松软低透煤层深孔微差聚能爆破致裂机理

针对松软低透煤层微差聚能爆破致裂增透问题,在分析微差聚能爆破作用过程及影响因素的基础上,利用流固耦合算法建立了微差聚能爆破数值模型,研究了煤体单元应力及裂隙发育特征,并通过煤层深孔微差聚能爆破现场试验探讨了微差聚能爆破致裂机理及对煤层增透的影响。结果表明:深孔微差聚能爆破的新自由面和应力波叠加效应是促进爆生裂隙扩展、衍生裂隙形成的关键因素,炮孔间煤体在短时间内经两次爆破作用使裂隙进一步发育和扩展。先爆炮孔为后爆炮孔提供了新的裂隙面,爆炸应力波经裂隙面绕射、反射并与入射波叠加,使裂隙面附近煤岩体处于拉伸应力状态并促进衍生裂隙的形成;后爆炮孔利用先爆炮孔形成的残余应力场使爆生裂隙密度增加,扩大了煤体致裂范围。微差时间与炮孔间距是影响爆生裂隙扩展特征的重要因素,在其他条件不变的情况下,两者共同作用决定了爆生裂隙的发育形态。当先爆炮孔产生的应力波在微差时间内传播距离小于炮孔间距时,爆炸应力波在两炮孔间煤体中相互叠加增强,随后在裂隙面之间发生反射形成拉伸应力波对煤岩体产生复杂的破坏作用,在原有爆生裂隙间形成新的裂隙。煤层实施深孔微差聚能爆破后增透效果显著,先爆炮孔附近煤体裂隙在后爆炮孔作用下进一步发育,炮孔间煤体裂隙随孔间距减小更易贯通。     

干旱区露天煤矿非构造裂隙爆破技术及案例分析

通过对干旱区露天煤矿非构造裂隙岩性特性、岩体破裂面、裂隙产状以及爆破过程中出现问题的分析,探讨了非构造裂隙岩体对爆破作用的影响。在此基础上,对起爆位置、装药结构、起爆顺序等关键爆破作业环节进行了分析,对爆破设计方案进行了优化,并对爆破效果进行了评价。结果表明,对于干旱区非构造裂隙岩体发育、爆破后会产生较大的岩石大块的矿区,根据岩体倾斜状况,推荐采用对称或不对称的"V"型逐孔毫秒微差起爆网路;对于受剪节理和张节理共同作用非构造裂隙岩体,推荐采用分区、分段多排孔排间毫秒微差起爆网路,不耦合柱状装药深孔爆破。     

岩体结构面对光面爆破效果的影响分析

基于光面爆破机理和平面弹性波理论,分析了爆炸应力波、爆轰气体对不同方位岩体结构面的作用过程,揭示了结构面影响光面爆破效果的原因。认为岩体结构面与预定光面相交,当二者交线与两炮孔连心线垂直时,结构面的阻隔作用将削弱爆炸应力波、爆轰气体准静态压力分别在炮孔连心线上的叠加,预定光面难以形成;当二者交线平行于两炮孔连心线(结构面走向与连心线方向一致)时,结构面具有自由面的作用,光面爆破效果亦难保证。     

钻孔电视在深孔爆破成井中的应用

某矿利用深孔爆破成井技术形成高溜井，因岩体局部节理裂隙发育，严重影响爆破效果和效率。提出了利用钻孔电视从前视角度和侧视角度对钻孔内孔壁进行无扰动的原位钻孔摄像，分析岩层结构、节理裂隙，绘制岩层剖面图，根据结构面的产状调整装药结构和爆破方案，避免了爆破事故，快速顺利穿越结构面。实践证明，在钻孔电视的协助下进行深孔爆破成井，可视化程度高、成本低、安全高效。     

煤岩体双孔爆破应力波及裂纹扩展叠加效应分析

针对煤岩体松动爆破施工中炮孔间距和爆破方案选择的问题，根据岩石动力学及爆破理论计算了双孔爆破裂隙区贯通的炮眼间距，并采用LS-DYNA分析了双孔爆破应力波及裂纹扩展叠加效应对炮孔间距和爆破方案的影响。结果表明：双孔同时爆破，炮孔间距3.4 m（单孔爆破裂纹半径的2倍）时，炮孔间的裂隙区不能全部贯通，炮孔间距2.5 m时，炮孔间的裂隙区才能够全部贯通；微差爆破，炮孔间距3.4 m时，由于先爆炮孔周围裂隙区的裂纹在后爆炮孔应力波的叠加作用下发生明显的二次扩展，炮孔间的裂隙区能够基本贯通，而炮孔间距3.0 m时，炮孔间的裂隙区能够全部贯通并覆盖钻孔间全范围；现场采掘面进行松动爆破时，炮孔间距一般应小于单孔爆破裂纹半径的2倍（炮孔同时爆破约取单孔估算炮孔间距的70%，微差爆破约取单孔估算炮孔间距的90%），才能保证松动爆破效果；微差爆破与炮孔同时爆破相比，不但能保证爆破效果，而且还可以减少炮孔数量和爆破材料用量，是优先选择的爆破方案。     

