某矿岩土开挖预裂爆破方法改进研究及应用

在矿山岩土基坑爆破工程中,预裂爆破是一种重要的技术措施。某矿在岩土工程基坑开挖爆破中,采用"预裂+缓冲+光面"复合预裂爆破方法,避免了复杂地质条件下爆破对基坑边坡的破坏;采用无噪声预裂爆破方法,杜绝了空气冲击波对建筑物的破坏;在邻近松软边坡、建筑物部位采用空孔缓冲爆破技术,降低了爆破振动和冲击波对边坡及建筑物的破坏,取得了较好的爆破效果。     

八洋河料场宽孔距预裂爆破研究

根据八洋河料场地质和施工条件,利用预裂爆破成缝机理,计算各爆破参数理论数值。通过现场试验,最终确定八洋河料场大孔径宽孔距预裂爆破参数,半孔率达到90%以上,提高了工程质量,降低了工程造价,取得了较好的经济效益。     

低透气性煤层深部复杂地质高瓦斯区域深孔预裂爆破技术

采用深孔预裂爆破技术在五阳煤矿深部煤层地质复杂区域进行了试验研究,对瓦斯抽采效果进行了考察并确定出了深孔预裂爆破影响半径。实施深孔预裂爆破后,煤层瓦斯抽采浓度增加1.28¹.87倍,瓦斯抽采纯量增加1.431.87倍,瓦斯抽采纯量增加1.43³倍,确定的深孔预裂爆破影响半径为5 m,最佳抽采半径为33倍,确定的深孔预裂爆破影响半径为5 m,最佳抽采半径为3⁵ m。说明深孔预裂爆破技术在煤体内形成了较大范围的连通裂隙网,提高了深部地质复杂区域煤层透气性。     

矿山预裂爆破效果预测的BP神经网络法

为简化矿山预裂爆破效果预测环节、提高预测精准度，针对传统预裂爆破效果评价注重预裂坡面成型的不足，考虑到露天矿山边坡时常受到爆破破岩振动等动态荷载影响的特点，结合BP神经网络，提出了既考虑坡面成型标准又顾及爆破振动对边坡影响的矿山预裂效果预测方法。将单孔装药量、平均孔深、孔距、振动速度峰值（水平、垂直）、振动主频（水平、垂直）、爆心距等参数作为神经网络输入参数，将预裂坡面的平均振动速度、半孔率、不平整度、裂隙系数等参数作为神经网络输出参数。基于24次临近边坡的爆破技术数据建立了矿山预裂爆破效果的BP神经网络预测模型。3次现场爆破预测试验表明：通过神经网络内部的自组织结构，将岩石性质、工程地质条件等与控制预裂爆破效果有关的因素进行简化，可将平均振动速度的预测相对误差控制在7%左右，将半孔率、不平整度、裂隙系数的预测相对误差控制在3%左右，对于提高爆破预裂效果的预测精度有一定的参考价值。     

矿山预裂爆破效果预测的BP神经网络法

为简化矿山预裂爆破效果预测环节、提高预测精准度，针对传统预裂爆破效果评价注重预裂坡面成型的不足，考虑到露天矿山边坡时常受到爆破破岩振动等动态荷载影响的特点，结合BP神经网络，提出了既考虑坡面成型标准又顾及爆破振动对边坡影响的矿山预裂效果预测方法。将单孔装药量、平均孔深、孔距、振动速度峰值（水平、垂直）、振动主频（水平、垂直）、爆心距等参数作为神经网络输入参数，将预裂坡面的平均振动速度、半孔率、不平整度、裂隙系数等参数作为神经网络输出参数。基于24次临近边坡的爆破技术数据建立了矿山预裂爆破效果的BP神经网络预测模型。3次现场爆破预测试验表明：通过神经网络内部的自组织结构，将岩石性质、工程地质条件等与控制预裂爆破效果有关的因素进行简化，可将平均振动速度的预测相对误差控制在7%左右，将半孔率、不平整度、裂隙系数的预测相对误差控制在3%左右，对于提高爆破预裂效果的预测精度有一定的参考价值。     

边坡开挖中预裂爆破的减震效应分析与应用

本文根据对预裂爆破震动效应的测试结果,研究了边坡工程中预裂爆破震动波的传播特点和规律,对预裂爆破的减震效果进行了分析,分别考虑主爆孔到预裂面的距离、预裂孔的单响药量和单孔药量、预裂孔与主爆孔之间起爆时差等方面提出了降低预裂爆破震动强度的措施,同时得出了一些有益于最优化预裂爆破设计的结论。     

