不同耦合介质光面爆破裂纹发展数值分析

为研究不同耦合介质条件下光面爆破裂纹发展特性,基于ANSYS/LS-DYNA动力有限元程序,利用脆性材料的Von Mises破坏准则,建立了不同炮孔间距、不同抵抗线条件下的光面爆破数值模型,分别分析了空气和水作为径向耦合介质下光面爆破裂纹发展规律。研究发现：由于2种物质的性质不同,导致耦合作用机理的不同,传递给岩体的爆炸能量有所差别,进而影响炮孔间裂纹的发展,数值模拟结果证实了这一点。空气耦合下的光面爆破较易形成合格的贯通裂隙,且炮孔周边爆生裂纹相对较少,裂纹分叉现象较少;水耦合条件下贯通裂隙形成质量较低或者不形成贯通裂隙,炮孔周边裂纹较发育,裂纹分叉现象较多,不利于炮孔间径向裂纹的贯通。2种耦合介质下,炮孔连心线上的Von Mises应力衰减曲线均符合幂函数衰减,水耦合条件下,炮孔壁的Von Mises应力明显高于空气耦合,但衰减速度相比空气耦合条件下较小。随着不耦合系数的增大,传递给岩体的压力减小,岩体爆破裂纹减少,不耦合系数为2.1时爆破效果最佳。     

基于地应力和二次损伤的预留光爆层爆破参数研究

对于地下开采,预留光爆层进行二次爆破可以保证巷道掘进面轮廓成形效果,减少围岩损伤。基于地应力、应力波和爆生气体等共同作用理论,对预留光爆层二次爆破进行参数优化。分析预留光爆层厚度对地应力重分布的影响以及二次应力对爆生裂纹扩展的影响,可知二次应力会抑制爆生裂纹扩展,且预留光爆层厚度与二次应力大小呈正相关;分析在不考虑损伤、考虑一次损伤和考虑二次损伤条件下,轴向不耦合系数及炮孔间距大小的变化,可知考虑损伤可以适当增大轴向不耦合系数和炮孔间距。以焦家金矿深部开采工程为背景,对比爆破参数优化前后爆破效果,可知在深部开采时考虑地应力和损伤,能提高半孔率和节约成本。研究结果为地下开采爆破标准化提供了理论依据。     

控制预裂和后爆孔的空孔作用

控制预裂是对现行光面爆破技术的改进.文中总结了目前工程中控制裂纹初始扩展方向的3种方法,并应用岩石介质中柱状装药所产生的应力波之衰减规律与波在空孔周围的动应力集中以及动态强度准则,尤其是后爆孔(空孔)的空孔作用,确定了先爆孔与后爆孔之孔距.工艺操作简单,较易在工程施工中推广.     

双孔聚能爆破煤层裂隙扩展贯通机理

针对双孔聚能爆破孔间煤层裂隙扩展贯通问题,基于对双孔爆破应力波叠加效应的分析,建立双孔聚能爆破数值分析模型,研究双孔同时起爆时应力波的传播特征、煤体的应力状态、煤体裂隙扩展贯通规律以及应力波叠加效应对裂隙扩展的影响。结果表明,应力波叠加效应致使两爆破孔中间截面上部分区域及其邻域内形成均压区,迫使部分径向裂隙转向,主导爆生裂隙空白带的形成;两爆破孔间的定向裂隙相互贯通后,爆生气体相互作用促进贯通区裂隙的扩展并贯穿空白带。同时,结合煤层深孔聚能爆破现场试验发现,在两爆破孔外侧,应力波叠加效应促进裂隙的扩展,该作用随着远离爆破孔呈先增加后减小之势;在两爆破孔之间,应力波叠加效应抑制部分区域裂隙的扩展,致使两爆破孔之间不同位置处煤层增透效果有起伏变化。      

不同地应力条件下含节理岩体爆破的数值模拟

将爆破损伤视为爆破应力波和爆生气体压力共同作用的结果,分别考虑不同的地应力条件(侧压力系数0.5、1和2,竖直方向地应力5 MPa和10 MPa)和节理角度(30°、45°、60°和90°),开展含节理岩体双孔爆破过程的数值模拟,研究爆生裂纹萌生—扩展—贯通过程的演化规律.无节理时,初始应力场对爆生裂纹的扩展具有一定的导向作用,裂纹扩展主方向趋于最大地应力方向.节理对裂纹的扩展方向具有一定的影响,节理角度为30°时,爆生裂纹与节理面连通,形成典型的‘之’字形断裂.节理对裂纹萌生和扩展具有明显的促进作用,有利于孔壁上下侧裂纹沿竖直方向的扩展.      

