深井高应力大断面岩巷掘进技术研究

深井掘进矿压大、地质复杂、巷道凿岩成孔困难,钻孔效率低,爆破效果差,岩巷掘进循环作业进尺小。为解决高应力坚硬围岩条件下的巷道快速钻爆问题,某矿采用了直眼中空四角柱式掏槽、多向聚能爆破、井巷定向断裂巷道轮廓成形技术,增加了循环进尺和掘进效率,减少了支护和爆破材料消耗,实现了全岩巷道快速钻爆。     

复合掏槽在岩巷快速掘进中的研究与应用

为解决阳煤五矿南翼五采区集中高抽进风巷炮孔利用率低、大矸率高、整体掘进效率低等难题,运用LS-DYNA软件模拟楔形掏槽与复合掏槽方案,研究了岩体内部应力变化规律,并进行现场试验。结果表明复合掏槽更有利于破碎岩石,形成槽腔,提高爆破效率。新方案较原方案单循环进尺提高了0.46m,炮孔利用率由69.5%提高到92.5%,且无可见大块矸石,取得成效显著,对类似的岩巷爆破掘进具有参考价值。     

分层不掏槽爆破在下山巷道掘进中的试验研究

针对煤矿下山巷道钻爆法掘进中普遍存在的循环进尺小、炮孔利用率低、爆后矸石堆积工作面、留底严重等问题,提出一种分层不掏槽爆破技术。基于高速摄影和掏槽破岩理论,通过试验对比,分析了直眼掏槽、楔形掏槽、不掏槽3种形式的爆破破岩效果优劣;并使用ANSYS/LS-DYNAY有限元软件,对实际工程中不掏槽单孔爆破时的炮孔内岩石连续损伤演化累积过程进行数值模拟。在实际煤矿下山巷道掘进施工中,采用楔形加直眼掏槽和分层装药、同时起爆、不掏槽2种爆破方案,进行现场试验。通过对掘进进尺、炮孔利用率、光爆效果、抛渣距离、矸石块度等指标的对比分析,评价设计方案,优选出综合指标最佳的爆破方案。采用此方案,能将月进尺提高13%以上,并能大大提高出矸效率。     

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。     

提高岩巷掘进爆破速度和质量的若干技术问题探讨

结合岩石爆破破碎理论和现场施工实践,对影响岩巷掘进中深孔爆破掘进速度和巷道质量的炮眼深度、掏槽爆破和光面爆破等若干技术问题进行了研究,提出了合理的掏槽形式和掏槽参数、光爆装药结构和光爆参数。     

大直径中空眼在岩巷掘进中的应用

岩巷掘进速度的关键在于掏槽,随着对掘进进尺的提高,要求炮眼越来越深。针对现阶段直眼和楔形掏槽技术的特点,为了克服深孔掏槽爆破效果差的难题,引入了大直径中空眼直眼掏槽技术。通过大直径中空眼的作用,改变了掏槽眼爆破的能量释放顺序,同时大直径中空眼的预裂作用提高了掏槽孔的爆破效果。通过数值模型分析了大直径中空眼对周围岩体破碎和掏槽眼的作用。工程实践表明,大直径中空眼配合直眼掏槽,在爆破进尺、炮眼利用率等方面优于常规直眼掏槽技术,具有良好的适用性。     

深部高应力岩巷快速钻爆施工技术

在新汶矿区地应力测试结果的基础上,分析了深部高应力岩巷快速钻爆施工的难点。基于现代爆破理论、断裂力学、岩体力学,通过实施技术创新,采用CMJ17A全液压凿岩钻车代替传统风钻,提出新型岩石定向断裂控制爆破技术、双空孔楔形-筒形复式掏槽技术,形成了一套深部高应力坚硬围岩巷道快速钻爆新技术。工程实践应用表明,该套快速钻爆新技术,可大大减少钻孔数量以及支护和爆破材料消耗,提高炮眼利用率,改善巷道成形效果和围岩稳定性,提高循环进尺和掘进效率,实现平均月进尺122 m,最高月进尺155 m,达到了深部高应力岩巷“长进尺、高效率、弱扰动、少欠挖、小超挖”的快速钻爆施工目的。     

