岩巷切缝药包楔形掏槽爆破模型试验与分析

为了研究合理的掏槽方式改善岩巷掏槽效果差、炮眼利用率低的问题,采用水泥砂浆模型对切缝药包楔形掏槽爆破进行了试验研究。共设计了4组对比试验,每组试验分别在6组不同强度的水泥砂浆模型上展开,模型炮孔数目均为6个,每个炮孔装一发8号电雷管起爆。试验结果表明,切缝药包装药结构提高了炮孔利用率、增大了槽腔体积及降低了掏槽碎块的大块率;并得到了不同强度模型最优的掏槽方式,其中80°切缝药包楔形掏槽爆破在不同强度模型下炮孔利用率、槽腔体积及掏槽碎块大块率均相差较小,用于岩性变化较大的岩巷中,可得到较好的掏槽效果。切缝药包楔形掏槽爆破利用切缝对能量的导向作用,实现裂纹的定向扩展,并提高了掏槽效果。     

切缝药包掏槽爆破试验研究

将切缝药包定向断裂爆破技术引入到掏槽爆破中,以解决制约中深孔爆破的瓶颈性问题。首先进行了砂浆模型试验,对切缝药包定向断裂性能进行了研究;其次结合砂浆模型试验结果,进行了矩形切缝药包掏槽爆破现场试验;最后在上述试验的基础上,进行了全断面爆破现场试验。试验结果表明:切缝药包爆破具有极强的定向成缝效果;矩形和三角形切缝药包掏槽全断面爆破的炮眼利用率分别为94.5%和93.1%。切缝药包掏槽爆破极大地提高了炸药的使用效率,有效地消除了深部围岩的夹制作用,为深部岩体掘进爆破提供了一种新的解决途径。     

中深孔全断面切缝管定向断裂爆破技术应用研

分析了切缝管定向断裂爆破裂纹的形成与扩展机理,在切缝处应力集中和压力差共同作用下形成初始裂纹,而后的裂纹扩展经历了切向拉伸应力作用下的扩展阶段、爆生气体驱动压力作用下裂纹稳态扩展和爆生气体驱动下的宏观裂纹扩展3个阶段。在理论分析的基础上结合工程实际,提出了切缝管药包定向断裂复合楔形掏槽爆破和周边孔切缝管药包定向断裂爆破技术。现场应用效果表明：切缝管爆破可提高炮孔利用率和眼痕率,降低爆破对围岩的扰动损伤,改善掏槽爆破和周边爆破效果,有利于提高巷道掘进速度。     

中深孔全断面切缝管定向断裂爆破技术应用研究

分析了切缝管定向断裂爆破裂纹的形成与扩展机理,在切缝处应力集中和压力差共同作用下形成初始裂纹,而后的裂纹扩展经历了切向拉伸应力作用下的扩展阶段、爆生气体驱动压力作用下裂纹稳态扩展和爆生气体驱动下的宏观裂纹扩展3个阶段。在理论分析的基础上结合工程实际,提出了切缝管药包定向断裂复合楔形掏槽爆破和周边孔切缝管药包定向断裂爆破技术。现场应用效果表明:切缝管爆破可提高炮孔利用率和眼痕率,降低爆破对围岩的扰动损伤,改善掏槽爆破和周边爆破效果,有利于提高巷道掘进速度。     

含垂直层理介质在切缝药包爆破下裂纹扩展行为的试验研究

岩体中层理对切缝药包爆生裂纹的扩展有重要影响。 本文采用焦散线方法研究垂直层 理介质在切缝药包单孔/双孔爆破下爆生裂纹的扩展规律。 结果表明:与无层理介质相比,在垂 直层理介质中,切缝药包单孔爆破下爆生裂纹的扩展速度下降,炮孔一侧裂纹扩展的最终长度降 低约15.5% ;爆炸应力波在层理处产生的反射波使相向扩展爆生裂纹尖端的应力强度因子KdⅡ增 大、Kd Ⅰ降低,抑制了爆生裂纹的扩展,且炮孔距离层理越近,层理对该侧炮孔处裂纹的阻碍效应 越强;切缝药包双孔同时起爆时,相邻炮孔产生的爆炸应力波对相向扩展的爆生裂纹有促进作 用,使裂纹尖端的应力强度因子和裂纹扩展速度均显著提高,裂纹直接穿过垂直层理继续扩展, 提高了层理岩体中爆生裂纹定向扩展的能力,裂纹扩展的最终长度较单孔爆破时增大50% 以 上。 研究结果为层理岩体中开展切缝药包定向断裂爆破提供参考。     

切缝药包聚能控制爆破在立井硬岩快掘中的应用研究

针对煤矿立井掘进炮眼利用率低,成型差的问题,采用了切缝药包定向断裂控制爆破技术。通过在周边眼使用切缝药包,在周边眼单孔药量不变的前提下,将眼数由52减为35个,眼距由600mm增大至800mm实施聚能控制爆破。现场爆破应用效果表明:切缝药包聚能控制爆破可显著提高立井爆破炮孔利用率和眼痕率,半眼痕率增加了52%,周边不平整度在±5cm,周边眼切缝药包降低爆破对围岩的扰动损伤,改善了光面爆破效果,有利于提高立井掘进速度。     

