优化爆破参数对提高岩石巷道掘进效率的探讨与实践

1爆破参数的优化与理论分析 1．1掏槽眼布置形式 岩巷钻眼爆破中，掏槽的质量直接影响到爆破效果，因而。槽眼的合理布置是很重要的。针对岩石巷道爆破的槽眼布置形式主要采用双楔形掏槽加后爆中心孔，并且槽眼孔径大于其他炮眼。经过多年现场经验，认为岩巷掘进爆破中心孔的作用主要有以下两点：     

上向中深孔掏槽爆破炮孔布置方式优化研究

以铜绿山试验采场为例，采用九孔掏槽爆破法，结合现场实际情况，并利用补偿空间理论、裂隙区理论等对中深孔爆破掏槽方式进行研究，优化其首圈掏槽爆破炮孔布置方式，并利用LS-DYNA软件建立了4种首圈炮孔布置方式模型，进行爆破仿真计算，利用RHT本构模型模拟岩石爆破效果。结果表明，空孔数量越多(即补偿空间越大),掏槽区爆破效果越好；空孔位置的均匀程度(即补偿空间的均匀程度)也会影响爆破效果。现场试验所得爆后槽区断面与高度均满足设计要求，证实首圈掏槽爆破炮孔布置方式合理。     

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。     

井巷直线掏槽爆破参数研究

在井巷掘进布置直线掏槽眼的基础上，依据爆破漏斗理论，综合考虑各种因素，提出了凿空孔眼辅助平行直线掏槽眼逐圈爆破形成槽腔的试验研究，初步得出了不同岩石性质、结构状态中，凿空孔宽度与直线掏槽不同孔号的不等抵抗线的计算公式。     

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。     

平巷与立井直眼掏槽爆破的差异分析

分析了平巷与立井直眼抱槽爆破机理，掏槽方式及其爆破参数的差异，提出了平巷直眼掏槽应采用无空孔直眼筒形掏槽方式。     

二阶二段掏槽技术在岩巷掘进中的应用研究

为了解决阳煤一矿岩巷掘进中出现的炮孔利用率低、大块率高、抛渣距离远的问题，在岩巷掘进爆破施工中应用二阶二段掏槽技术。在分析了二阶二段掏槽破岩机理的基础上，依据炸药爆炸在岩石中形成粉碎区和裂隙区半径的计算式确定了一阶及二阶掏槽孔口距、孔底距等二阶二段掏槽技术关键参数，并在现场进行应用。现场试验结果表明：与原方案相比，采用二阶二段掏槽技术后，炮孔利用率由81%提高到90%，大块率降低了72%，抛渣距离减小了29%，月进尺由60m提高到90m，提高50%。应用效果表明二阶二段掏槽技术具有良好的适应性，并具有较高的技术经济效果，可为同类型巷道快速掘进提供借鉴。     

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。     

双阶同深分段掏槽爆破技术在竖井掘进中的应用

为提高矿山井筒掘进施工循环进尺,在分析井筒爆破常用的直眼筒形 掏槽和斜眼锥形掏槽形式特点的 基础上,研究设计了双阶同深分段掏槽爆破技术。 该掏槽技术的关键在于 一阶掏槽孔采用分段装药结构,将炮孔内 的炸药能量分 2 次释放,加上中间空孔的辅助作用,可有效提高一阶掏槽孔 的爆破效果;一阶掏槽取得的好效果使得 二阶掏槽破碎岩石更加容易,进一步提高了二阶掏槽质量;良好的掏槽质量 为辅助孔破岩提供了足够的补偿空间和 自由面,对爆破试验段能取得平均循环进尺 3. 67 m 的效果起了决定性的 作用;周边孔采用光面爆破措施使得井壁围 岩质量得到有效控制,减少了刷帮、支护等其他辅助作业时间。 双阶同深 分段掏槽爆破技术配合大段高液压金属模 板使用,大大提高了工序间的转换效率,有效缩短了竖井施工工期,综合爆破 技术指标良好,为后续施工或其他类似 井筒爆破掘进工程提供了范例。     