岩巷掏槽爆破掘进数据库建立及参数优化研究

掏槽爆破掘进参数是岩巷钻爆法施工的关键参数,优化爆破掘进参数是确保钻爆法高效率施工的重要途径之一。依据1980—2022年共200个代表性爆破掘进案例,利用统计学方法分析了爆破参数在普氏系数和断面面积2个岩巷特征参数维度下的变化特征,通过构建爆破掘进案例数据库研究了岩巷掏槽爆破客观规律。结果表明:随着普氏系数增加,岩石极限抗压强度增大,为保证爆破效果,可适当增加炮孔长度和炸药单耗,同时也会略微增加单循环进尺,但岩石自身高应力导致的夹制作用会降低炮孔利用率;通常设置空孔为掏槽爆破提供新的自由面,通过应力波反射拉伸使得靠近自由面的岩体破坏区域更大,硬岩巷道更适合直孔掏槽爆破。在较大断面岩巷的掏槽爆破掘进过程中,岩石夹制作用较小,较小的炸药单耗可以达到良好的爆破效果,从而促进了单循环进尺和炮孔利用率的提高;由于大断面面积对岩石爆破的限制作用减弱,无需过分增加炮孔数量和装药量,相反适当减缓炮孔数量的增长速率也能够达到良好的爆破效果。上述分析可以为爆破参数优化、岩巷高效施工提供参考。     

煤矿岩巷束状孔掏槽爆破掘进试验研究

国内煤矿井下岩巷掘进以传统钻爆法施工为主,其效率低,难以适应煤矿强化开采的需要,研究提高钻爆法的掘进效率对于煤矿生产具有重要意义。影响掘进效率的关键因素是炮眼深度和掏槽爆破效果,本文从增加炮眼深度和改善掏槽效果的角度出发,设计采用束状中深孔掏槽方式,在发挥中深孔掏槽优势的同时,利用束状孔最优埋深条件下的当量球形漏斗,实现炮孔的充分利用,改善掏槽效果,从而提高掘进循环进尺和效率。试验表明,与传统浅孔楔形掏槽相比,束状中深孔掏槽爆破掘进每炮循环进尺提高了45%,效果显著。     

大直径深孔中空眼直眼掏槽爆破技术应用研究

为解决九里山矿高突出危险性煤层底板岩石抽采巷采用光面爆破掘进效率低的问题,以九里山矿16121底抽巷岩层赋存特征为地质背景,在直眼掏槽爆破理论分析的基础上,采用数值模拟的方法探讨了大直径掏槽对16121底抽巷围岩力学性质的影响,进而提出了大直径深孔中空眼直眼掏槽爆破提高巷道掘进效率的工艺技术,并进行了工业试验,研究结果表明:大直径深孔中空眼直眼掏槽技术对围压应力分布影响明显,工艺实施后中空眼周围出现了较大的拉应力,且随着远离中空眼距离的增加拉应力减小,最大应力出现在孔口周边,其值分布表现为围绕中空眼压应力呈环形递减变化规律,相邻掏槽眼间形成拉应力叠加破坏区,有效降低了围压的抗破坏能力;爆破进尺显著提高,由原来的1.6 m增加到2.2 m以上,掘进效率提高40%以上;同时,炮眼利用率由81%提高到89%;单位炸药消耗量明显下降,由2.3 kg/m~3降低至1.5 kg/m~3左右,有效降低了岩巷掘进的作业成本。     

煤矿小断面岩巷钻爆法快速掘进技术研究

煤矿中岩巷的掘进速度往往是煤炭开采时间的决定性因素,岩巷的快速掘进是煤矿生产的保证,但是不合理的爆破方案、落后的掘进设备以及繁杂的工程管理往往制约着岩巷的掘进效率。岩巷掘进水平关系到煤矿正常生产接续,针对阳煤集团一矿某高抽巷掘进速度较慢的实际,首先对制约试验巷道掘进进尺水平的因素进行分析,根据分析结果对爆破参数进行了优化设计,尤其是针对掏槽爆破孔的重新设计,最后对爆破效果进行多方位的对比检测。试验结果显示,优化的爆破方案能够有效地提高巷道掘进效率,巷道的单循环进尺、大块率、炮眼利用率等指标明显优于原爆破方案,月进尺也由70 m/月提高到85 m/月,圆满完成并超过矿上给定的指标。     