干旱区露天矿爆破作用线理论与实践研究

针对干旱区露天煤矿非构造裂隙岩体爆破过程中出现的大块率高、爆堆不规整等问题,提出了爆破作用线起爆技术,通过增加岩体内侧向爆破自由面、加强爆破作用方向及强化爆破作用破碎强度三方面,探讨了爆破作用线对非构造裂隙岩体爆破作用的影响。研究认为:对于深凹露天矿炮区中存在的非构造裂隙岩体,确定爆破作用线方向,设计采用非电导爆管加"四通"的斜线逐孔毫秒微差单侧或双侧向自由面不耦合集中或分段装药深孔爆破,可加强爆破作用线上炮孔对节理、裂隙发育岩体的破碎效果。对不同高度山体(50m,35～50m,35m)和倾角的山坡露天矿,采用分区、分段间隔爆破作用线逐孔毫秒微差上、下层分次或同时起爆、垂直深孔不耦合分段装药或倾斜孔散状耦合装药的爆破方式,可使爆破大块率降低。     

千家坪钒矿中深孔爆破参数优化试验研究

以千家坪钒矿水平扇形深孔阶段矿房法回采中深孔爆破为研究对象,针对该矿岩呈薄层状结构、节理裂隙发育的特点,在爆破漏斗试验的基础上,进行中深孔爆破参数的优化研究,获取最适合该矿岩特性的爆破参数,孔排距3.0m,孔底距约3.6m,炮孔临近系数为1.2左右,孔间延时50ms孔底起爆,取得细粒级碎块提高6.8个百分点,大块率降低5.4个百分点的良好效果。     

岩体的节理裂隙对爆破块度分布的影响分析

在同一组爆破参数条件下,不同位置的炮孔处,采用相同的炸药单耗量进行深孔爆破实验,利用Kuz-Ram预测模型中岩石爆破块度的分布与爆破参数之间的定量关系,观察到的实际块度平均尺寸与理论预测结果有很大的差距,表明岩体结构中节理裂隙、岩石性质等是影响块度级配分布的主要因素。在开采级配石料爆破中,需对地质结构的分布状态进行研究分析,这对确定合理爆破参数具有指导作用。     

复杂破碎岩体矩形聚能药包预裂爆破试验研究

矿山靠帮作业中,确保节理裂隙发育地带的预裂爆破效果具有重要意义。为解决复杂破碎岩体预裂爆破效果差、半壁孔率较低的难题,以酒钢集团西沟石灰石矿西帮为例,结合炮孔特点及施工工艺,提出 了一种聚能槽角度85°、药柱与孔壁之间约有13 mm空气间隔的矩形聚能装药装置,并分析了其聚能射流定向破岩机理;建立了聚能装置ANSYS/LS-DYNA数值模型,提取分析了沿聚能槽水平方向、垂直方向的监测点应 力特征。研究表明：由于聚能药包的存在,调整了炮孔周边岩体应力分布状态,使得在与孔壁相同距离下,沿炮孔中心水平方向应力明显大于沿炮孔中心竖直方向应力,前者为后者的1.62~3.51倍,爆炸能量充分作用 于聚能槽方向,使沿炮孔中心竖直方向（即被保护岩体方向）能量减弱,有效提高了聚能成缝效果。现场进一步试验结果表明：采用矩形聚能药柱预裂爆破区域半壁孔率为64%~82%,不平整度小于20 cm,远优于普通 预裂爆破,验证了矩形聚能药柱装药结构的可行性,对于类似矿山具有一定的借鉴意义。     

裂隙岩体空气间隔装药数值模拟研究

节理裂隙是自然岩体普遍具有的特征,工程实践与研究均表明岩体裂隙对于岩石爆破效果存在显著影响.针对空气间隔装药在裂隙岩体中的应用问题,采用有限元分析方法对不同节理间距条件下垂直节理岩体空气间隔装药爆破进行了数值模拟,分析了不同节理裂隙间距条件下爆破的损伤效果与应力分布情况,探讨了裂隙岩体对空气间隔装药爆破效果的影响作用.     

基于岩体声波损伤特性的露天台阶爆破试验

基于声波岩体损伤定义,采用StrataViewTM R24 Exploration Seismograph爆炸震动测试仪和克浪公司生产的KDH-SWA-3C-60A型MVSP三分量测井检波器,利用锤击叠加作震源对台阶爆破钻凿的炮孔进行了声波测试试验,研究了爆区附近岩体的损伤.结果表明：经历过冲击载荷扰动的岩体与未受扰动前相比,其纵波波速均降低,接收波的主频向低频移动,岩体的纵波速度和横波速度之比也发生劣化;损伤区的范围可以用波速的变化来划分,在爆破设计施工中,应该考虑爆破损伤区的影响.     

