某铁矿井下多工作面协同爆破智能管控体系研究

基于某铁矿穿孔和爆破工序分割、多中段多工作面同时作业的工程背景,采用跟踪调研的方法得出该铁矿具有爆破作业管控难度大、工序反馈衔接不及时、有效作业人员占比小等问题。以解决上述难题为目的,采用工序分析、问题提出、风险评估等层层递进的方法,开展井下多工作面协同爆破智能管控体系研究,其结果表明：井下爆破作业各工序间具有严谨的先后顺序;爆破器材运输和装药工序的危险程度最高,需精准管控;采用智能软件协同监管多工作面爆破作业工序,不仅精准管控效率高,还可降低矿山爆破作业的事故机率。最后结合某铁矿的实际作业条件,基于多工作面同时爆破作业的先后流程,采用Python语言开发了井下多工作面协同爆破智能管控软件,并通过爆破作业工作面的管理调试,证明研发的管控软件适合辅助该铁矿爆破工序的监管。     

适用于大断面马头门掘进的超前致裂分区爆破技术

为确保大断面立井马头门施工质量,并降低爆破对立井马头门产生的损伤与破坏,提出了一种立井大断面马头门掘进的超前致裂分区爆破技术。根据某地下矿山立井马头门设计断面及工程地质条件,将-199.5 m、-258.2 m等马头门掘进断面划分为上分层、中分层、下分层等,施工顺序为：上分层→中分层→下分层。首先沿各分层开挖轮廓线施工超前致裂孔,其孔深为马头门掘进深度,超前致裂孔采用间隔装药,并先于主爆区起爆,实现孔间相互贯通。其次,沿各立井马头门开挖轮廓线形成“减震沟”,降低爆破地震波的传播。马头门各施工区域设置逐孔微差起爆,间隔时间为5～20 ms,实现分段爆破振动的干扰、抵消,降低爆破对大断面马头门的影响。各马头门开挖轮廓线半壁孔率达95%以上,既能满足大断面马头门破碎岩体掘进中对控制顶板成型质量的要求,又降低了支护、喷浆等成本支出,实现错峰降振。大断面马头门掘进的超前致裂分区爆破技术可为类似立井马头门施工作业提供一定指导建议。     

胶结充填体下采场结构参数优化研究

要在大体积胶结充填体下对矿体进行安全高效地开采,合理的采场结构是采矿设计首先需要考虑的问题。在综合分析某地下矿山地质概况、开采技术条件现状的基础上,采用经验法与理论计算法对采场结构参数进行计算,提出了4种采场结构参数初步方案,建立对应的三维数值计算模型,将围岩的变形、应力分布及塑性区大小等作为衡量采场结构参数优劣的指标。根据模拟结果对比分析了各方案在矿房回采后采场围岩的力学响应情况,得到了采场处于最有利力学状态时的结构参数,结合各方案盘区矿石理论回采率,进而对采场结构方案进行了优选,即当顶柱厚度为6 m,矿房跨度38 m,矿柱宽14 m时,采场结构稳定性处于最有利状态并且具有较高的理论回采率。优化结果可为后续开采设计提供参考。     

预裂爆破技术在空场嗣后充填采矿方法中的应用

通过某矿山企业的应用技术攻关课题,研究在开采条件满足的储矿区域采用分段空场嗣后充填采矿方法取代效率低、劳动强度大的上向水平分层进路式充填采矿方法,并引入中深孔预裂爆破技术。通过预裂爆破设计及现场爆破试验,确定了适合的中深孔预裂爆破设计方案。该方案的成功应用,不仅对开采后矿房两侧岩壁的平整与稳定起到了关键作用,保障了人员与设备的作业安全,而且有利于提高企业的经营效益,更加符合以人为本、环保安全的现代化企业发展理念。     

