低透气性煤层深孔预裂控制松动爆破防突作用分析

运用岩石断裂力学和爆炸力学理论分析了在高瓦斯低透气性有突出危险的煤层中进行深孔预裂控制松动爆破时，煤与瓦斯耦合作用爆生裂隙形成机理，得出了爆破过程中煤体贯通裂隙形成的条件及爆破孔与控制孔孔间距确定的依据。最后分析了深孔预裂控制松动爆破在防止煤与瓦斯突出中的作用。     

二氧化碳相变爆破致裂机理与应用研究进展

煤岩体结构改造是解决煤矿许多技术难题的共性核心科学问题,二氧化碳相变爆破因其安全可控、能量易调节等优点成为煤岩体致裂的有效手段之一。为确定二氧化碳相变爆破致裂机理,扩展相变爆破致裂工程应用,分析了二氧化碳相变爆破原理和致裂器材与装备,统计比较不同方式相变爆破能量计算方式,相较于传统炸药爆破,相变爆破属于一种低能量致裂方式;通过分析二氧化碳相变射流传播特征,探究相变爆破中等应力起裂和高压气体协同作用方式,煤岩体在中等冲击作用下,受到拉应力破坏产生径向初始断裂,并在冲击波和卸载波综合作用下形成多重起裂特征,高压气体在多重裂隙中进一步扩展,驱动裂隙向外扩展,明确了相变爆破应力气体协同致裂过程;进一步研究了泄能方向、煤岩体性质、爆破参数、初始地应力、钻孔布置参数和钻孔切槽特性等因素对相变爆破致裂效果的影响,泄能方向对煤岩体破坏起到直接作用,引发非对称损伤破坏,煤岩体抗压强度和致裂孔间距是影响致裂效果的关键因素,初始地应力、钻孔布置参数和钻孔切槽特性等影响裂纹发育扩展特征;在相变爆破致裂工程应用方面,揭示了相变爆破多重裂隙渗流特征,确定了高瓦斯煤层致裂增透效果,对比了预裂前后煤体截割特征,验证了...     

预裂爆破成缝机理的数值模拟研究

为了进一步验证数值模拟技术在预裂爆破工程中的实用性,以云南省布沼坝矿西帮边坡为例,通过ANSYS/LS-DYNA软件对不同爆破参数条件下的预裂缝形成过程进行模拟。研究结果表明,预裂缝裂隙是先从孔壁开始形成并向中点发展,而不是应力波干涉理论认为的裂缝首先从中点产生,并向两孔发展。同时将数值模拟计算中得到的预裂缝效果较好的几组爆破参数分别应用于现场试验中,预裂爆破效果明显。可见,数值模拟技术的恰当运用,将为预裂爆破理论研究和参数的合理确定提供一条有效途径,也为爆破方案优化提供可行性依据。     

爆破参数对预裂爆破裂纹扩展规律研究

预裂爆破是一种控制爆破,为保证预裂爆破的良好效果,需要对岩石裂纹扩展情况进行研究。通过数值模拟的方法,对孔距和不耦合系数等爆破参数对岩石双孔爆破裂纹扩展规律进行研究。研究发现：随着不耦合系数的增加,主裂隙的平均长度先增大后减小,孔壁所承受的冲击压力显著减小;双孔连线中点处的拉伸应力随孔间距的增大而降低。但是随着不耦合系数及孔距增大,双孔裂纹难以贯通,不能够达到预期的预裂效果。合理确定不耦合系数以及孔距,这对矿山爆破严格控制装药量,科学布置炮孔等采取合理的爆破参数精确的控制爆破效果具有重大意义。     

真三轴应力状态下含预裂缝石灰岩静态破碎裂纹演化规律

为了模拟500m地下煤层巷道采空区坚硬顶板的放顶试验,采用真三轴压力机对200mm×200mm×200mm含预裂缝的立方体石灰岩试样进行三轴应力下静态破碎试验,研究岩石静态破碎过程中裂纹演化规律,并利用声发射空间定位技术对静态破碎过程中裂纹起裂与扩展进行监测。结果表明:真三轴应力下裂纹起裂位置为钻孔中部的预裂缝两侧,并先后形成两组裂纹,沿预裂缝方向的裂纹对称分布并大致成一直线,并且当预裂缝方向垂直于最大阻应力方向时,也总能沿着预裂缝方向起裂与扩展。     