综掘硬岩段深孔超前爆破研究与应用

针对硬岩巷道综掘施工难度大的问题,提出采用深孔超前爆破技术,以增大岩体内裂隙和损伤范围,降低综掘机切割难度。以淮北矿业集团桃园煤矿为例,进行了原岩应力作用下爆破裂隙和损伤范围的理论分析和数值模拟研究,据此设计了大直径深孔超前爆破参数,并进行现场试验研究,研究结果表明:炮孔直径75 mm、药柱直径63 mm的爆破炮孔周围0.424 m范围内的Von Mises应力在177 MPa以上,形成破裂区;损伤范围0.424~2.3 m;爆破后综掘机施工速度提高了40%~50%、而截齿消耗降低了52.4%;对爆破振动实测并分析得出爆破振动能量集中在50~160 Hz频带范围内,没有对巷道围岩及支护结构造成破坏。     

高地应力切顶留巷围岩快速控制技术研究

为解决深部高应力区切顶留巷围岩破碎、初期支护手段无法有效控制围岩的难题,以陈四楼煤矿十七采区21702工作面为实际工程背景开展切顶留巷围岩控制技术研究。根据工作面地质条件,分析切顶留巷的变形机理,设计切顶爆破参数及初期巷道的支护方案。针对工作面推进过程中,巷道变形大,围岩破碎等情况,设计切顶留巷补强支护方案:采用一种新型速凝、早强的无机双液注浆材料对切顶留巷破碎围岩注浆加固,快速有效地控制巷道变形;同时设计柔性挡矸自成墙体的巷帮挡矸措施,实现主、被动结合的切顶留巷补强支护方式。结果表明:在陈四楼煤矿21702工作面切顶留巷采取巷道补强技术,留巷巷道在二次采动应力作用下,顶板下沉量最大为147mm,两帮位移量最大为335mm,底板底鼓量最大为402mm,留巷围岩得到有效控制。     

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。     

硬岩下山巷道快速掘进技术措施研究

分析了制约巷道快速掘进的影响因素, 提出了提高下山巷道掘进速度的技术措施。在爆破技术方面, 通过改善掏槽形式、增设抛渣辅助眼、采用新型周边眼定向聚能断裂爆破技术等爆破技术措施, 增加进尺、保证成型; 在施工配套设备方面, 通过采用耙装机+斜巷输送带(可兼作运料)+矸石仓机械化作业线, 提高施工速度、减小劳动强度; 在施工组织方面, 通过采用多工序平行交叉作业方式、抓好正规循环作业等施工组织管理措施, 保证各工序有序进行。在华恒矿-1 000 m水平副暗斜井某施工段, 在岩石硬度较大的情况下, 通过应用上述措施, 月进尺提高了35%以上, 证明了该技术提高硬岩下山巷道掘进速度的有效性。     

义能煤矿岩巷快速施工设备及配套工艺研究

义能煤矿一直采用风锤打眼爆破、耙装机装岩、矿车排矸的方式进行岩石巷道掘进。岩石巷道掘进机械化水平较低、工人劳动强度比较大、掘进速度缓慢。为了突破岩石巷道快速掘进的瓶颈,配备岩巷凿岩、装岩、排矸机械化作业是岩巷快速掘进的先决条件,优化爆破参数及爆破方案是关键,完善支护参数是基础,科学合理的施工组织是实现快速掘进的前提。     

短距定向爆破抛掷技术在岩巷快速作业线掘进中的应用

大断面硬岩巷道多为炮掘施工,尤其采用液压掘进钻车、挖掘式装载机配合的岩巷快速作业线施工时,抛掷矸石对其损伤尤为严重。为避免设备损坏,在基于抛掷理论分析上,确定了一种适合大断面硬岩巷道的爆破方案,同时结合"阻抛孔"减弱爆破抛掷作用,有效地控制了抛掷距离,提高了巷道单进水平。     

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。