考虑炮孔偏斜的深孔爆破成井技术研究

作     者：李林军 

作者单位：中南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：史秀志;黄沛生

授予年度：2022年

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

主      题：深孔爆破一次成井 炮孔偏斜 炮孔布置优化 参数计算 数值模拟 

摘      要：在天井掘进施工钻孔过程中,炮孔受到多种因素影响,如节理裂隙、钻头钻杆质量、操作人员技术等,造成炮孔发生偏斜,改变了原有的补偿空间以及抵抗线大小,造成爆破时因孔间距过小出现“再生岩或者因补偿空间不够出现“挤死现象,导致爆破成井失败或成井效果不理想。目前大多数爆破成井设计未考虑到炮孔偏斜影响,因此本文针对炮孔偏斜对爆破成井的影响展开研究。对炮孔偏斜机理进行分析,寻找影响炮孔偏斜的因素并结合矿山炮孔实测数据分析炮孔偏斜特征,借助数值模拟研究直孔掏槽爆破成井的炮孔布置优化以及炮孔偏斜对多孔球状药包爆破成井分层高度的影响,最后运用现场试验进行论证,深入揭示炮孔偏斜对爆破成井的影响机制,为深孔爆破成井技术推广与应用提供理论基础以及科学依据。本文主要研究内容与结论如下:(1)通过分析炮孔偏斜机理,对炮孔偏斜原理进行了研究,证实炮孔偏斜受到多种因素影响,其中最主要因素有顶底板平整度因素、开孔定位误差、设备精度、操作水平、岩层性质及管理等。通过分析矿山的实测炮孔数据发现,同一采场中,大孔径相较于小孔径偏斜率更低,且采场同一孔径的炮孔偏斜率服从正态分布。(2)分析了不考虑偏斜的直孔掏槽爆破成井参数计算,然后利用数值模拟分析了炮孔偏斜率对直孔掏槽爆破成井破岩效果的影响,通过添加的应力监测点描述了破岩时岩石应力变化情况。根据模拟结论引入炮孔偏斜率,对现有的爆破成井参数计算公式进行修正,并给出了不同炮孔偏斜率下的空孔直径和孔间距的计算方法,同时在此基础上推论不同掏槽形式的抗偏斜能力。(3)开展了多孔球状药包爆破成井的三维数值模拟,通过建立实际生产中孔底的偏斜情况模型,模拟了不同偏斜率下的不同分层高度的爆破效果,结果表明:偏斜较大时爆破效果受偏斜影响较大,此时需要降低爆破层高,以提高爆破成井质量。偏斜较小时爆破效果受偏斜影响较小,此时可以提高爆破分层高度进而提升成井效率。(4)提出了一种新型掏槽模式——混合掏槽,并在炮孔平均偏斜率为0.97%的天井中设计了三种掏槽方式,分别为底部采用多孔球状药包模式,中部采用混合掏槽,上部采用直孔掏槽并进行现场试验,其中多孔球状药包模式对比了分层为2.2m和2.5m的爆破成井,混合掏槽中设置了5m分层的爆破成井,直孔掏槽爆破成井中一次爆破15.2m的天井。结果表明,多孔球状药包中分层低的爆破效果较好,直孔掏槽中当炮孔偏斜率小且满足直孔掏槽时可以大大提高效率,炮孔偏斜介于两者之间时采用混合模式效果更好更高效,并给出了偏斜率大时的优化方法。图91幅,表16个,参考文献91篇