分次分段掘进爆破技术在复杂破碎岩体中的应用

某地下金属矿山辅助斜坡道掘进处于强风化闪长岩及中风化闪长岩中,断层、节理裂隙发育,岩体质量 呈现出复杂多变性特征,受地表水系影响,地下水较大,在掘进中岩体易发生坍塌,采用常规爆破方法掘进导致超欠 挖现象较为严重,爆破成型控制难度比较大,最严重时顶板垮塌高度达 8 m,由此增加了排险与支护工作量,影响施工 进度。 针对这一工程情况,设计了分次分段掘进的光面爆破技术方案,在同一断面不同区域设计不同的爆破技术参 数,爆破后巷道界面比较平整,超挖量控制在 15 cm 以下,无欠挖;在顶板位置周边孔孔痕率能达到 65%以上,有效减 弱了爆炸冲击对顶板围岩的破坏作用。 在解决特定围岩条件下爆破成型问题的同时也进行了技术扩展应用,指出在 施工过程中可结合如加密布置周边眼以减少单孔装药量甚至是采用不装药的措施来达到控制巷道成型的目的,最大 程度地保护预留岩体。     

穿越古长城的隧道开挖爆破振动参数预测模型

以山西省某穿越古长城的高速公路隧道爆破开挖工程为实例,根据支持向量机学习原理,建立支持向量机预测模型,以孔径、孔深、孔距、排距、单段最大装药量、总装药量和爆源距作为模型的输入参数,分别预测质点的径向、切向和垂直方向的爆破峰值振动速度及频率,并将预测值与实测值进行对比,以检验模型的精确度。结果表明,支持向量机预测模型对爆破峰值振动速度与频率的预测具有收敛快、精度高等特点,平均误差分别为11.04%、10.16%。利用该模型可以较准确地对爆破振动参数进行预测,在后续的爆破施工作业中,结合预测结果可以更好地对古长城采取有效的保护措施。     

充填体变形特性分析及材料配比优选

当地下矿山采用胶结充填开采方法时,充填体的强度是影响其在地下矿产开采过程中是否稳定的直接因素,并且关系到采场围岩的稳定性和充填成本,而合理的充填材料配比是关键。本文在室内充填试验的基础上,利用数值模拟手段对四种灰砂比的充填体进行充填开采仿真模拟,分析了胶结充填体的变形特性,结果表明充填体的失稳主要从与下盘围岩接触的底部开始发生破坏,然后沿充填体与下盘的接触面向上、以及在与底板接触面处沿充填体倾向方向这两个方向逐渐发生变形破坏;对采场中的位移、应力和塑性区等围岩力学响应特征进行了对比分析,结果表明,当灰砂比为1∶8时,充填体能够维护采场稳定并且充填材料成本较低。研究结果对矿山充填工程具有一定的指导意义。     

某隧道掘进爆破对周边民房安全影响分析

为确保某隧道掘进爆破期间周边民房的安全,开展了爆破振动和爆破飞石对民房的安全影响分析。根据监测结果,当隧道掘进段爆破最大段药量控制在38 kg以内时,爆破振动一般不会对周边民房造成损害;可通过严格控制单段药量和起爆总药量,并保证堵塞长度和堵塞质量,加强爆破安全警戒工作,可以避免爆破飞石引起的民房损害。最后提出了确保民房安全的爆破施工控制措施,为隧道掘进爆破安全提供指导。     

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。     

超深预裂孔底部加强装药高度试验研究

本次研究以传统预裂爆破技术为基础,以西北某露天铁矿并段超深孔预裂爆破项目为背景,在工程实例的基础上提出了超深孔底部加强装药公式,即底部加强装药高度L1取值范围0.1 L～0.2 L,其中L∈(15,30)为孔深,m。以底部加强装药的超深孔预裂爆破参数设计为基础,运用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件进行数值模拟,对比模拟结果,分析底部加强药区域部分节点应力场分布以及压力峰值。结果表明底部加强药高度为4～4.5 m时预裂爆破效果最好。提出了底部加强装药高度L1取值范围0.15 L～0.17 L。并进行了现场试验,试验效果均较理想,底部成缝效果较好,证明了超深预裂孔底部加强装药技术可行,有效地指导了矿山生产。