玲南金矿采场落矿爆破参数二次设计

玲南金矿采场浅孔爆破落矿中,爆破参数的选取直接影响爆破效果,其中包括最小抵抗线、排间距、堵塞长度、线装药密度等参数的确定和计算;采场爆破采用排间微差爆破,排间延迟时间与爆破效果息息相关;玲南金矿采用光面爆破控制顶板和间柱,光面爆破的孔间距和装药量对爆破效果也有较大影响。鉴于玲南金矿生产现状,有必要对爆破参数进行二次设计和讨论,与现用爆破参数进行对比分析,从理论上说明现用爆破参数的合理性或不足之处,增加现有爆破说明书的设计依据,为下一步生产和深部开采提供参考。     

地应力对煤层深孔聚能爆破致裂增透的作用

针对地应力对煤层深孔聚能爆破致裂增透问题，在分析钻孔围岩应力场、爆生裂隙扩展及动态卸载效应的基础上，对不同地应力条件下聚能爆破作用过程及裂隙发育特征进行了数值模拟，并通过在不同埋深下的聚能爆破现场试验，探讨了地应力对煤层深孔聚能爆破致裂增透的作用。结果表明:在高地应力煤层进行深孔聚能爆破时，地应力在煤层深孔聚能爆破裂隙扩展不同阶段的作用存在较大区别，在未进行聚能爆破时，钻孔围岩应力状态及形变特征由钻孔形态以及地应力共同决定。在聚能爆破作用初始阶段，由于聚能爆破对围岩产生的冲击作用明显强于地应力，因此爆生裂隙在初期的扩展方向主要由聚能装药结构控制，沿聚能槽开口方向形成定向裂隙；随着裂隙向四周扩展，爆破作用逐渐减弱，地应力作用逐渐显现，钻孔围岩在地应力作用下产生切向压应力，限制了爆破径向裂隙扩展。同时，与主应力方向不同的煤体裂隙在较强的剪应力作用下逐渐沿最大主应力方向偏转。当爆破作用产生的等效动态应力无法继续使煤体进一步压缩时，钻孔围岩内积聚的弹性应变能开始朝爆破中心方向释放，形成新的裂隙。此外，不同方向上的裂隙扩展范围受侧压系数控制，当垂直主应力一定时，随着侧压系数增大，最小主应力方向的裂隙范围进一步减小。      

水平浅孔预裂爆破技术在新城金矿的应用

为了准确获得地下水平浅孔条件下的预裂爆破参数,优化爆破效果,以新城金矿V#矿体二步采场为工程背景,应用理论分析和现场试验方法,开展预裂爆破参数优化研究。分析了预裂爆破技术的特点及其成缝机理,采用爆炸应力波与高压气体联合作用原理建立预裂爆破初始裂纹起裂、扩展和止裂的判据,并由此推导出用于地下水平浅孔条件下的预裂爆破主要参数的计算公式。根据该计算公式确定的试验采场预裂爆破参数进行现场工业试验,爆破后采场的顶板和两帮平整光滑,预裂炮孔孔壁清晰可见,验证了该计算公式的正确性,同时表明二步采场的回采过程中,采用预裂爆破的效果明显优于光面爆破,是一种安全、高效、经济的爆破落矿工艺,能够满足矿山的安全、高效开采。     

地应力作用下偏心装药的炮孔裂隙分布

根据爆炸应力波和爆生气体的理论,考虑地应力的作用,结合断裂力学中最大周向应力理论,推导出了偏心不耦合装药条件下初始裂隙和扩展裂隙的计算公式。选取2号岩石乳化炸药和3类典型岩石参数对偏心不耦合装药下的裂隙范围进行了计算,并分析地应力对爆炸应力波引起的初始裂隙的影响。结果表明:炮孔壁上各点的不耦合系数由偏转角度α、炮孔与药卷半径之差决定;炮孔上不耦合系数的不同,致使偏心不耦合装药结构下裂隙分布十分不均匀,耦合侧与不耦合侧裂隙长度存在较大差异;地应力的存在抑制了裂隙的扩展,随着地应力的不断增大,炮孔周边裂隙范围逐渐减小,不耦合侧最短裂隙对应角度α逐渐增大,且其裂隙范围接近粉碎区半径。当3类岩石爆破施工中遇到高地应力时,采用三角形布孔,考虑不耦合侧裂隙很短或者不产在的情况,炮孔间距应控制在0.45~0.70 m之间。     