复杂条件下的超深刻槽爆破

在复杂的环境、地质条件下 ,采取预裂爆破、光面爆破、微差爆破等技术 ,采用大口径钻机、潜孔钻、手持风钻相结合的凿眼方式 ,成功地实施了超深刻槽爆破     

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。     

露天矿临近边帮控制爆破岩石成缝机理的讨论

通过预裂爆破模拟试验，对应力波叠加理论，爆炸气体的“气楔作用”等分别进行了验证，同时以爆破测震为佐证，从理论上否定了预裂爆破，并以充分的证据证明，预裂爆破实施后，根本没有产生预裂缝，留下的半壁孔是实施主爆破时缓冲孔蓄能作用的结果，在此研究成果的基础上，提出了岩石成绩机理的回弹假说，并据此假说提出了一种新的临近近边帮控制爆破方法－蓄能爆破，回弹假说认为爆破的真正动力源是缓冲孔，缓冲孔爆炸后，邻近边帮的岩石受到压缩产生弹性变形，储存了弹性变形能，当有了足够的补偿空间后，岩石在惯性作用下恢复原状，变形能释放产生垂直于炮孔连心线上的拉伸力，当拉伸力大于岩石的结构力时，岩石产生裂缝。     

两种大孔径预裂爆破新技术

人们已经认识到,采用预裂爆破这种特殊的爆破技术,可以明显地降低炮孔内炸药爆轰对孔壁产生的压力,从而达到避免岩体过度破坏的目的。其具体的技术途径有2种,一是采用低密度炸药,二是采用径向不偶合装药。本文分别介绍了这2种方法在大直径深孔条件下的应用情况,并根据预裂面的质量对这2种方法进行了分析和评估。第一种方法使用的炸药其密度极低,仅为02g/cm3。首先在地表对这种炸药进行了无约束条件下的性能试验,然后在一大型露天煤矿进行了现场工业应用试验。现场试验炮孔为直径311mm、深45m的垂直孔。孔内爆速平均为2200m/s。与采用常规炸药的相邻区段相比,预裂面半壁孔率由32%提高到62%,表明采用这种方法的大孔径预裂爆破是成功的。在另一大型露天煤矿的预裂爆破中采用径向不偶合装药的方法,炮孔直径为270mm、最大深度达70m的倾斜孔,孔内水深最大达60m。药包直径150mm,长度6m。使用的炸药为常规散装乳化炸药,其密度为12g/cm3,孔内爆速平均5800m/s。采用此种方法,所形成的边坡平整度明显好于采用常规装药结构的相邻区域,说明这种方法同样能够获得良好的预裂爆破效果。     

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。     

巴润矿24 m高台阶爆破技术

随着巴润矿山开采深度的增加，逐渐形成的临时边坡由于未达到开采境界，出现了2组或4组台阶并段叠置的现象。扩帮时下部台阶边坡陡直，台阶作业宽度狭窄，矿山大型牙轮钻机无法在该下部平台安全作业。为了加快扩帮进度，提高设备的有效作业时间，故提出了在2组并段台阶上实施24 m高台阶爆破技术。现场对高台阶爆区的岩性进行分析并划分出矿岩区域，针对不同岩性的爆区进行分穿分爆，并优化了爆破参数、孔内装药结构以及孔内微差时间。现场爆破试验表明，24 m高台阶爆破技术的应用，减少现场机械设备避炮时间40%，增加钻机设备纯作业率31%，减少爆破大块率12%，现场取得良好的应用效果，可大面积推广。     

高阶段采场深孔爆破质量控制技术研究

针对高阶段采场深孔爆破中存在的炸药单耗高、爆破质量差、爆破危害效应得不到有效控制等问题,从装药结构设计优化、孔网参数设计优化、凿岩质量控制、施工管理等几个方面提出了对爆破质量进行控制的具体举措,改善了高阶段采场深孔爆破质量,有效解决了实际问题。研究发现,设计合理孔网参数,采用轴向不耦合空气间隔装药结构,严格控制钻孔精度,能够有效降低炸药单耗,降低爆破大块率,提高爆破质量。     

沿空留巷切顶加固及预裂爆破技术施工优化

为提高狭窄作业空间下沿空留巷切顶加固及预裂爆破施工的效率,针对陈四楼煤矿21702运输巷设备布置、操作空间等条件,结合掘进期间顶板岩性及支护经验,确定切顶预裂加固支护参数、预裂爆破参数。在作业中研究并优化“导向钻杆+扩孔钻头”施工恒阻锚索工艺、“锚杆机+自制扩孔定向钻头”施工方法与专业切缝钻机平行作业、切缝钻孔工艺及装药结构,多元化解决不同岩性下切顶预裂爆破炮眼间距问题,可为相同地质条件及作业空间下的切顶加固及预裂爆破施工提供借鉴。     

