爆破开采扰动对巷道围岩稳定性影响的模拟研究

以某金矿Ⅶ号矿体-498m水平开采工作面为研究对象,采用有限元数值仿真分析方法研究了该矿爆破开采扰动对巷道围岩稳定性的影响。研究结果表明:受开挖扰动的影响,巷道顶板的最大主应力减小较为明显。在工作面推进过程中,巷道周边岩体向开挖空间内移动,采掘横巷顶部的位移场沿工作面呈现心型分布,且在采掘横巷与水平沿脉巷交汇处出现的最大位移为6.31mm。随着工作面的推进,采掘横巷围岩的垂直位移呈现增大的趋势,当巷道掘进工作面推进3m以内时,其采掘横巷顶板的垂直位移变化较大,最大增大了60.13%;当巷道掘进工作面推进距离超过3m时,顶板的顶部垂直位移变化不明显,而水平沿脉巷道各监测断面的围岩垂直位移趋于稳定;当工作面推进20m后,可认为开挖对水平巷道围岩的垂直位移没有影响。巷道围岩主要表现为剪切破坏,且巷道临空位置顶板和底板主要表现为拉伸破坏和拉剪复合破坏。     

地下巷道对近区爆破动荷载的响应特性研究

在地下矿产资源开采和地下空间群及隧道开挖过程中,钻爆施工具有无法取代的优势,然而地下既有开挖空间受近区开挖爆破动荷载的影响也不容忽视.为提高钻爆开挖后地下空间围岩安全、稳定以及优化开挖爆破方案,结合某磷矿采掘巷道特征,采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建模计算既有巷道在不同距离爆源(爆源距离巷道距离分别为10 m、14 m、18 m、22 m)巷道的顶板、底板、巷帮动力响应分布.计算结果表明:既有巷道断面近区岩石的破坏以拉应力破坏为主,压应力起辅助破坏作用;相邻巷道的合理布置范围在14～18 m范围之内,有效保证采场结构的安全稳定;倒梯形断面有助于爆炸应力波的引导和发散,同时也有助于提高既有巷道的安全稳定.     

深部矿井复杂综采面仰斜开采破碎顶板控制技术

孙村煤矿开采深度已经达到1350m,是亚洲最深的矿井之一,随着开采深度的增加,原岩的垂直及水平应力越来越大,原岩应力的增加,使围岩破碎程度增大,造成掉顶、片帮,给回采工作面的顶板管理带来很大困难。     

邻近采空区动压巷道的顶板管理

顶板管理是煤矿开采过程中安全管理的重点。据资料统计,顶板事故约占煤矿事故的60％。因此,我们必须加强顶板管理,减少工作面及巷道的顶板事故的发生。尤其是随着采掘深度的增大,工作面顶板控制问题更加突出,邻近采空区的工作面压力不断增大,顶板下沉、巷道变形等状况,给煤矿生产带来更大的危险,研究邻近采空区动压巷道的顶板管理问题就显得更为重要。     

预裂爆破弱化坚硬顶板技术在沿空留巷的应用

集贤煤矿开采深度大,多为坚硬顶板工作面,使得普通沿空留巷技术难以有效实施。为了解决沿空留巷工作面基本顶悬顶长度大、时间长,应力集中程度高的问题,在西二采区二片下料道采用预裂爆破弱化坚硬基本顶技术提前预裂基本顶,弱化顶板,减小基本顶悬顶距,降低基本顶运动对人造帮的影响。结果表明:沿空巷道围岩运动趋于稳定后,巷道围岩变形量远低于普通沿空留巷,同时巷旁人造帮所受载荷也低于人造帮承载能力,确保了沿空巷道的稳定性。     