沁新煤矿厚层灰岩顶板预裂技术参数研究

聚能爆破技术能很好的解决传统爆破导致的裂缝发散问题,通过双向聚能定向预裂爆破将顶板沿走向切断形成一个断裂面,同时又保护了沿空巷道顶板不受破坏。本文针对沁新煤矿9+10号煤层灰岩顶板进行了聚能预裂顶向爆破参数设计,并采用数值模拟和现场试验相结合的方法,分析了最优的炮孔间距和装药量确定方法,得出了适用于一般沿空留巷顶板预裂的爆破参数设计及试验途径,现场试验效果裂缝率达到80%以上,满足了切顶需要,可为切顶留巷爆破参数设计试验提供理论指导。     

煤峪口矿2603工作面切顶卸压技术应用研究

为了解决顶板难垮难落的问题,本文以煤峪口矿为研究背景,利用数值模拟结合工业化试验对爆破切顶进行研究,通过数值模拟确定了最优切顶角度为10°,并给出了切顶卸压的具体施工方案.通过对切顶效果进行钻孔窥视及巷道围岩变形情况进行监测,发现经过切顶后巷道顶板裂隙完全贯通,巷道围岩的变形得到有效控制,预裂切顶卸压方案可行,为矿井安...     

基于数值模拟的预裂爆破参数优化研究

为了解决预裂爆破中预裂效果难以保证,爆破参数难以选取的问题,采用数值模拟技术对不耦合系数、孔间距等参数进行模拟分析。首先选取了RHT模型作为岩石材料模型,该模型能够较好地描述岩石在爆炸荷载下的拉伸和压缩力学响应行为。进而设计多个方案分别对不耦合系数和孔间距进行模拟,并分析其结果。模拟结果表明:不耦合系数越大,围岩受到的损伤破坏越小,而孔间距则对爆破损伤范围基本没有影响,但是其取值越大则不能形成有效的预裂缝,本次模拟确定最佳的爆破参数为不耦合系数k=3.5,孔间距L=700mm,为实际工程中预裂爆破中参数的确定提供了参考依据。     

岩巷综掘的超前深孔预裂松动爆破技术研究

针对硬岩巷道掘进过程中破岩速度慢、截齿损耗严重等问题,提出采用超前深孔预裂松动爆破技术增加坚硬岩体内部损伤与裂隙,使得掘进机能够正常截割。以潞安矿区坚硬岩石为背景,开展了深孔预裂爆破的理论分析与数值试验研究,据此确定深孔爆破的参数并开展工业性试验。试验结果表明:超前深孔预裂松动爆破后,岩体内部形成大量裂隙,降低了围岩的强度,综合掘进速度提高50%以上,月进尺达到129m,同时截齿消耗降低51%。     

基于实验室测试的楔形掏槽爆破因素分析

巷道爆破开挖成功的关键在于掏槽技术。某矿轨道大巷掘进速度缓慢,矿井采掘接替紧张,为了提高掏槽爆破质量及巷道掘进速度,结合轨道大巷岩石的物理力学参数及爆破掘进方案,通过实验室测试影响掏槽爆破效果的因素,为确定该矿轨道大巷掏槽形式和爆破参数提供了理论依据。研究结果可为类似条件下的掏槽爆破提供技术参考。     