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。     

应用断裂力学原理探讨深孔掏槽爆破机理

本文应用断裂力学原理，对深孔掏槽爆破的单自由面下垂直炮孔柱状药包的爆破作用，爆炸压力作用下岩石脆性断裂等进行了理论探讨，并提出了深孔掏槽爆破的计算公式。     

电子雷管在岩巷爆破中掏槽孔微差时间试验研究及数值模拟

为研究直眼掏槽爆破掏槽孔与辅助孔间延期时间对掏槽爆破效果的影响,通过电子雷管的模型试验对不同延期条件下的槽腔形成过程和特点进行了研究。试验采用高速摄影仪对试块槽腔的形成过程进行观测,并利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对槽腔裂纹扩展进行了数值模拟分析。结果表明：① 在本模型试验条件下,延期时间为1~3 ms时掏槽孔与辅助孔之间的爆炸能量相互作用最紧密,并为辅助孔起爆提供了新自由面,降低了辅助孔起爆受到的夹制作用,爆破效果最佳。② 同时起爆时,相邻掏槽孔与辅助孔之间的岩体比掏槽孔包含的槽腔岩体破碎更充分。延期1 ms起爆时,掏槽孔与辅助孔之间的岩石受辅助孔爆炸冲击波作用瞬时移动速度达到最大,辅助孔起爆产生的裂隙范围也最大,掏槽效果最佳。③ 掏槽孔起爆超过1 ms后对槽腔岩体的影响逐渐消失,此时起爆辅助孔不利于掏槽孔与辅助孔之间爆炸能量相互叠加,降低了掏槽爆破效果。     

“小构造”复杂岩石条件下掏槽爆破的试验研究

为解决某矿山掘进爆破进尺小、炮孔利用率低的问题,通过理论分析并结合矿山实际矿岩体构造和矿岩固有性质,提出了"1+8"和"2+8"两种掏槽爆破方案。试验表明:8个空孔可为掏槽爆破提供足够的补偿空间;在矿岩体比较完整、无明显夹石情况下,"1+8"掏槽爆破方案取得了良好的爆破效果,掏槽炮孔利用率能达到90%以上;为了克服小构造影响,应适当地增加装药眼和炸药量。     

煤矿岩巷掘进爆破掏槽孔超深问题探讨

掏槽技术是影响煤矿岩巷钻爆法掘进效率的关键,为了探讨掏槽孔超深深度(掏槽孔与非掏槽孔深度之差)与炮孔利用率之间的关系,采用文献检索法和现场试验开展相关研究,以近40年岩巷爆破掘进实际案例为对象,从时间、岩性、断面大小、炮孔深度、掏槽形式等5个维度对我国煤矿岩巷掘进施工相关文献进行了统计分析研究。研究结果表明:自20世纪80年代以来,岩巷爆破设计的掏槽孔超深深度均设定约为200 mm,炮孔利用率维持在90%左右,5个维度中岩性对炮孔利用率的影响最为显著,并就掏槽孔超深深度为200、300、400和500 mm时进行了现场爆破试验,炮孔利用率较超深深度为200 mm时的89%分别提高到93%、97%和97%,最大提高了8%,试验条件下掏槽孔超深深度的最优为400 mm;掏槽孔超深深度与炮孔利用率具有较强的相关关系,适当加大掏槽孔超深深度能显著提高炮孔利用率,而不同施工条件下掏槽孔超深深度的确定有待研究。     

复杂破碎岩体矩形聚能药包预裂爆破试验研究

矿山靠帮作业中,确保节理裂隙发育地带的预裂爆破效果具有重要意义。为解决复杂破碎岩体预裂爆破效果差、半壁孔率较低的难题,以酒钢集团西沟石灰石矿西帮为例,结合炮孔特点及施工工艺,提出 了一种聚能槽角度85°、药柱与孔壁之间约有13 mm空气间隔的矩形聚能装药装置,并分析了其聚能射流定向破岩机理;建立了聚能装置ANSYS/LS-DYNA数值模型,提取分析了沿聚能槽水平方向、垂直方向的监测点应 力特征。研究表明：由于聚能药包的存在,调整了炮孔周边岩体应力分布状态,使得在与孔壁相同距离下,沿炮孔中心水平方向应力明显大于沿炮孔中心竖直方向应力,前者为后者的1.62~3.51倍,爆炸能量充分作用 于聚能槽方向,使沿炮孔中心竖直方向（即被保护岩体方向）能量减弱,有效提高了聚能成缝效果。现场进一步试验结果表明：采用矩形聚能药柱预裂爆破区域半壁孔率为64%~82%,不平整度小于20 cm,远优于普通 预裂爆破,验证了矩形聚能药柱装药结构的可行性,对于类似矿山具有一定的借鉴意义。     