煤矿深部巷道支护技术探索

深部开采引起高地压、高地温、高岩溶水压和强烈的开采扰动影响。深部矿井重力引起的垂直应力明显增大,构造应力场复杂,地应力高。针对我国深部高地压巷道围岩条件的特殊性与复杂性,巷道支护存在的问题,分析高地压巷道围岩变形与破坏机理,支护系统控制围岩变形的作用。最后,介绍U型铁棚支护在鹤岗市兴安煤矿的应用情况,通过分析矿压监测数据,评价支护效果和围岩稳定性。实践表明,锚索网喷＋U型铁棚支护系统是深部巷道支护的发展方向。     

针对孤岛综放面煤层自燃防治方案研究

综放开采煤层都是特厚煤层,平巷沿底板掘进,留有顶煤。由于受采动影响,使得顶煤破碎离层;有些煤层煤质松软,掘进时,时常冒落形成空洞区;有的上分层已采,下分层采用综采放顶煤技术,由于煤层起伏变化,中间煤层破碎等原因,使综放平巷与顶采空区连通;无煤柱开采留小煤皮的沿空巷道与临近层采空区连通。由于上述种种因素,使综放无煤柱开采平巷自然火灾增多,且火源沿巷道顶板及沿空侧（或顶部）采空区发展迅速。     

巷道爆破掘进中侧压系数对薄层复合顶板影响的数值分析

为分析侧压系数在巷道爆破掘进时对薄层复合顶板的影响,针对东荣二矿17#煤顶底板地质条件建立相应数值计算模型,采用非线性有限元动力分析软件ANSYS/LS-DYNA分析了巷道爆破掘进中在不同侧压系数条件下对薄层复合顶板的影响。分析结果表明:不同侧压系数对薄层复合顶板不同区域影响效果不同,爆炸对顶板的冲击压力影响较大,而对顶板的振速影响较小。随着侧压系数的增大,在掘进工作面后方,爆炸初期顶板压力减小,而中、后期压力逐渐增大;在掘进工作面的前方,爆炸初期、后期顶板压力逐渐增大,而中期压力逐渐减小。因此,巷道爆破掘进时,在工作面后方应及时支护,提高顶板的强度,以减小爆破对后方顶板离层的加速作用;同时应优化爆破参数,以降低爆破对前方顶板的损伤作用,以防掘进过程中发生冒顶事故。     

沿空留巷在厚煤层残区复采中的应用研究

新岭煤矿地采井南风井区属于旧区复采,掘进速度一直是限制生产的重要因素。沿空留巷技术具有煤炭回收率高,回采工作面衔接合理、巷道掘进率低、掘进排矸少的优点,尤其是煤巷掘进速度仅为80～100m／月的旧巷复采区煤层,采用沿空留巷可以解决采掘接替紧张的难胚。     

隧道爆破对顶部桩基的扰动影响

当拟建隧道顶部5 m以上有桩基时,需要考虑爆破开挖对桩基的影响。通过火风山隧道爆破试验研究,针对拱顶2~20 m的围岩内部质点振动和声波检测,证明掏槽爆破和周边眼爆破对围岩振动损伤最强。当掏槽区炮孔起爆8 ms时差、周边眼炮孔起爆4 ms时差时,对围岩内部振动损伤降低到最小,说明采用电子雷管控制爆破可使顶部围岩的扰动处于安全范围。实际隧道顶部4 m以上围岩纵波波速几乎没有下降,最大质点振动速度小于8 cm/s,对于隧道顶部5 m以上的桩基底部基岩影响轻微。     

长柱药包爆破振动位移特性研究

通过研究长柱药包爆破振动波在围岩介质中的传播规律,得到了长柱药包爆破产生的围岩介质位移数值解。对爆破质点位移的分析表明,质点水平和竖向位移在距离爆源一定水平距离时达到最大,该距离与药包的长度和埋深有关。而沿着竖向的质点位移分布规律表明,长柱爆破振动效应在柱体中心两侧并不是对称的。这些规律对进一步研究长柱爆破振动效应有一定的指导意义。     

