關(guān)于召開第六屆山西省煤炭總工程師論壇暨山西省煤炭安全綠色智能開采論壇的通知

一、概述

煤礦無掏槽爆破技術(shù)具有顯著降低巖體約束力和增加炸藥最有效破壞力的作用，從而達(dá)到很好的中深孔光面要求，并具有較好的工藝穩(wěn)定性，但研究成果較少且在煤炭行業(yè)沒有應(yīng)用。我們以ANSYS有限元分析軟件中的LS-DYNA顯示動(dòng)力分析模塊為依托，進(jìn)行了煤礦巷道無掏槽爆破巖石損傷數(shù)值模擬分析，建立了煤礦井下巖石爆炸破碎損傷模型，進(jìn)行了無掏槽爆破時(shí)炮孔壁和炮孔內(nèi)巖石連續(xù)損傷演化累積過程模擬，為煤礦巷道進(jìn)行無掏槽爆破設(shè)計(jì)及參數(shù)選取提供了科學(xué)依據(jù)；進(jìn)行了無掏槽爆破機(jī)理研究及無掏槽與掏槽爆破的實(shí)驗(yàn)室模擬對(duì)比試驗(yàn)，對(duì)比分析了爆破效果和爆炸在巖石內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)變波形差異，通過高速攝影觀察了無掏槽爆破的分段爆破現(xiàn)象，確定了無掏槽爆破的優(yōu)越性及關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。

二、關(guān)鍵技術(shù)

1.煤礦巷道無掏槽爆破巖石損傷數(shù)值模擬分析。為提供煤礦巷道鉆爆工程中進(jìn)行無掏槽爆破設(shè)計(jì)及參數(shù)選取的科學(xué)依據(jù)，通過有限元分析軟件，建立井下巖石爆炸破碎損傷模型，進(jìn)行無掏槽爆破時(shí)炮孔壁和炮孔內(nèi)巖石連續(xù)損傷演化累積過程模擬，研究不同炮孔布置參數(shù)時(shí)巖體破碎過程和發(fā)育情況。

2.無掏槽爆破與掏槽爆破效果的對(duì)比試驗(yàn)研究。對(duì)比分析兩種爆破工藝的爆破效果，確定無掏槽掘進(jìn)爆破的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。

3.煤礦巷道無掏槽爆破掘進(jìn)技術(shù)工業(yè)試驗(yàn)研究。選擇煤礦巷道進(jìn)行放大試驗(yàn)，對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。

三、創(chuàng)造性和先進(jìn)性

1.在進(jìn)行無掏槽爆破理論分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了煤礦巷道無掏槽爆破巖石損傷數(shù)值模擬分析，并得到以下結(jié)論：初始地應(yīng)力增大將會(huì)減小爆破損傷區(qū)半徑，增加損傷衰減速度，削弱炮孔作用范圍；無掏槽孔爆破形成的破裂區(qū)以孔口為端點(diǎn)呈類似橢圓體分布，在孔底形成超挖；上段爆破易影響下段爆破效果。該分析為確定炮孔間距、堵塞體質(zhì)量及長(zhǎng)度和合適炸藥裝填線密度提供了理論依據(jù)。

2.系統(tǒng)進(jìn)行了無掏槽、直眼掏槽與錐形掏槽爆破的實(shí)驗(yàn)室模擬對(duì)比試驗(yàn)研究，無掏槽爆破模擬實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。通過高速攝影及超動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行了觀測(cè)，得出了無掏槽爆破較之掏槽爆破槽腔體積更大、炸藥循環(huán)消耗量節(jié)約5%～6%、應(yīng)變峰值和能量衰減率相當(dāng)?shù)慕Y(jié)果，為無掏槽爆破在煤礦巷道應(yīng)用提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

圖1 無掏槽爆破模擬實(shí)驗(yàn)裝置圖

圖2  無掏槽爆破與錐形掏槽爆破模擬試驗(yàn)爆破效果圖

3.進(jìn)行了煤礦巷道無掏槽爆破掘進(jìn)技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究，取得了炮眼深度增加11%、炮眼利用率增加8%、循環(huán)進(jìn)尺增加20%、雷管總段數(shù)減少的良好爆破掘進(jìn)效果。

四、與國內(nèi)同類技術(shù)的綜合對(duì)比

1.現(xiàn)有工藝技術(shù)

