楔形掏槽爆破下自由面应力分布数值模拟

基于Satrifeld迭加法,理论推导了楔形掏槽炮孔中柱状药包爆破作用下自由面上应力分布的解析解。建立了相应的数值模型,通过数值模拟对该解析解进行验证,结果表明,在自由面上,沿同一楔掏槽孔连线方向,爆炸应力随与掏槽孔口间距的增大呈递减趋势,该规律与理论分析所得结论基本吻合。     

楔形掏槽柱状药包爆破下自由面的应力分布

为弥补对柱状药包爆破下自由面上的应力分布情况研究较少的现状,依据球状药包爆破激发的应力波理论解,采用Satrifeld迭加法,理论推导了楔形掏槽孔中柱状药包爆破作用下自由面上应力分布的解析解。并建立了一套应变测试系统,通过模型实验对该解析解进行验证。实验结果表明,在自由面上,沿同一楔形掏槽孔连线方向,测点爆炸应力随着与掏槽孔口间距的增大而呈递减趋势,该规律验证了理论分析所得结论的合理性,具有一定的参考价值。     

直眼掏槽空孔效应的计算模型改进与分析

为研究直眼掏槽时空孔周围岩体的破坏原理,准确计算空孔效应产生的集中应力值,对原有单空孔爆破时空孔效应的计算模型进行改进。改进模型考虑空孔布置区域和爆破应力方向的影响。采用弹性力学理论推导爆破应力作用下的空孔效应计算公式,并对改进模型进行分析与验证。分析与验证表明:空孔半径增大、空孔与炮孔间距减小时空孔效应越明显;空孔周围拉应力分布区域约为炮孔与空孔圆心连线处近空孔壁侧的±30°之间;孔壁处最大压应力出现在±70°左右处。与原有计算模型相比,改进后模型能更好反映实际爆破时的空孔效应。     

硬岩掘进中主要爆破参数的确定与作用

煤矿坚硬岩巷掘进中,各爆破参数对掘进速度影响程度是尚待研究的问题。以四川煤炭产业集团广能公司下属矿井为研究背景,利用数值模拟与现场实验结合方法加以研究。根据凿岩台车钻速、钻臂特点设计掏槽角范围和孔长;按现场实际建立5个计算模型,在掏槽角、单孔药量、中心孔装药爆破等3种掏槽参数变化下,对爆破动态应力、破碎范围、掘进进尺进行量化分析和比较。研究结果显示:钻车条件下掏槽角度变化有限,因此正常掏槽角度对进尺影响较小。采用1.2 kg单孔药量时在掏槽关键区间内,有中心孔爆破时平均有效应力峰值较无中心孔爆破增加46.4%~76.7%,主要截面破碎面积增加24.7%~51.8%。如只增加药量对提高进尺效果则不明显:单孔药量增加50%,主要剖面破碎范围提高8.5%~13%,现场爆破进尺仅提高2%~10%。研究表明:掏槽中心孔爆破是影响硬岩掘进速度关键因素。     

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。     

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。     

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。     

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。     

Boomer 281掘进台车在李楼铁矿巷道掘进施工中的应用

为提高巷道掘进速度和成型质量,确保爆破后巷道断面平整、光滑,根据李楼铁矿试验巷道的现场施工条件,对光面爆破孔间距、掏槽形式、装药结构等爆破参数进行了优化。通过将掏槽形式设计为直眼桶形掏槽形式,平均孔深取3 m,炮孔数设计为72个,使得巷道掘进的循环进尺得到了有效提高,炮孔利用率大于85%。     

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。     

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。     

束状炮孔爆破效应的动光弹实验研究

根据动光弹仪在不同瞬间所拍摄的等差条纹图片,对束状炮孔的几种布孔形式(如直线形,半圆形和圆形)的爆炸应力场进行了定性分析,描述了各布孔形式下的应力波的传播、应力分布情况及其作用结果,比较了它们之间在这些方面的异同点。布孔形式、布孔参数不同,应力分布随之改变,爆破效果也异,尤其是不同布孔形式之间的这些差别更为明显。爆后分析结果表明,动光弹试验可为现场的工程设计提拱一定的理论依据。     

