利用浮力富集乏风瓦斯的可行性研究

对于开采低渗透难抽采煤层的高瓦斯矿井,因抽采浓度低而难以利用,现场有利用浮力富集乏风中瓦斯的设想,本文研究其可行性。现场试验表明,瓦斯浓度沿着高度方向差别很小,不存在实际意义上的富集。理论分析认为,离析态的瓦斯在浮力作用下可能产生积聚,但积聚不是瓦斯富集而是稀释;气体自发的扩散和通风,使风流中的瓦斯由离析态迅速转变为非离析态,非离析态瓦斯在重力场中的分离程度可以忽略不计。     

水中爆炸气泡脉动周期的试验研究

通过工程试验研究 ,观测到水下爆炸引起的地基及水中结构物的二次地震波现象。借助已有的水下爆炸理论 ,分析试验结果 ,总结了地基及结构振动的规律 ,指出二次振动现象与水中爆炸产生的气泡脉动有关。试验特别给出了紧贴壁面爆炸时气泡脉动的规律及其脉动周期的计算结果。气泡脉动诱发的结构物二次振动的幅值与第一次振动的幅值相近 ,其危害性应引起重视。     

液态CO_2多致裂管爆破同步性研究

现场进行爆破作业时,为提升爆破效果,往往布设多个钻孔,同时起爆。实际上,多致裂管起爆的时间差较大,同步性较难控制,直接影响爆破效果。本文中,提出一种提升液态CO_2多致裂管爆破同步性的方法,保持现有致裂管主体结构不变,将导爆管直接粘贴在防爆片上。通过开展致裂管爆破对比试验,对爆破全过程进行压力数据采集。经试验数据对比分析发现,原有致裂管内导爆管与防爆片分置在致裂管两端,导爆管点燃后,需通过致裂管内的液态CO_2传递压力,击破防爆片共需30~60 ms,优化后击破时间小于20 ms,可明显降低爆破时间的不确定性,这种条件下多管串、并联爆破更容易实现同步性。另外,通过开展对比试验研究,在其他条件不变的前提下,增大致裂管释放口面积20%,可有效增大总冲量值10%,提升爆破效果。     

露天矿地下采空区爆破崩落法治理效果的数值模拟研究

爆破崩落法是治理露天矿地下采空区的主要手段,数值模拟是研究爆破崩落效果的有效工具。基于连续-非连续数值模拟方法(CDEM),利用朗道点火爆炸模型实现了炸药起爆过程的描述,利用考虑应变软化效应的Mohr-Coulomb模型及最大拉应力模型实现了围岩损伤破裂过程的模拟。以弓长岭铁矿何家采场采空区为研究对象,重点探讨了炮孔间排距、起爆延时等对该采空区上覆岩层损伤破裂程度、空区填充程度及空区内大块率的影响规律。计算结果表明:炮孔间排距对爆破效果的影响较大,随着间排距的增大,塌落至空区的大块率逐渐增大,且塌落范围逐渐减小。当间排距为17 m时,仅空区顶板附近出现局部塌落,地表岩层依然处于稳定状态。起爆延时对爆破效果的影响较小,当起爆延时大于42 ms以后,塌落至空区的岩体块度分布基本一致,仅大块率有所区别。为了确保爆破崩落法的治理效果,建议炮孔的间排距不大于7m,炮孔排间延时不小于42 ms。     

牙轮钻工作参数与岩体强度对应关系的理论分析与实验研究

以露天矿开采为背景,基于牙轮钻单齿冲击压入破岩的机理,借助理论分析及现场实验,建立了牙轮钻的工作参数(进尺速度、钻杆轴压、转速)与岩体强度(黏聚力、内摩擦角)的对应关系。理论分析时,基于布西内斯科问题弹性力学解和Drucker-Prager塑性准则,给出了单齿压入破碎区域的几何形态,建立了单齿破岩体积与钻杆轴压、黏聚力、内摩擦角间的函数关系;并根据钻杆旋转一周单齿破岩体积的累积量和宏观破岩体积相等,建立了进尺速度、转速与单齿破岩体积的对应关系。理论分析的结果表明,单齿作用下,破碎区域基本呈椭球形,并在压入点附近的表层出现薄层破碎;进尺速度与转速呈线性关系,进尺速度与钻杆轴压呈3/2次方的关系,进尺速度与黏聚力呈-3/2次方的关系,内摩擦角对进尺速度的影响可以忽略。在鞍千矿南采区进行了牙轮钻钻进规律的现场实验,研究了进尺速度与钻杆轴压、转速、黏聚力间的对应关系,得到了与理论分析一致的结果。研究成果可以为牙轮钻工作参数的优化设计及岩体强度的动态测试提供依据。     

