双聚能槽药柱的理论研究及其工程应用

"双聚能槽药柱"在炮孔内爆炸时,可聚集炸药爆炸后的成缝能量,并使炸药爆速变小,在采用专用对中装置后可确保聚能射流能够沿着预裂(光爆)面发挥气刃作用,这样爆破应力波作用、高压气体的膨胀作用、聚能射流的气刃作用在岩体形成裂缝的瞬间能够更完美地相互作用,从而完成将预裂(光面)爆破和聚能爆破机理的完全结合。该项专利技术可以减少造孔工作量、单位面积装药量、能源消耗50%~65%,可节约成本50%~55%,同时还可以大大减小爆破对保留岩体的危害作用和增强岩石边坡的稳定性,因此加快了施工进度和提高了施工质量,推广该项技术无疑会创造极大的经济效益和社会效益。     

岩体中线型聚能爆破切割试验及损伤规律研究

线性聚能爆破在预定方向破坏岩体的同时,也不同程度地造成炮孔周围岩体的损伤。为了对岩体线型聚能爆破致裂效果和损伤范围开展研究,在井下巷道壁开展了线性聚能爆破和损伤测试实验,得到了岩体中线型聚能爆破时聚能槽方向和炮孔其它方向的损伤增量随孔深的变化情况。研究表明:岩体线型聚能爆破切割技术产生的金属射流作用于聚能槽开口方向使岩体定向致裂,损伤增量大,而聚能槽开口之外的岩体损伤增量很小。线性聚能爆破具有良好的定向切割作用,保证了切割方向岩体的平整度和块度大小,减少了岩体中的裂纹,提高了工程品质。     

间隔聚能装药爆破技术与应用

针对小直径炮孔光面，预裂爆破的特点，提出类似空气间隔装药的聚能爆破技术，并介绍该方法的基础思想及聚能药包的优化设计方法，分析间隔聚能装药爆破促使岩石定向断裂的裂的基本过程及其主要控制参数，以预裂爆破为例，给出主要爆破参数计算公式，并在花岗岩石料开采现场进行了实际应用，说明该技术在某些工程中具有实用价值。     

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。     

小直径炮孔点聚能爆破技术

本文介绍了适用于小直径炮孔爆破的岩石聚能切割爆破技术。其聚能药包能产生两股方向相反的锥形金属射流，在炮孔壁上形成两个相对的“占状”穿孔。每个炮孔装有若干个聚能药包，起爆后在孔壁上形成一排聚能穿孔，从而使岩石在此方向上产生裂缝并扩展、断裂。文中根据脆性断裂力学理论建立了装药参数设计公式，并以实例说明此聚能爆破技术方便易行，可用于预裂爆破，光面爆破和石料开采。     

“聚能管+水沙袋”定向切割光面爆破新技术研究

通过使用研发的聚能管装药起爆,使炸药爆炸在聚能管内产生高速、高压、高能射流,形成气刃,通过聚能槽沿设计的巷道轮廓进行定向切割岩石,从而实现井巷工程光面爆破的目的,同时改进炮孔封堵材料,采用水沙袋替代传统的黏土炮泥,根据非牛顿流体原理,提高了炮孔封堵质量,进一步增强了光面爆破效果,研究成果可有效指导各类矿山巷道及地面岩石隧道爆破施工,另外矿山切顶留巷、卸压、及地面岩土边坡处理均可采用本技术。     

线型聚能切割器在岩石预裂成缝中的应用

聚能裂爆破与普通预裂爆破相比,爆破效果明显提高,能有效地控制预裂缝的扩展。文中根据对实验结果和线聚能装药效应机理的分析研究,提出了新的岩石聚能装药预裂切缝方法,引入了粘弹塑性断裂模型,优化了影响聚能效果的基本参数,并指出其在岩石预裂爆破中的发展方向和应用前景。     

综采工作面采用聚能管预裂爆破提块研究

本文针对综采工作面采用微差预裂爆破的方法，存在作业时间较长，影响工作面的出煤时间，产量受影响，难以充分发挥爆破提块的优势作用。本文根据聚能管定向控制爆破机理，首次提出采用聚能管对工作面煤层进行预裂爆破，形成长的分布裂缝，在割煤机的扰动下，以提高开采的块率。试验表明，聚能管能够比原先爆破方法提高块率5％，可为矿取得良好的经济效益；同时该技术也是首次应用到综采工作面，丰富了爆破理论。     