钻爆法地铁隧道开挖对地下管线的影响

钻爆法地铁隧道施工对临近管线的影响目前研究较少。利用FLAC3D软件施加爆破荷载,研究地铁隧道开挖时周边管线的应力位移的变化。通过改变地表振速来体现爆破荷载的变化,研究不同爆破强度下管线应力位移的变化。同时在研究中,考虑管线与隧道平行及管线与隧道垂直两种位置关系。研究结果表明:由于管线对地层沉降的抵抗作用,当管线与隧道垂直时,管线的竖向位移小于二者相平行时的,但拉压应力大于二者相平行时的;地表振速在1.2².4cm/s时,管线内拉压应力增长迅速,当振速达到2.7cm/s,管线拉应力并未达到接头填料拉应力限值;振速在1.452.4cm/s时,管线内拉压应力增长迅速,当振速达到2.7cm/s,管线拉应力并未达到接头填料拉应力限值;振速在1.45².0cm/s范围内,管线位移增大明显,振速达到2.7cm/s后,管线竖向位移超过工程限值;随着地表振速的增大,管线竖向位移斜率不断增大。管隧平行时,振速增大到2.3cm/s后,位移斜率增长速度加快。     

安太堡矿赋存巷道端帮岩石松动爆破实践

随着安太堡露天矿南部端帮原煤提运口自西向东的移设,释放了旧口位置9号煤层和11号煤层的采掘空间,为了安全回收所释放的煤层原煤,需要对9号煤层顶板位置的岩石层实施深孔松动爆破。但因释放空间距离正在使用的原煤输运巷道较近、爆破施工难度较大,故提出了安太堡矿赋存巷道端帮岩石松动爆破方案。通过优化爆破起爆网路、调整装药结构、采用预裂爆破等综合爆破施工工艺,整体达到了岩石松动的目的,并将巷道垂直振动速度控制到了15cm/s以内,有效保护了正在使用的巷道。爆破实践表明:该方案直接为安太堡矿增加了15.2万m3原煤采出量,将巷道旧口位置的原煤采出率提高到了60.8%以上,具有较高的经济推广价值。本次爆破是巷道近距离爆破施工的一次实践,对巷道周边岩石松动爆破的设计和研究具有一定的参考价值。     

小净距邻近营业线隧道爆破施工研究

成渝高铁新中梁山隧道与既有营业线交叉段竖向净距仅为2.7 m,为顺利完成隧道建设,对既有营业线路隧道利用"天窗"期采用I20b型钢进行加固,并运用"三次钻进法"完成了钢拱架脚底螺栓和锁脚锚杆的安装。根据围岩情况隧道采用机械开挖和非爆法加控制爆破法进行施工,通过计算采用低爆速2号岩石乳化炸药进行爆破,使得最大爆破振速、拱顶沉降值、水平收敛值均在规范允许变化范围内。     

安太堡矿赋存巷道端帮岩石松动爆破实践

随着安太堡露天矿南部端帮原煤提运口自西向东的移设,释放了旧口位置9号煤层和11号煤层的采掘空间,为了安全回收所释放的煤层原煤,需要对9号煤层顶板位置的岩石层实施深孔松动爆破。但因释放空间距离正在使用的原煤输运巷道较近、爆破施工难度较大,故提出了安太堡矿赋存巷道端帮岩石松动爆破方案。通过优化爆破起爆网路、调整装药结构、采用预裂爆破等综合爆破施工工艺,整体达到了岩石松动的目的,并将巷道垂直振动速度控制到了15cm/s以内,有效保护了正在使用的巷道。爆破实践表明:该方案直接为安太堡矿增加了15.2万m3原煤采出量,将巷道旧口位置的原煤采出率提高到了60.8%以上,具有较高的经济推广价值。本次爆破是巷道近距离爆破施工的一次实践,对巷道周边岩石松动爆破的设计和研究具有一定的参考价值。     

戴峪岭2号隧道爆破技术分析

简述了戴峪岭2号隧道的工程情况,针对其围岩地质条件差,采用光面爆破进行隧道开挖.优化设计了各种炮孔爆破参数,实现了开挖轮廓整齐、维持岩体稳定、安全快速施工的目的;并对此工程的施工要点和效果进行了总结与分析.     