Geomaterial Constitutive Models in Toe-Shooting Method

For toe-shooting method, geomaterial constitutive models concerned are studied. Analysis shows that, although extensively applied in soil mechanics, due to its angular singularity of yielding surface, the Mohr-Coulomb model is not suitable for numerical simulations in large deformation; in this case the rock-fills may be regarded as the Drucker-Prager model and the seaooze as the Prandtl-Reuss model. By comparing experimental data with numerical results, the constitutive model of the seaooze is numerically verified. It shows that, in high strain rate stage forming the blasting crater, the seaooze behaves as ideal non-compressible fluid, while in low strain rate stage during which the reck-fills flow to the blasting crater, the viscosity of the seaooze is negligible.     

爆炸排淤填石法中淤泥的本构模型

以爆炸排淤填石法为背景 ,对不同应变率阶段淤泥的本构模型进行了分析 ,利用ANSYS/LS-DYNA动态有限元分析程序对所选择的模型进行验证和确认。计算和分析结果表明 :在形成爆炸空腔的高应变率阶段 ,淤泥表现为理想不可压缩流体的性质 ;在小药量小抵抗线条件下 ,甚至在淤泥自重作用下的较低应变率变形阶段 ,其黏性效应也可以忽略不计。     

利用锤击试验及数值反演获取岩体平行结构面接触刚度的可行性研究

针对相对均匀的平行结构面,基于结构面的线性接触假设,提出了一种利用锤击试验及数值反演获得结构面接触刚度的方法。该方法实施时,在结构面两侧分别布设若干支振动传感器,在远处利用激震锤进行激震,通过结构面两侧垂直于结构面方向和平行于结构面方向振动传感器的起跳时间,计算出纵波和横波通过结构面的耗时,而后利用数值计算进行反分析,通过不断调整结构面的法向和切向接触刚度,实现与现场实测相同的耗时,从而获得该结构面的法向和切向接触刚度特性。对该测试方法的可行性进行了理论、数值方面的论证,结果表明纵波过缝耗时仅受法向接触刚度控制,横波过缝耗时仅受切向接触刚度控制,并存在一一对应的关系。而后,通过对花岗岩岩块的试验及数值分析,证明了通过锤击试验快速测试岩体结构面接触刚度的方法是可行的,且具有较好的稳定性。     

露天金属矿采选联合优化的研究进展

对采选联合优化的科学内涵及发展历程进行了论述,指出采选联合优化的理念是将采矿与选矿进行综合考虑,达到总成本最优。阐述了计算机模拟分析技术在采选联合优化中所发挥的关键作用,并分项论述了各类模拟分析技术的用途及特点。总结了爆破参数对下游破磨效率的影响规律,发现炸药单耗起着决定性的作用,而台阶高度、炸药爆速等也对机械破磨效率存在一定的影响。展望了采选联合优化的发展趋势,指出了物联网技术及海量数据深度分析技术将在未来采选联合优化设计中发挥重要作用。     

露天矿边坡安全管理SEA模式及其应用研究

提出了工程科学研究者（S）、现场工程师（E）及矿山管理者（A）相互结合,借助信息技术共同进行露天矿边坡安全管理的新模式。工程科学研究者主要负责矿区边坡灾害隐患点的排查、监测方案的制定、边坡稳定性的评价及边坡工程治理方案的确定,现场工程师负责矿区边坡的安全巡视、爆破震害的观测、边坡监测仪器的布设及各类现场数据的汇总,矿山管理人员负责组织协调、监督决策及应急抢险工作。基于SEA管理模式,形成了“监测为主、概率分级、状态跟踪、条件预测及成灾模拟”的露天边坡安全防治新理念,并详细阐述了上述理念的科学内涵。在鞍千矿进行了SEA模式的初步尝试,通过现场工程师、科研人员及矿山管理人员的密切配合及无间合作,提升了鞍千矿在边坡安全管理、灾害预测预警及科学防护方面的能力。