基于品位控制模型的露天铀矿爆破流程优化

湖山铀矿矿体形态复杂、厚度不稳定且有用组分分布不均,采用露天开采方法,利用地质资源模型进行爆区的爆破设计时,受限于模型精度低,矿、废石界线不够准确,时常达不到预期的爆破效果,导致采矿贫化率和损失率偏高。品位控制模型是基于单个爆区的炮孔品位数据进行创建,模型精度较高,可较为准确地反映该爆区矿、废石的实际分布情况,可为爆破设计提供可靠依据。由于炮孔品位数据仅在钻孔、测井之后获得,故需对传统的爆破流程进行优化。在爆区矿、废石界线清晰,且各自分布相对集中的情况下,可通过改变爆破装药量、装药结构以及连线方式等手段,有助于实现矿、废石爆破分离,进一步降低采矿贫化率和损失率。从品位控制模型研究入手,对传统爆破流程进行了优化,并选择合适的爆区进行了分离爆破试验,结果显示：爆破流程优化后可有效降低爆区的贫化率。研究表明：基于品位控制模型对湖山铀矿进行爆破设计流程优化,可有效改善采矿质量和效率,基本满足现代矿山精细化管理的要求。     

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。     

煤矿岩石巷道中深孔聚能爆破新技术研究

针对煤矿岩石巷道掘进中"循环进尺"和"巷道成型"两个关键问题进行研究。以超前探孔做为直眼掏槽的中间空孔,实现"一孔双用",采用稳定组合钻具定向保直钻进三次成孔工艺,单孔三圈桶形直眼掏槽方式,在孔长60 m、孔径193 mm条件下,中深孔爆破循环进度可达到2.4 m。对普通光爆与聚能爆破机理进行分析,确定聚能被筒定向断裂方式,被筒内管为乳化药卷,外侧被敷两侧开缝的PVC管,通过聚能缝的导压作用实现巷道周边双向聚能定向断裂。工业试验表明,中深孔聚能爆破新技术能够实现巷道成型质量好、循环进尺高。该成套技术是岩巷钻爆法施工的一次革新,可在我国煤矿岩巷钻爆法施工中推广使用。     

一次成井技术在北洺河铁矿的应用

采用7655型凿岩机进行浅孔凿岩施工切割天井一直是分段崩落采矿法常用方式,但是劳动强度大、效率低,且没有安全保障。为了降低施工切割天井的劳动强度、保证生产作业安全,根据北洺河铁矿地质特点和技术条件,采用国产8930型台车和SIMBA H1354型中孔台车取代7655型凿岩机进行中深孔凿岩和孔内分段爆破一次成井技术。经过大量现场试验验证,一次成井技术缩短工期4 d,提高了劳动效率,取得平均崩落高度8 m以上的良好爆破效果,按照北洺河铁矿每年施工15个切割天井计算,可节约11.98万元,为矿山降本增效提供了有效的技术支持。一次成井技术值得在全矿推广应用。     

复杂地层大直径高位定向钻孔代替高抽巷瓦斯抽采可行性及效果分析

针对高抽巷瓦斯抽采存在施工成本高、周期长、劳动强度大等问题,开展在复杂地层中采用定向钻机施工大直径高位定向钻孔代替高抽巷的技术研究,并形成 “定向先导孔+正向分级扩孔”成孔工艺,确保特殊地质条件下大孔径钻孔的成孔率。赵庄煤业在3307和1309工作面施工大直径高位定向钻孔,最大孔深突破600 m,最大孔径203 mm。1309工作面大直径高位定向钻孔单孔最高日抽采量突破3.3万m³,单个钻场最高日抽采量突破5万m³,与高抽巷瓦斯治理能力相当,证明了复杂地层条件下定向钻机施工大直径高位定向钻孔代替高抽巷抽采瓦斯的可行性。结合“竖三带”和椭抛带理论,对大直径高位定向钻孔最佳布孔范围进行了分析和确定。     

靠帮边坡预裂爆破试验

根据白云鄂博铁矿露天采场实际开采状况,结合目前测震有效数据,在地形地质条件基本相同的情况下,仅对线装药密度、孔径、孔间距这3个参数对预裂爆破的影响进行研究,找出了这些参数分别对预裂爆破的影响以及它们彼此之间的相互关系。实践证明,边坡预裂爆破应尽可能采用小孔径、小孔距,尽可能地采用与设计边坡坡率相同的斜孔,并注意控制好钻孔质量。