某金属矿巷道掘进光面爆破施工技术研究

近年来,随着我国金属矿山规模的扩大,光面爆破技术在金属矿山巷道掘进中得到广泛应用。本文以某金属矿山巷道掘进工程为例,从参数选择、装药结构、炸药消耗和炮孔布置等角度,重点分析不同围岩的光面爆破应用,并总结光面爆破质量控制措施。实践表明,合理设计和调整光面爆破参数,加强爆破质量控制,可以有效保障围岩爆破施工的质量和安全,也可为类似工程施工提供参考。     

切缝药包爆破定向断裂机理及围岩损伤特性分析

依据弹性波动理论,结合冲击波在岩石或类岩石介质中的传播规律,建立了切缝药包爆破时切缝方向与非切缝方向的孔壁峰值应力、粉碎区和裂隙区范围之间的比例关系.利用AUTODYN软件建立了切缝药包爆破模型,在其切缝方向与非切缝方向各等间距设置5个测点,对测点处的应力峰值、爆破振动速度峰值以及峰值对应的时间进行了分析.而后基于淮南矿区顾北煤矿的巷道爆破试验,进行了普通药包、切缝药包以及不同周边孔间距的爆破试验,研究了切缝药包以及周边孔间距的大小对围岩损伤度的影响.结果表明,使用切缝药包爆破时,在其切缝方向会产生爆轰产物射流和应力集中,同时会减弱非切缝方向的应力峰值和爆破振动速度,延缓非切缝方向的能量传播速度,减弱非切缝方向的能量传播大小,从而达到定向断裂的目的;通过现场试验可以发现,使用切缝药包比使用普通药包爆破后,围岩的损伤度下降了30%以上;当使用切缝药包爆破时,随着周边孔间距的增大,爆后围岩损伤度呈下降趋势.     

节理发育岩体巷道掘进爆破数值模拟与应用研究

节理面、软弱夹层和断层等地质不连续面是影响巷道掘进爆破效果的重要因素。根据岩体中应力波的传播理论,以某煤矿轨道下山为工程背景,利用LS-DYNA软件对倾角为68°、宽度为3 cm的节理岩体巷道掘进掏槽爆破进行模拟分析,验证了理论分析中节理面对爆炸应力波传播的影响。结果表明：节理面破坏了岩体的整体性,其背爆侧岩石破碎较弱,而迎爆侧由于节理的反射作用岩体破碎加剧。提出了掏槽孔中心直眼采用孔内间隔延期装药结构和?35 mm的炸药以增加掏槽爆破能量,合理布置炮孔、减少节理面附近炮孔装药量,并辅以增加炮孔深度、提高堵塞长度和质量等措施,延长了爆炸能量作用时间,提高了爆破效率。现场应用取得了良好的效果。     

掏槽孔超深深度对爆破效果的影响

煤矿岩巷钻爆施工中,速度的关键在于掏槽.随着岩巷掘进工程量不断增大,虽然炮孔深度逐渐增大,但是掏槽孔超出普通孔的长度并没有改变,基本保持在200 mm及以下.针对掏槽孔超深与炮孔利用率这一问题,本文在超深系数η的基础上,引入裂隙区重合度φ的概念,利用数学建模方法,分析了不同超深深度爆破时的岩石应力状态,建立了超深深度及岩石碎胀系数之间的关系,并确定了掏槽槽腔主要参数的计算公式及取值范围,发现存在最优掏槽孔超深系数η和裂隙区重合度φ,使得炮眼利用率最高.利用LS-DYNA数值模拟分析了掏槽孔超深爆破时爆炸应力波的传播规律和孔底岩石的受力特征,并比较了200、300、400和500 mm不同超深深度的应力波强度变化特征并应用于岩巷掘进现场,对比了超深爆破方案和普通爆破方案的单循环进尺、炮孔利用率、眼痕率及大块率等爆破效果指标.结果表明,当超深深度为400 mm时,炸药爆破能量充分用于破岩,能量利用率最高,爆破后形成重叠的裂隙区,增大了后续爆破的自由面,提高了爆破破岩的效率,对岩巷钻爆法施工的参数优化有一定的指导意义.     

