的质点振动,利于煤岩体破断,导向裂缝起裂和扩展,更有利于保护煤层顶底板。     

高精度雷管逐孔起爆地震信号的精确时频分析

靠近煤炭筒仓建筑等的重要设施进行台阶爆破时,必须严格控制爆破振动低频带上能量的大小。基于HHT(希尔伯特-黄变换）方法,结合别斯库都克露天煤矿台阶爆破逐孔起爆方案,研究爆破振动信号的时频及能量分布特征。结果表明：研究建（构）筑物受爆破振动响应,选用爆破振动信号水平分量更为合理;分析爆破振动信号时频特征需结合爆破参数、场地等多因素;高精度雷管逐孔起爆方案可以使爆破振动信号能量分布更均匀,减少能量在10 Hz以下低频带上的分布。     

杏山铁矿中深孔精准爆破技术工艺优化试验研究

合理的爆破参数优化设计一直是制约中深孔崩落回采成本和安全的难题之一。依托杏山铁矿中深孔机械化装药爆破工艺,采用理论分析和现场试验等方法开展研究。基于岩石力学特性及可爆性,开展爆破区域划分;结合经验公式和工程实践,分区域开展精细化爆破孔网参数、装药结构参数以及起爆方案研究;开展分区化爆破工业试验,优化中深孔精准爆破技术工艺。研究结果表明,试验区域矿石回收率大于60.50%,大块率小于4.5%;优化后的爆破孔网参数、装药结构参数和微差起爆方案,能够满足杏山铁矿大结构参数下机械自动装药精细化爆破要求;针对不同工况、不同赋存环境条件下的爆破开展精细化设计,有利于提高爆破质量。     

空孔直眼掏槽微差起爆时间的力学模型及分析

工程实践表明, 微差起爆时间是影响掏槽效果的一个重要因素。掏槽孔装药爆破以后, 槽区内的破碎岩石与爆生气体混合并通过槽区口部向槽外抛掷, 工程上要求爆破结束时剩在槽腔内的岩石碎块越少越好。通过分析槽腔内岩石碎块的运动过程, 建立了掏槽爆破微差起爆延期时间计算的力学模型。应用模型对掏槽微差起爆时间进行的优化研究表明, 掏槽微差起爆时间与孔深成正比。     

麻子坑采场410及420台阶基建工程硐室爆破

分析冯家峪铁矿麻子坑采场矿岩爆破条件，介绍了其４１０及４２０台阶基建工程硐室爆破的药室设计、导硐布置、起爆及硐室填塞方案，并对爆破效果进行了综合评价。     

逐孔起爆技术在广信青洲水泥矿山应用分析

广信青洲水泥矿山现有爆破方式存在爆破振动大,爆堆挖掘效率低,及矿石破碎环节电耗高等问题。引入了高精度导爆管雷管实现逐孔起爆方式,对现有起爆方式进行升级改造。在爆区设计中,引入了三维激光扫描仪对爆区进行了整体优化,以控制前排最小抵抗线及爆区内等时线均匀度。通过类似爆区肩并肩的对比试验,进行了爆破振动监测,统计并分析了挖掘机装车效率及矿石破碎站数据,证实了逐孔起爆技术应用于石灰岩矿山台阶爆破的技术优势。与现有普通导爆管起爆方式相比,可以降低爆破振动约30%~40%; 爆堆块度更加均匀,大块率更低,爆堆铲装效率提高约15%, 减少了车辆的无效等待时间;破碎站电耗平均下降了约5% 。     

深孔聚能爆破坚硬顶板弱化试验研究

针对坚硬难垮落顶板控制问题,以通化矿业（集团）有限责任公司松树镇煤矿为例,根据聚能流侵彻、应力波拉伸和爆生气体气楔作用定向切割使顶板弱化的原理,在分析聚能爆破裂隙起裂扩展条件基础上,设计了深孔聚能爆破顶板弱化方案,并结合现场条件对爆破孔参数进行优化。试验结果表明,聚能爆破弱化了坚硬顶板,缩小了回采工作面初次来压步距,使顶板冒落面积减少近30%,为解决采空区顶板大面积悬顶提供了技术途径。     

特厚煤层顶煤深孔预裂爆破技术研究

针对潘津煤矿二采区23-25号煤层赋存条件,提出采用深孔预裂爆破的方式来弱化顶板;基于断裂力学、爆炸动力学分析了顶煤深孔预裂爆破原理及煤体爆破破坏分区特征;根据前人的研究成果及煤体力学特征,合理地对炸药类型、不耦合系数、封孔系数及起爆方式等爆破参数进行分析,利用数值分析软件ANSYS LS_DYNA确定了最优不耦合系数为1.25,封孔系数为0.25;依据确定的最终参数计算得到爆破下顶煤破碎区半径、裂隙区半径分别为0.836 4、3.942 6 m,弹性震动区半径约5.6 m,并确定炮孔间距为8 m。基于工作面的工程地质条件,提出了两巷超前预裂深孔爆破的顶煤预裂方案,该方案应用于工程实践后,能有效地弱化顶板,提高回采率。     

白云鄂博铁矿矿岩交界区混爆技术方案研究

以白云鄂博铁矿为研究实践对象,因其采场内矿体产状及地质构造成因的复杂性,不可避免的发生矿岩同区混合爆破情况,随之出现爆破根块率及矿石贫化率偏高的问题。总结现场爆破实践经验,分别从"爆区布孔"与"网络起爆"两方面进行技术改进并实践。实践表明,矿岩混爆出现的问题均得到改善,年减少二次爆破费用约19万元,矿石贫化率降低到1.39%,低于正常水平。     

基于LoRa物联的远程智能起爆系统研发

智能起爆系统是有效提升爆破安全管控水平的重要手段之一,现阶段,起爆系统仍存在因起爆能量不足或网路连接失误等难题。研发了基于LoRa物联的无线远程智能起爆系统,对比分析了LoRa技术与主流无线通信技术的区别,简述了智能起爆系统的安全控制及供电设计原理。LoRa通信技术与HM-TRLR-S433 MHz无线远程智能爆破系统具有通信距离远、抗干扰强、体积小等优点;GPS模块选用Air530Z模块,数码电子雷管的接收模块为Zigbee无线透传模块,采用MBus驱动电路将起爆信号发送至数码电子雷管,进而实现无线起爆。同时开展了不同距离、地形的无线远程智能爆破系统抗干扰及系统可靠性试验。结果表明：200~1 000 m的水平距离区间及50~100 m的高差区间内,系统均运行稳定,在电磁干扰、杂散电流干扰下,模块正常率超过90%,振动干扰满足设计要求,系统可靠性高达100%。实现了各个数码电子雷管独立运行,爆破区域智能管控,提高了爆破网路连接的效率与安全性,可以为智能爆破建设、科学管理与决策提供技术支持。