定向预裂切顶沿空掘巷技术应用研究

为了解决九里山矿沿空掘巷巷道支护压力大、变形量大、支护困难、维修工程量大的问题,基于切顶卸压原理和定向预裂爆破技术,结合九里山矿15091回风巷顶板岩层情况,确定了预裂爆破的深度,采用了双缝定向预裂管有效控制爆破产生裂隙的方向,实现了定向爆破。制定了切顶沿空掘巷施工方案,确定了定向预裂爆破参数及沿空掘巷巷道支护形式与参数,并通过矿压观测,对沿空掘巷成巷效果进行了评价。研究结果表明:采用定向预裂切顶爆破后,成巷不稳定时间由30 d缩短到20 d,短时间内巷道进入稳定期;沿空掘巷巷道两帮移近量最大为326 mm,较未切顶巷道减少了112 mm;顶板最大移近量为135 mm,较未切顶巷道减少了80 mm,巷道变形量明显减少,巷道维修量也大幅减少,取得了较好的经济效果。     

深孔预裂爆破装药量计算方法及水耦合装药结构优化

岩体内爆破裂隙的发育程度与装药参数密切相关。针对现有装药量计算方法在深孔预裂爆破应用中适用性差的问题,通过建立柱状装药简化计算模型,基于体积法计算原则,提出了一种深孔预裂爆破装药量计算方法,并分析了水压爆破作用机理,对深孔预裂水耦合爆破装药结构进行优化,解决了深孔封堵劳动量大、含水地层封堵困难、炸药拒爆等不易处理的难题。采用上述研究成果,在新驿煤矿硬岩巷道开展了综掘硬岩深孔预裂爆破现场试验,借助钻孔成像仪及声波测试仪进行爆破效果检测。结果表明:爆破后孔内岩石大量裂隙增加,岩石完整性下降,封堵段岩石完整性系数下降至0.3～0.5,装药段下降至0.1,综掘机推进过程中爆破区域推进速度增加,验证了装药量计算方法及装药结构的优越性。     

预掏槽在岩巷光爆中的设计试验

为提高岩石巷道的爆破效果和掘进速度,针对岩巷掘进中爆破自由面少,提出预掏槽的概念,阐述了预掏槽的破岩机理,对岩巷预掏槽做了可行性分析,以斜眼深孔楔形掏槽形式对预掏槽进行了设计。     

露天矿高台阶预裂爆破技术的发展及应用

随着岩石爆破理论研究的深入,露天矿高台阶、大孔径的边坡预裂控制爆破逐渐采用分段装药、径向不耦合装药以及超低密度炸药等新的技术,这些新技术改善了预裂爆破产生的冲击波的能量分布状态,促使爆生气体更有效地作用于爆区周围的岩体,这样就大大促进了预裂缝的形成和贯通,同时也可以减小爆破对炮孔周围岩体的破碎作用。基于国内外矿山预裂爆破参数计算的经验公式,运用VB语言、ADO技术和Access数据库开发了预裂爆破参数智能化设计软件,运用设计软件为黑岱沟露天矿大孔径、高台阶预裂爆破设计出了合理的参数。     

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。     

切顶沿空留巷双向聚能爆破关键参数研究北大核心

通过理论分析与数值模拟相结合的方法,分析双向聚能爆破作用下岩石的定向断裂规律、不同间距下双孔聚能爆破的岩石裂纹扩展规律。结果表明:双向聚能爆破能有效的定向断裂顶板,双孔聚能爆破中,由于相邻炮孔的应力波叠加作用,促使裂纹进一步的扩展;炮孔间距500mm时,两炮孔间能形成良好的贯通裂纹。综合数值模拟结果、前人的研究成果、工作面的工程地质条件制定了现场的爆破试验方案,试验结果表明:4+4+3+3+2的单孔装药结构能够有效的预裂顶板;通过钻孔窥视显示间距500 mm时,顶板断裂效果最佳;对爆破切顶后工作面倾向不同位置处液压支架工作阻力进行观测,结果显示距离切顶线越近的支架最大工作阻力越小,验证了爆破参数的可行性。     