露天爆破大块控制试验

露天矿产生爆破大块受炮孔间距、炮孔排距、爆破方法、装药方式、充填距离等因素控制。以某露天钼矿为例,应用经验公式设计、爆破漏斗试验及爆破工业试验,确定了炮孔排距、间距、装药方式、起爆方法和充填方式,改善了爆破效果。试验发现,同时应用孔间和孔内微差是改善爆破效果的最有效方式,后排应用孔间或孔内微差时爆破后震较大。     

急倾斜中厚矿体长矿房连续开采干式充填采矿法

露天转地下急倾斜中厚矿体目前主要采用空场法、崩落法和尾砂胶结充填法进行开采,然而一些特殊区域不能采用尾砂进行充填,为了提高回采效率,需结合矿山地质条件研究与之相适应的采矿方法。针对青龙沟采区北矿段露天转地下急倾斜中厚矿体,依据矿岩体工程地质条件及其稳固程度,结合矿山现有采矿装备与充填条件,在阶段空场法分段凿岩、落矿的基础上,提出了长矿房连续开采干式充填采矿方法。依据矿体形态划分阶段,在首采阶段最下分层开掘凿岩巷道,上一分层预控顶为下一分层开采提供凿岩巷道;采用中深孔连续落矿的同时,利用废石等对采空区进行干式充填。该采矿方法简化了矿块开拓设计,大大减少了采准、切割工程量,缩短了采准、切割时间;通过采用连续开采减少矿柱留设,提高矿石回采量;采用干式充填体控制采场地压。在青龙沟采区北矿段现场进行的工业试验表明：对急倾斜中厚矿体采用长矿房连续开采干式充填采矿法实现了高强度和大规模集中开采,提高了矿块的回采率,降低了矿产资源损失量。     

金山金矿硬韧性岩巷道掘进炮眼布设和装药量的改进

介绍了该矿传统掘进凿岩爆破方法,详细阐述了该矿硬韧性岩的巷道掘进炮眼布设及装药系数的确定。通过试验,验证了多凿空掏槽眼,减少装药炮孔个数,加大装药系数的方法有利于提高硬韧性岩巷道掘进效能,大幅增强爆破效果。     

新城金矿阶段空场嗣后充填法开采大直径深孔切槽爆破方法

在阶段空场嗣后充填法开采过程中,如何形成回采爆破的初始补偿空间是成功应用该采矿方法的关键。阶段空场嗣后充填法在进行切割拉槽爆破时,受到围岩的夹制作用,极易造成切割槽爆破欠挖甚至出现爆破失败的问题。以新城金矿为工程背景,采用无切割井大直径深孔爆破方法形成切割槽。对比分析传统的垂直深孔后退式分段爆破拉槽方法与“品”字形后退式分段爆破拉槽方法,结果表明：当采用“品”字形后退式分段爆破拉槽方法时,既利用了采场下部的自由空间,又利用了由于“品”字形布置所创造的超前自由面和中央补偿空间,可以显著提升无切割井深孔爆破的效果。在此基础上,优化了新城金矿阶段充填法开采过程中大直径深孔切槽爆破的孔网参数。综合分析结果,确定了新城金矿大直径深孔切槽爆破一次爆破高度为3.6 m,炮孔直径为100 mm,炮孔的排间距和孔间距均为1.5 m,爆破边孔距离爆破边界为0.5 m,并在切割槽中央设置4个空间补偿孔,改善“品”字形后退式深孔切槽爆破的效果。     

空气间隔装药光面爆破在某巷道掘进中的应用

针对某巷道掘进周边孔光面爆破中出现的问题，应用空气间隔装药光面爆破技术及其对炸药传爆方式的改进，最终取得了比较好的爆破效果。实践证明，这项技术操作简单，爆破成本低，能够取得非常可观的经济效益，有很大的推广应用价值。