目前，我國井巷掘進(jìn)仍主要采用鉆眼爆破方法破巖，而且在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)炮掘仍然是主要方法。煤礦推廣較多的鉆爆工藝技術(shù)為“‘三小’光爆錨噴巖巷掘進(jìn)技術(shù)”與“中深孔光面爆破技術(shù)”。兩者具有各自的技術(shù)特點(diǎn)且分別存在一些不足：

（1）“‘三小’光爆錨噴巖巷掘進(jìn)技術(shù)”，其技術(shù)核心是通過減小鉆頭直徑，提高鉆眼速度，實(shí)施淺眼小循環(huán)，以“小步快走”模式加快巷道掘進(jìn)速度。但是，藥卷直徑與巷道斷面大小有密切關(guān)系。巷道斷面小，采用小循環(huán)進(jìn)尺能更好的利用炸藥的爆破能量，此時(shí)使用小直徑藥卷是經(jīng)濟(jì)合理的。由于小直徑藥卷在炮眼軸向上的裝藥集中度相對(duì)較低，同時(shí)又要盡可能地使炸藥能量合理分布，因此適應(yīng)巷道斷面較小且循環(huán)進(jìn)尺較少的情況。小直徑藥卷不宜進(jìn)行中深孔或深孔爆破作業(yè)。

（2）“中深孔光面爆破技術(shù)”，其優(yōu)越性主要表現(xiàn)在增加一次循環(huán)炮孔深度，提高單循環(huán)進(jìn)尺，充分利用工時(shí)，減少輔助作業(yè)時(shí)間，充分利用設(shè)備潛能，減少爆破器材用量和釬具消耗。雖然理論上中深孔光面爆破具有多種掏槽方式可以改進(jìn)進(jìn)尺，但是如需取得實(shí)際效果，須在施工中進(jìn)行精準(zhǔn)、復(fù)雜操作，并要求根據(jù)具體條件進(jìn)行工藝調(diào)整方可達(dá)到效果。而我國煤礦巷道掘進(jìn)施工現(xiàn)狀卻難以達(dá)到這種理想狀態(tài)，不能形成有效的常態(tài)工藝，往往是技術(shù)支持一撤走即恢復(fù)原狀，即：以斜眼掏槽為特點(diǎn)的淺眼小循環(huán)。為此，根據(jù)我國礦區(qū)的實(shí)際情況，應(yīng)解決我國煤礦中深孔光面爆破中的“技術(shù)先進(jìn)”與“工藝普適”這一對(duì)矛盾。

2.本技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

無掏槽爆破技術(shù)在理論上具有很好的增加破巖有效力、降低最小抵抗線、形成較大漏斗體積等作用，在隧道、鐵路及水電等工程中得以很好應(yīng)用。煤炭行業(yè)除了部分高校對(duì)此進(jìn)行了理論探討外，試驗(yàn)研究較為稀少，工業(yè)試驗(yàn)到目前為止尚為空白。本技術(shù)通過理論分析、數(shù)值模擬、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用和試驗(yàn)的方法，針對(duì)煤礦巷道無掏槽爆破巖石損傷理論研究、數(shù)值模擬分析、與掏槽爆破效果的對(duì)比試驗(yàn)、工業(yè)試驗(yàn)等進(jìn)行研究。

與煤礦井下已有的爆破技術(shù)相比，無掏槽爆破掘進(jìn)技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）無掏槽爆破技術(shù)可顯著降低巖體約束力和增加炸藥最有效破壞力；

（2）無掏槽爆破較之掏槽爆破槽腔體積更大，炸藥循環(huán)消耗量節(jié)約5%～6%，應(yīng)變峰值和能量衰減率相當(dāng)；

（3）通過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)取得了炮眼深度增加11%、炮眼利用率增加8%、循環(huán)進(jìn)尺增加20%、雷管總段數(shù)減少的良好效果。

五、應(yīng)用效果

目前，已在某礦井下進(jìn)行了煤礦巷道無掏槽爆破應(yīng)用試驗(yàn)。從試驗(yàn)結(jié)果來看，由于孔內(nèi)用了分段裝藥起爆，在不增加材料消耗的情況下，有效降低了抵抗線，增加了有效爆力，使得炮眼深度增加11%、利用率增加8%，普遍達(dá)到或接近90%；循環(huán)進(jìn)尺增加20%；雷管總段數(shù)減少；爆破塊度均勻。

綜上所述，該技術(shù)能夠改進(jìn)爆破效果，提高爆破效率，對(duì)加快礦井巖巷掘進(jìn)速度，緩解采掘緊張矛盾具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

轉(zhuǎn)化果平臺(tái)自咨詢電話：4001817969