武隆小净距隧道掘进控制爆破技术

针对武隆隧道小净距段爆破施工必须严格控制爆破地震效应的特点,提出了可行的爆破开挖方案,并根据爆破地震效应的实测研究结果分别给出了隧道净距为7~12 m和4~7 m 2种工况的爆破参数和设计图表。所提出的掘进控制爆破技术在施工中的应用表明,爆破方案和爆破参数设计合理,爆破开挖未产生过大的超挖和围岩扰动,有效地保证了隧道围岩的稳定。隧道净距为7~12 m和4~7 m时的振动监测表明,临近后洞掌子面的前洞边墙最大振动速度为16.75 cm/s和12.07 cm/s,满足爆破安全规程的振动控制标准。     

连拱隧道控制爆破施工技术及其数值模拟

为了顺利完成百楼1#隧道与连接桂黔两省的红水河特大桥精确对接和控制隧道开挖工程的超欠挖现象,针对隧道穿越地层存在岩体较破碎、滑坡、不稳定斜坡、岩体裂隙较为发育,地形地貌变化较大的复杂情况,设计了1.2 m小尺寸中隔墙连拱隧道施工方案,但国家相关标准规定中墙厚度不宜小于1.4 m。采用Ansys workbench对隧道工况进行静力学分析,对比分析了厚度1.2 m与厚度1.4 m中墙的隧道变形及应力分布,分析结果:1.2、1.4 m中墙结构的变形分别为2.241 6、2.241 08 mm,位移变形部位集中在中墙顶部位置;厚度1.2、1.4 m中墙的隧道边墙结构点最大主应力分别为18.568、18.343 MPa。其结果说明了1.2 m中隔墙结构的变形及最大应力分布均在较为安全的范围内,1.2 m中墙厚度较为可行。采用Ansys ls-dyna对主洞光面爆破作业过程进行了数值模拟,分析了不同装药条件下的光面爆破效果,根据数值模拟结果,优化了爆破参数、装药结构,有效地控制了超、欠挖现象,达到了较好的爆破效果。利用连拱隧道静力学分析模型的模拟结果指导现场施工,确保隧道安全开挖,完成连拱隧道与红水河特大桥精确对接和满足安全运营要求的成功经验,可为同类工程提供参考。     

地下工程喷射混凝土爆破振动安全标准研究

根据一维波动理论,通过分析应力波在不同介质中反射和透射的过程,研究了爆破振动应力波对巷道围岩和喷射混凝土的破坏作用。结果表明,在爆破振动应力波的作用下,对于坚硬岩体,支护结构的破坏主要由喷射混凝土的抗拉强度所决定;而对于软岩体,支护结构的破坏则主要由喷射混凝土与围岩的交界面的抗拉强度所决定。同时,通过研究爆破振动在围岩中的传播规律,得到了掘进爆破工程中喷射混凝土支护的安全距离,为地下掘进爆破工程施工以及喷射混凝土初期支护的设计提供了一定参考。     

隧道全断面开挖光面爆破设计

介绍了军都山隧道开挖施工中所采用的全断面光面爆破快速施工技术。根据隧道围岩硬度大、节理裂隙发育等地质情况,在施工现场进行了掏槽孔不同深度的装药试验,对隧道开挖的爆破参数、炮孔布置、装药结构和起爆网路进行了分析和设计,提出了保证隧道开挖成型质量和提高循环进尺的施工方案与措施,确保了军都山隧道全断面开挖爆破取得圆满成功,可供类似工程参考。