煤矿岩巷掘进爆破掏槽孔超深问题探讨

掏槽技术是影响煤矿岩巷钻爆法掘进效率的关键,为了探讨掏槽孔超深深度(掏槽孔与非掏槽孔深度之差)与炮孔利用率之间的关系,采用文献检索法和现场试验开展相关研究,以近40年岩巷爆破掘进实际案例为对象,从时间、岩性、断面大小、炮孔深度、掏槽形式等5个维度对我国煤矿岩巷掘进施工相关文献进行了统计分析研究。研究结果表明:自20世纪80年代以来,岩巷爆破设计的掏槽孔超深深度均设定约为200 mm,炮孔利用率维持在90%左右,5个维度中岩性对炮孔利用率的影响最为显著,并就掏槽孔超深深度为200、300、400和500 mm时进行了现场爆破试验,炮孔利用率较超深深度为200 mm时的89%分别提高到93%、97%和97%,最大提高了8%,试验条件下掏槽孔超深深度的最优为400 mm;掏槽孔超深深度与炮孔利用率具有较强的相关关系,适当加大掏槽孔超深深度能显著提高炮孔利用率,而不同施工条件下掏槽孔超深深度的确定有待研究。     

不同水量下不耦合装药混凝土试件爆破对比分析

为了研究不同水量条件下预裂爆破破坏机理,基于现有的爆破理论,对空气和水不耦合装药爆破进行了理论分析,得出空气和水不耦合装药的孔壁初始压力。在此基础上,应用LS-DNAY(非线性有限元)动力学分析软件,建立三维双孔不耦合装药爆破模型,分析在相同不耦合装药结构条件下,不同水量炮孔孔壁初始压应力;并依据Von Mises破坏准则,分析了炮孔连心线上的有效应力变化过程。在理论和数值模拟的基础上,进行混凝土试件不耦合装药爆破试验。结果表明:在相同的装药条件下,炮孔中水量越少,炮孔壁处产生的初始压力越小,炮孔连心线上的有效应力越小;预裂面平整度越好;同时空气和水混合不耦合装药时,空气部分的预裂面平整度优于含水部分。     

煤矿大断面岩石巷道快速掘进技术研究

为了提高煤矿大断面岩石巷道的掘进速度, 从液压钻车和挖掘式装载机与桥式转载皮带输送机设备配套入手, 提出了更适合大断面、掏槽效率高、适应性强的准直眼强力掏槽新方法, 并应用该掏槽方法与全断面一次爆破技术, 对常村煤矿大断面岩石巷道爆破参数进行了优化, 实现了全断面一次爆破的安全、快速掘进, 大幅度降低了掘进单位巷道的炮眼长度和爆破材料消耗, 节约了工程成本, 提高了炮眼利用率和爆破质量, 使掘进成巷速度比原来提高了50%以上。     

铜绿山矿中深孔掏槽爆破参数优化研究

以铜绿山矿井下分段凿岩嗣后充填采场的掏槽爆破为工程背景,采用ANSYS/LS-DYNA对不同掏槽孔布置方案进行了模拟爆破,通过分析对比不同方案的掏槽爆破效果,得出最优孔径组合为炮孔直径76 mm、空孔直径89 mm,并根据分析结果在铜绿山进行了现场爆破试验,试验结果表明,掏槽区域采用76 mm直径炮孔、89 mm直径空孔的孔径组合能够达到良好的掏槽爆破效果。     

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。     

底部掏槽式岩巷快速掘进工艺

钻爆落岩掘进岩巷面临的困难是工人劳动强度大,钻眼、爆破工序占用循环时间长,爆破自由面小,掏槽深度受巷道宽度的限制。文章作者在不增加和改变现有使用机具的施工条件下,从掏槽方式、掏槽眼深度和爆破、光面控制爆破等方面进行研究和实验。采用底部掏槽方式,增加了掏槽深度,加快了掘进速度。     

准直眼掏槽爆破技术在半煤岩巷掘进中的应用

为了提高晋华宫煤矿的半煤岩巷掘进速度,应用准直眼掏槽爆破技术,针对半煤岩巷的岩层分布特性,制定了准直眼掏槽爆破方案,结果表明:循环进尺平均为1.82m,炮眼利用率平均为91%,比试验前提高了15%;单位炸药消耗比试验前下降了30%;眼痕率均在81%以上,比试验前提高了41%,巷道成型很好。     

基于振动信号分析的煤矿岩石巷道掘进爆破优化研究

通过对煤矿岩石巷道掘进爆破振动信号进行直观分析和频谱分析,得出影响巷道掘进爆破振动的因素主要有埋深、爆心距、掏槽眼最大段药量、总药量。通过工程实例分析,在保证巷道掘进进尺的情况下,改变掏槽方式和减小掏槽眼最大段药量,降振效果更加明显,能够使围岩稳定性增大,达到安全经济的巷道掘进爆破。