数码电子雷管在高瓦斯矿井岩巷爆破掘进中的应用

传统的电雷管只有5个段别,不能满足孔内分段技术对延期时间的要求。数码电子雷管采用电子控制模块,可任意设定爆破延期时间,最小延时时间可设为1 ms,满足瓦斯巷道130 ms内完成爆破过程的要求。另外,目前煤矿岩巷深孔爆破掘进中,由于炮孔底部岩石夹制作用增大导致出现炮眼利用率低等问题。基于数码电子雷管,应用孔内分段掏槽爆破技术,将原先掏槽孔内连续装药改为分段装药,实现了分段延时起爆。将新技术方案在淮南顾北煤矿进行了现场试验。结果表明：基于数码电子雷管,应用孔内分段技术,对比原方案单循环进尺提高了约0.7 m,炮孔利用率提高了约10%,平均块度减少了15%左右,且断面完整没有明显大块,为下一循环提供了良好条件。预估月进尺可由65 m提升至100 m,总体上提高了巷道掘进效率。作为数码电子雷管在井下岩巷掘进的先行试验,在高瓦斯情况下数码电子雷管仍可正常使用,可为今后类似岩巷的爆破掘进施工提供借鉴。     

基于岩粉分段装药的爆破技术研究

采用LS-DYNA动力有限元分析程序,模拟计算了深孔台阶爆破条件下炮孔连续装药和采用岩粉作为间隔介质的分段装药爆破效果。对比分析了连续装药和三种不同分段比例的装药结构爆炸后孔壁的压力极值和压力衰减程度,以及通过Von Mises有效应力极值判别自由面单元是否发生破坏。计算表明,炮孔上部装药40%,下部装药60%,中间采用岩粉作为间隔介质的分段装药结构能够提高炸药能量的利用率,更有利于中上部岩石的破碎。通过对青海威斯特铜矿的爆破试验,进一步验证采用岩粉作为间隔介质的分段装药结构不仅可以降低大块率和爆破振动强度,同时还能够减少爆破综合成本。     

岩溶发育石灰石矿山逐孔起爆技术试验研究

岩溶会导致爆破能量的泄漏,严重影响岩石的破碎和爆破效果,而相邻炮孔炸药可能因殉爆引起大面积的拒爆事故;采用逐孔起爆时,每个炮孔有3个及以上的自由面,有利于岩石抛掷,相邻两个药包不同时起爆,避免了应力降低区的出现;逐孔起爆技术的关键是高精度导爆管起爆系统、确定合理的孔间和排间微差时间,以及起爆网络的正确设计;在岩溶发育石灰石矿山进行的逐孔起爆试验结果表明,逐孔起爆技术能改善爆破效果,显著降低爆破震动效应,降低矿山生产综合成本,并有效预防大面积拒爆,提高矿山安全作业水平。     

提高岩巷掘进爆破速度和质量若干技术问题

怎样提高爆破效率、改善爆破效果、增加进尺速度、保证巷道成型,仍然是岩巷掘进爆破工作中应解决的主要问题。从炮眼的深度、掏槽爆破、光面爆破、定向断裂控制爆破等技术问题进行分析研究,提出一些有益的参考。     

水胶炸药聚能光爆技术在岩巷施工中的研究与应用

鹤煤公司现光面爆破技术存在周边围岩超、欠挖仍较严重等问题,特别是在较软弱破碎岩石中,问题尤为突出,且存在着单位耗药量大、爆破震动和空气冲击波强度大、围岩超挖和损伤大等一系列问题。为了保证光爆效果,提高巷道施工单进水平,以鹤煤六矿31采区回风上山岩巷掘进工作面为工程背景,经过井下现场反复试验、摸索、修正、分析总结,对炮眼布置、炮眼角度以及装药结构、装药量进行重新设计及优化,采用水胶炸药聚能光爆技术。工程实践表明,水胶炸药聚能光爆技术提高了岩巷掘进速度,减弱了围岩震动速度,实现了“三提高,一保护”的作用。研究对类似的岩巷掘进工程具有借鉴意义。     

爆炸作用下介质损伤破坏的分形研究

根据盒维数的计算原理,提出了爆炸载荷下爆生裂纹分形维数的计算方法,并建立了分形维数与爆破损伤度之间的对应关系。利用Matlab软件编写了基于数字图像的爆生裂纹盒维数算法。利用该算法对普通药包和切缝药包两种爆破方式下爆生裂纹的分形特征进行了分析,确定了炮孔周围不同区域的损伤度。结果表明,在普通药包爆破中,随着爆生裂纹的扩展,爆破引起介质的损伤逐渐降低,在炮孔相同距离处,介质的爆破损伤度基本一致。在切缝药包爆破中,爆破介质的损伤度有区域性和方向性特征,在爆生裂纹I区,沿切缝方向产生的爆破损伤较普通药包爆破时相应区域的损伤程度略有降低,且切缝方向的损伤度下降更为显著;对于爆生裂纹II区,沿切缝方向产生的爆破损伤高于普通药包爆破时相应区域的损伤度,而非切缝方向的爆破损伤有明显下降;对于爆生裂纹III区,沿切缝方向产生的爆破损伤明显增加,相应非切缝方向产生的爆破损伤显著降低。基于分形维数的爆破损伤度计算,可用于定量评价爆生裂纹的空间分布特征,为研究岩石爆破损伤的演化规律提供了一条新的途经。