炮孔底部水介质在台阶爆破中的作用

运用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,对炮孔底部水间隔装药结构与正常装药结构做了对比数值模拟分析。结果表明：台阶炮孔底部的水垫层使得炮孔中的炸药爆炸时能量分布更加均匀,延长了应力波在岩体中的作用时间,更有利于破碎台阶的岩体。通过在现场进行具体应用实践,取得了良好的爆破效果,对进一步研究含水炮孔水压爆破和现场应用推广具有一定借鉴意义。     

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。     

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。     

节理岩体爆破破坏模式的机理分析及数值模拟

节理的存在是岩体明显区别于岩石的一个重要特征,也是导致岩体具有非均质性及各向异性的一个重要因素。在对节理影响岩体爆破破坏模式的机理进行分析的基础上,利用能够很好模拟岩体内节理分布及裂纹产生与扩展的一种新的数值方法--数值流形方法,对3种不同节理岩体,即无节理岩体、均布水平节理岩体、均布垂直节理岩体等在均布于垂直于圆周方向上的爆炸荷载作用下的破坏过程进行了模拟。由模拟结果可以明显看出,节理的存在对岩体的破坏模式起到了关键性的控制作用,完整岩体的破坏形式呈现出了很好的对称性,而水平及垂直节理岩体的破坏模式在很大程度上是受到节理分布的控制。     

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。     

裂隙岩体爆生裂纹扩展机理数值模拟研究*

为研究裂隙岩体爆破裂纹扩展机理,采用LS-DYNA软件模拟含竖向单裂隙、水平单裂隙和竖向平行裂隙的岩体爆破过程,并讨论原岩应力对裂隙岩体爆破的影响。结果表明：炮孔连线中心处存在竖向单裂隙时,孔间裂纹均能实现贯穿,裂隙有闭合的趋势,且裂隙的存在有利于提高孔间岩石的破碎程度。炮孔连线处存在竖向平行裂隙时,裂隙尖端萌生的翼裂纹可以贯通,但平行裂隙之间无法实现良好的破岩效果。水平裂隙距炮孔较近时,应力波透射至裂隙面背爆侧后会产生较多拉伸裂纹。水平裂隙距离炮孔较远时,裂隙的阻隔作用较明显。在静水地应力作用下,岩石径向拉伸裂纹和尖端翼裂纹的萌生与扩展均受到抑制作用。在非静水地应力作用下,裂纹扩展在最小主应力方向受到的抑制作用更大,且该抑制作用随最大主应力的增大而增大。     

进路充填采矿法采场破碎炮孔护孔爆破试验研究

赞比亚谦比希铜矿西矿体采用进路充填采矿法开采,采场内矿体局部破碎并有泥质夹层,部分炮孔破碎易坍塌,装药困难,导致装药爆破效率低、爆破进尺小、炸药单耗高,采场出矿能力低。经过对采场岩性、钻孔爆破调研分析,提出对破碎炮孔护孔并相应优化布孔装药参数的试验方案。介绍了判定需要护孔的破碎炮孔的判据、破碎炮孔护孔材料和规格及针对破碎炮孔护孔的布孔装药参数优化设计。选定有代表性的采场进行了现场试验,试验结果表明,采用破碎炮孔护孔并优化布孔装药技术,提高了装药效率,增加了爆破进尺,炮孔利用率达97%,炸药和雷管单耗降低,改善了爆破效果,提高了采场出矿能力。介绍了产生的经济效益和在谦比希铜矿的推广应用情况。     

台阶炮孔爆破软件BLAST-CODE及其在歪头山铁矿的应用

实践经验表明,基于个人经验进行台阶炮孔爆破设计,难以对爆区矿岩可爆性和自由面条件等因素进行综合量化分析,爆破参数的合理性和爆破效果往往不能得到保证。BLAST-CODE爆破设计软件的开发与应用,则是为解决这一问题而进行的一种尝试。BLAST-CODE爆破设计软件在采场地质地形数据库技术和基于聚类分析方法的矿岩可爆性分级方法的基础上,基于矿岩可爆性、炮孔自由面条件及炸药威力等条件参数由计算机自动完成孔位设计和药量计算,以人机交互方式设计起爆网络。在歪头山铁矿应用的结果表明：使用该软件,爆破参数选取科学、合理,应用简便,对改善爆破破碎效果,实现矿山日常爆破设计工作的规范化,具有重要实际意义。     

Study on control of rock fragmentation at limestone quarry

The size distribution of a muck pile depends not on only the blasting standard but also on the mechanical properties, joint system, and crack density of the rock mass. As, the cracks in the rock masses are especially heavily developed at the limestone quarries in Japan, they, along with the joints, have a large impact on the effects of blasting, such as the size of the muck pile. Therefore, if the joint system and/or crack density in a rock mass can be determined and quantitatively evaluated, the blasting operation can be conducted more effectively, efficiently and safely. However, guidelines for designing appropriate blasting standards based on the rock mass conditions have not yet been scientifically developed. Therefore, blasting tests were conducted on different mines and faces, under different geological conditions and blasting standards, in order to determine the impacts of each factor on the effects of blasting. Summarized the results of a series of blasting tests and described the impacts of geological conditions on the size of the muck pile produced by blast. Bhandari S. Engineering rock blasting operations, 1997.