预裂爆破中节理走向角度对预裂缝贯通性的影响

自然岩体往往是含有节理、裂隙、断层等地质结构面的不连续介质,岩体的这种不连续性对预裂爆破时应力波的传播和预裂缝的形成都具有重要影响。为了研究节理走向角度对预裂缝贯通程度的影响,对一次预裂爆破所生成的预裂缝进行分段爆破振动测试试验,通过不同段的节理走向角度与降振率的结果发现：炮孔间节理走向角度对预裂成缝的影响显著,预裂爆破所在位置的节理走向角度越大,该位置上所产生预裂缝的降振率越高,表明预裂缝的贯通程度随节理走向角度的增大而提高。观察现场预裂爆破效果也发现：当节理面走向角度接近90°时,预裂缝的贯通性与平整度最好,与理论分析基本一致。     

某石灰石矿边坡预裂爆破技术研究

针对某石灰石矿当前边坡维护施工过程中预裂孔爆破贯通不良、成缝效果较差、边坡预裂面不平整等问题,采用理论研究、数值模拟计算分析的方法,选用切缝药包和炮孔径向掏槽的定向爆破方案,并与原预裂爆破方案进行对比分析,结果表明:定向预裂爆破的聚能效应能够大大增强药包的破岩能力,可适当加大炮孔间距,减少穿孔量,降低施工成本;切缝药包预裂爆破可大大促进边坡预裂缝的贯通,预裂边坡成型效果显著,且施工工艺简单,提高了经济效益。切缝药包定向预裂爆破技术具有很好的现场指导作用。     

预裂爆破成缝宽度与线装药密度关系试验研究

随着我国露天矿山高台阶陡帮开采工艺的应用,预裂爆破控制技术成为保护边坡、控制爆破振动次生灾害的重要手段。为了对矿山临帮区域的预裂爆破关键工艺参数（线装药密度）及不同线装药密度下的 预裂成缝宽度进行精确计算,以乌山铜钼矿为例,结合岩体破坏判据及炸药爆炸压力作用规律,对预裂爆破线装药密度计算公式进行了理论推导,得出预裂孔开裂及预裂缝贯通时的线装药密度理论公式。结合矿山典 型岩性——黑云母花岗岩物理力学测试参数,计算得出矿山典型岩石开裂及预裂缝贯通时的线装药密度分别为0.196 kg/m、0.528 kg/m。通过数值模拟及回归分析,讨论了线装药密度与预裂爆破成缝宽度之间的关系 ,选取线装药密度0.50、0.54、0.57、0.60 kg/m 4种方案,对预裂孔自起爆至形成贯通裂缝全过程的网格单元失效情况进行了统计,结果表明：线装药密度为0.5~0.6 kg/m时,预裂缝宽度与线装药密度可用如下函数 关系描述：y=-172x2+213x-60 （R2=0.98）,且预裂缝宽度随着线装药密度增加而增大。在试验矿山开展了现场预裂爆破试验,并对预裂缝后方30 m处的爆破振动情况进行了监测。结果表明：贯通的预裂缝后方30 m 处综合减振率达31.3%以上;未贯通的预裂缝存在沾帮联结现象,且减振效果明显降低,相对于预裂缝贯通时,减振率降低了4.3%~5.6%;当预裂缝贯通后,线装药密度进一步增加0.06 kg/m,降振率仅提高了1.3%,进 一步分析认为：当预裂缝完全贯通后,继续增大线装药密度对降振效果的提升意义不明显。     

D型聚能管定向预裂爆破技术在沿空留巷中的应用

针对传统沿空留巷方式存在施工工序繁多、经济成本高、留巷效果差等问题,提出D型聚能管定向预裂爆破沿空留巷技术,理论分析了该技术原理,并在现场试验中确定了合理爆破相关参数,同时在王庄煤矿21031进风巷沿空留巷应用过程中,利用钻孔窥视技术和巷道围岩矿压观测分析对该技术进行评价和分析,结果表明:D型聚能管定向预裂爆破技术具有更好的聚能效果,能够提高定向预裂爆破切缝结构面形成和成缝率,且形成的对称裂缝较为明显,有利于工作面采空区顶板垮落,减小工作面顶板周期来压对留巷巷道的影响,巷道围岩变形量均在可控范围内,留巷断面满足工作面安全生产要求,达到了切顶卸压留巷目的。