聚能预裂控制爆破新技术在井巷施工中的应用

介绍了聚能预裂爆破技术原理和聚能药卷的研制过程,总结了各种围岩条件下主要爆破参数的选择,分析了预裂控制爆破实际应用的技术效果和经济效益。     

浅析聚能装药在预裂爆破中的应用

聚能预裂爆破与普通预裂爆破相比，爆破效果明显提高，能有效地控制预裂缝的扩展。文中根据对线型聚能经效应的分析研究，提出了新的聚 能装药预裂切缝方法及其机理，并指出了其发展前景。     

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。     

新型聚能药柱在东鞍山铁矿的研究及应用

新型聚能药柱爆破是利用聚能效应改变炮孔内能量分布的一种爆破方式,可以实现对金属露天矿台阶的预裂作用,从而达到更好的爆破效果。通过对其现场试验结果前后对比分析,得出新型聚能药柱预裂爆破不仅可以形成明显的预裂缝,而且形成的预裂缝对主爆有一定的减震作用。为降低边坡维护成本、提高生产率有积极的作用。并可以在其它露天矿以及其它方面推广运用。     

定向断裂控制爆破机理综述

作者从理论上将光面爆破、预裂爆破、切槽爆破、切缝药包爆破,聚能药包爆破等常用控制爆破统称为定向断裂控制爆破。综述了爆破破裂过程中爆生气体作用和应力波作用,重点分析了圆形炮孔爆破的成缝机理。     

聚能水压光面爆破在岩巷掘进中的研究

由于爆破技术在社会中的快速发展,聚能水压光面爆破技术开始在隧道开挖、巷道掘进等其他工程中逐渐应用。根据呼和乌素煤矿在岩巷掘进中的情况,通过对比常规光面爆破技术,从而体现出聚能水压光面爆破技术在其装置设备和原理上的优势。减少了炮孔的数量,降低了钻孔的费用,提高了岩巷掘进速度,减弱了围岩震动速度,实现了"三提高,一保护"的作用。在类似的岩巷掘进工程中具有借鉴的意义。     

切缝药包在露天控制爆破中的应用研究

为解决传统预裂爆破与光面爆破技术难以满足现如今高质量、高标准施工要求的难题,根据切缝药包的作用机理,对切缝药包在边坡预裂爆破中的应用进行研究。根据现场施工情况,设计相应爆破参数,进行切缝药包预裂爆破参数优化试验,并对切缝药包预裂爆破和传统预裂爆破的工程应用进行对比研究。试验结果表明:在中硬岩、90 mm直径预裂孔的条件下,采用外径40 mm、内径36 mm,切缝长度0.8m,切缝宽度10mm的PVC管作为切缝管进行切缝药包预裂爆破,其爆破效果较好;通过与传统预裂爆破相比,切缝药包预裂爆破后预裂缝宽度增加了1.12倍,预裂面不平整度减少了52.8%,半孔率提高了21%,振动速度峰值降低了29.02%,有效减少了爆破能量对保留边坡与周边构建筑物的损害,显著提高了爆破施工的质量。     

岩巷线性聚能光面爆破技术

针对车集煤矿岩巷钻爆法施工时打眼多、装药多、光面爆破效果差、工效底的现状,分析了车集煤矿钻爆法施工时存在的问题及原因,提出了线性聚能光面爆破技术以降低打眼数、装药量,提高光面爆破效果,并分析了线性聚能光面爆破得以实现的原理,同时对线性聚能光面爆破聚能管装药方法、炮眼布置、装药结构、装药量进行了确定。现场试验表明,线性聚能光面爆破技术打眼少、装药少、光面爆破效果好、放炮后抛矸距离短、放炮对设备伤害小、成本底、工效高,取得了较好的爆破效果。     