电子雷管在岩巷爆破中掏槽孔微差时间试验研究及数值模拟

为研究直眼掏槽爆破掏槽孔与辅助孔间延期时间对掏槽爆破效果的影响,通过电子雷管的模型试验对不同延期条件下的槽腔形成过程和特点进行了研究。试验采用高速摄影仪对试块槽腔的形成过程进行观测,并利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对槽腔裂纹扩展进行了数值模拟分析。结果表明：① 在本模型试验条件下,延期时间为1~3 ms时掏槽孔与辅助孔之间的爆炸能量相互作用最紧密,并为辅助孔起爆提供了新自由面,降低了辅助孔起爆受到的夹制作用,爆破效果最佳。② 同时起爆时,相邻掏槽孔与辅助孔之间的岩体比掏槽孔包含的槽腔岩体破碎更充分。延期1 ms起爆时,掏槽孔与辅助孔之间的岩石受辅助孔爆炸冲击波作用瞬时移动速度达到最大,辅助孔起爆产生的裂隙范围也最大,掏槽效果最佳。③ 掏槽孔起爆超过1 ms后对槽腔岩体的影响逐渐消失,此时起爆辅助孔不利于掏槽孔与辅助孔之间爆炸能量相互叠加,降低了掏槽爆破效果。     

回采进路大直径空孔掏槽爆破数值模拟研究

传统掘进爆破方式仅有单一的自由面,四周的夹制作用非常强,爆破效率低下,无法充分发挥炸药能量和中深孔爆破的优势。大直径空孔掏槽爆破通过在进路爆破掏槽孔周围布置空孔作为第二自由面以及改变应力场的分布,从而提高爆破效率。运用LS-DYNA对大直径空孔掏槽爆破进行爆破成腔过程分析,得出:在装药量减少情况下,爆破进尺可以达到3.0～3.2m,比传统的爆破进尺2.5 m提高了16%～25%。在金川二矿区一工区Ⅰ盘的现场工业试验表明,大直径空孔掏槽爆破的爆破进尺达到3.0～3.3m,能够显著提高爆破效率。     

小直径中深孔爆破直眼分段掏槽机理及参数探讨

通过对岩巷掘进小直径中深孔直眼分段掏槽机理和参数的分析，得出分段装药利用其在岩石中的残余应力和大量的爆生裂隙，增强了岩石的破碎，同时也改善了炸药爆炸能量与岩石破碎的匹配关系，使更多的能量用于岩石破裂破碎和更少的能量用于碎块的抛掷，可增大槽腔体积，提高掏槽深度，爆堆集中，利于装岩。同时还减少了炮眼数量和炸药消耗，提高了掘进工效。     

立井深孔爆破的若干技术问题

以掏槽和光爆为主，就立井掘进深孔爆破中诸如炮眼深度，掏槽形式和掏槽参数，周边光面爆破参数和光爆装药结构，电磁雷管起爆系统等若干技术问题进行了探讨，提出了相应技术观点；较优的掏槽方式是两阶同深筒形直眼掏槽的孔内分段直眼掏槽；较合理的光爆装药结构是径向间隙不偶合和轴向垫层不偶合装药。     

大断面硬岩巷道复式楔形掏槽技术

为提高桑树坪二号井硬岩巷道的爆破掘进效率,对硬岩巷道的钻爆法优化方案进行分析。通过理论分析的方法,建立二阶二段复式楔形掏槽模型,对其爆破成腔过程进行讨论,并对楔形掏槽的槽腔进行受力分析。理论分析表明,在硬岩巷道爆破掘进中,多阶多段复式楔形掏槽爆破方式可以增大自由面,减小夹制作用,从而提高爆破效率。而经过优化后的现场试验结果也表明,岩巷爆破日掘进尺度由2.4 m提升到了4.8 m,爆破速度提高了2倍,巷道断面成型平整,能够满足矿井岩巷快速掘进的要求,同时也能为其他地质条件类似的爆破掘进工程提供技术指导。     