坚硬顶板深浅孔组合聚能爆破技术研究及应用

针对坚硬顶板条件下实施定向预裂聚能爆破技术后存在钻孔浅部裂缝率低、架后悬顶大的难题，通过理论分析、数值模拟及现场监测，提出了深浅孔组合聚能爆破技术。分析了坚硬顶板单一深孔聚能爆破存在的问题，指出优化钻孔布设及爆破参数是提高爆破效果的主要途径。研究了深浅孔组合聚能爆破技术原理，提出了深浅孔组合能量场理论和组合导向孔力学机制。深浅孔爆破时可形成深部和浅部聚能爆破应力场，同时深孔浅部又对浅孔爆破起到了导向孔的效果，最终可形成切顶范围内的预裂面。现场爆破效果监测，孔内裂缝率提高了30%，并得到了顶板压力变化规律。架后顶板及时垮落充填，消除了坚硬顶板的断裂冲击，降低了留巷围岩控制难度。研究成果可为坚硬顶板条件下切顶留巷的定向预裂高效聚能爆破提供参考。     

常村煤矿聚能预裂爆破弱化顶板技术研究

为缩短常村煤矿S2采区S206综放面的初次来压步距,以邻近的S208综放面为工程背景,根据聚能爆破机理分析,研究出一种聚能装药结构,利用聚能爆破的特性来提高顶板预裂效果。再通过ANSYS/LS-DYNA数值模拟,从应力云图、裂隙半径及压力-时间历程分析直接装药和聚能装药两种方式爆破的预裂效果,得出聚能装药爆破具有聚能效应,预裂效果更佳,更能弱化顶板,保障初采期安全。最终得出S208综放面初次来压步距为15.2m,与S206综放面相比,缩短了2.4m,提高了初采采出率,具有良好的经济价值和应用价值。     

高地力环境下聚能爆破动、静作用对岩石内裂纹起裂与扩展机理研究

深部硬岩深孔爆破弱化是一个爆炸动静荷载与地应力耦合作用下的无自由面爆破过程，地应力对爆破裂纹扩展具有很强的抑制作用，这极大地限制了深孔爆破在工作面硬岩的预弱化及切顶卸压等工程中的应用。为了探索地应力影响下的无限岩石爆破中应力波与爆生气体二者对裂纹起裂与扩展的作用机理，采用爆炸力学与断裂力学理论推导了聚能爆破动作用阶段的裂纹长度，利用LSDYNA软件研究了地应力作用下聚能爆破动、静作用下的岩石内裂纹起裂与扩展过程。结果表明：(1)数值模拟结果指向动、静作用的时间分界点为32μs，聚能爆破动作用阶段对裂纹的起裂及初始扩展占主导地位，爆生气体静作用对裂纹的后期扩展占主导。(2)无地应力作用时，静作用阶段裂纹扩展长度是应力波动作用阶段的11倍。地应力为20 MPa时，聚能爆破中动作用阶段裂纹长度被抑制了12.4%，静作用阶段裂纹长度被抑制了86.3%，地应力主要对后期爆生气体静作用阶段的裂纹扩展起抑制作用；侧向地应力垂直于裂纹扩展方向时，其抑制作用随侧向地应力增大而减弱；(3)依托古城矿N1302工作面切顶卸压工程背景，在考虑现场地应力及施工条件下，通过数值模拟最终确定最佳不耦合系数为1.3，...     

低透气煤层深孔预裂聚能爆破增透试验研究

为了提高深孔预裂爆破增透的效果,基于相似模拟理论,建立低透气煤层深孔预裂爆破的试验模型,利用相似材料配比加工制备试样,试样包含4个控制孔和1个爆破孔,并采用聚能药包进行爆破模拟试验。通过监测煤层的应变信号,分析爆破载荷作用下试样的裂纹扩展特性。结果表明:爆破试样在爆炸压缩荷载作用会产生反向拉伸卸载波,造成爆破试样的裂纹扩展,沿聚能药包方向有明显侵彻效果。现场试验表明在经过深孔预裂聚能爆破增透后的煤层瓦斯抽采浓度为原来的1.18～3.05倍,瓦斯抽采流量是爆破前的1.2～3.3倍,抽采半径达到了4.5 m。