岩巷中深孔爆破合理掏槽型式的确定

直眼掏槽爆破槽腔的形成过程分为岩石破碎和破碎岩石抛掷两个阶段,本文结合直眼掏槽破岩机理和工业试验,对岩巷中深孔爆破中的掏槽爆破进行了研究,得出了适用于试验巷道合理的掏槽型式。     

基于数值模拟的岩石巷道深孔分段装药掏槽爆破研究

随着炮孔深度增加,炮孔底处岩石夹制作用增强导致破岩效率和炮孔利用率较低,原有的连续装药方式不能解决上述问题。在这个基础上,研究了岩石巷道深孔分段装药掏槽爆破技术来提升掏槽爆破效率。使用光滑粒子流体动力学-有限元方法（SPH-FEM)建立了不同分段装药结构的单孔掏槽爆破模型,分析了不同模型爆破过程中岩石粒子抛掷速度、岩石抛掷数量以及爆破腔体特征。结果表明：不同装药结构会影响炮孔附近岩石的损伤范围,传统的连续装药结构在炮孔径向形成的损伤区域比分段装药结构大。此外,连续装药结构由于炸药集中在炮孔底部使得炸药能量分布不均匀,导致掏槽爆破效果差;采用分段装药结构可以增加岩石破碎数量和优化爆破腔体,岩石粒子在飞散过程中会产生2次加速现象;第一段装药比例较大或者较小会明显造成炸药能量利用不合理以及爆破腔体效果差。在模拟中设定的炮孔长度、岩石参数以及炸药性能条件下,当第一段装药比例为0.4时,深孔岩石巷道掘进掏槽爆破能够充分利用炸药能量,达到较好的掏槽爆破效果。将数值模拟得到的最优分段比例应用到现场巷道掘进爆破施工中,并利用数码电子雷管实现掏槽孔内2段炸药的延时起爆。现场试验结果表明分段装药能够在深孔...     

中部间隔装药直眼掏槽爆破成腔过程数值模拟

运用三维非线性动力分析有限元软件ANSYS/LS-DYNA对中部间隔装药直眼掏槽爆破成腔过程进行数值模拟,并通过后处理软件LS-PrePost3.0对爆炸应力波的传播过程、不同时刻应力、变形情况进行了分析。模拟结果表明,空孔具有应力集中效应,对应力波的传播具有导向作用;爆炸应力波在岩石中以柱面波的形式向外传播;中部间隔装药的方式能扩大槽腔体积,减少炸药消耗,优化槽腔成形。整个数值模拟过程清晰地再现了该掏槽爆破岩石破碎、槽腔扩展过程,为预测掏槽爆破效果和优化爆破设计提供了依据。     

提高岩巷掘进爆破速度和质量的若干技术问题探讨

结合岩石爆破破碎理论和现场施工实践,对影响岩巷掘进中深孔爆破掘进速度和巷道质量的炮眼深度、掏槽爆破和光面爆破等若干技术问题进行了研究,提出了合理的掏槽形式和掏槽参数、光爆装药结构和光爆参数。     

煤矿岩石巷道楔形掏槽爆破数值模拟分析

通过LS-DYNA数值软件模拟了煤矿岩石巷道楔形掏槽爆破,分析了爆炸应力波传播规律及被爆岩体底部的应力特征。结果表明:楔形掏槽爆炸开始后,应力波从炸药底端呈锥状向被爆岩体自由面方向扩展,并迅速与相邻炮孔的应力波开始叠加;应力波到达自由面,在自由面处发生应力波反射形成拉伸波,拉伸波与正向传播的压缩波继续叠加在岩体中继续传播,叠加有利于被爆岩体底部掏槽炮孔所包夹的岩石发生破碎,形成爆破槽腔。     

岩巷中深孔光爆最佳掏槽方式探讨

根据条形药卷的爆炸作用原理，研究了单孔和多孔爆破漏斗的形成机理，并试验研究了掏槽眼的布置形式和封爆时差对掏槽效果的影响；提出了三角复式分层分段中心孔底部装药的布孔形式为岩巷中深孔光爆的最佳掏槽方式。