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基于孔间延时优化的骨料矿山台阶爆破大块率控制

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金属矿山 2024年

作者：叶海旺彭瑞田治平毛强王云猛陈勇李睿杨坤余梦豪武汉理工大学资源与环境工程学院矿物资源加工与环境湖北省重点实验室关键非金属矿产资源绿色利用教育部重点实验室天津矿山工程有限公司

骨料矿山台阶爆破的大块率是评价爆破开采效果好坏的一个重要指标。以某凝灰岩骨料矿山为例，首先，基于现场块度分布与数值模拟分析，建立爆破块度与岩体动力损伤关联模型；其次，以该模型为依据，选用9、11、13、15、17、20 ms孔间延... 详细信息

骨料矿山台阶爆破的大块率是评价爆破开采效果好坏的一个重要指标。以某凝灰岩骨料矿山为例，首先，基于现场块度分布与数值模拟分析，建立爆破块度与岩体动力损伤关联模型；其次，以该模型为依据，选用9、11、13、15、17、20 ms孔间延时分别开展裂隙岩体台阶爆破数值模拟，以降低爆破大块率为主要目的，兼顾粉矿率控制，获取最佳的孔间延时；最后，采用模拟计算优化所得的孔间延时开展现场爆破试验。研究结果表明：爆破块度尺寸与数值模型损伤值之间存在指数函数关系；在上述延期时间中，随着孔间延期时间降低，爆破大块率逐渐减小，粉矿率逐渐增大，当孔间延期时间为15 ms时，爆破效果最佳；矿山现场应用结果表明，当矿山孔间延期时间调整为15 ms后，爆破大块率降低了13.73个百分点，粉矿率增加了0.73个百分点，平均破碎尺寸相应减小。

关键词：骨料矿山大块率孔间延期时间岩体损伤数值模拟

冲击荷载作用下闪长岩动力学特性和损伤本构研究

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金属矿山 2024年

作者：雷涛钱正昆叶海旺李立峰余梦豪康普林邓毕军李志雷丙响关键非金属矿产资源绿色利用教育部重点实验室武汉理工大学资源与环境工程学院

岩石的动力学特性及其损伤演化规律是保证岩体工程高效作业和安全防护的基础性问题。为研究不同应变率下闪长岩动态力学性能和损伤演化规律，利用分离式霍普金森杆(SHPB)试验系统对闪长岩开展了4种冲击气压下的动态压缩试验，分析了不... 详细信息

岩石的动力学特性及其损伤演化规律是保证岩体工程高效作业和安全防护的基础性问题。为研究不同应变率下闪长岩动态力学性能和损伤演化规律，利用分离式霍普金森杆(SHPB)试验系统对闪长岩开展了4种冲击气压下的动态压缩试验，分析了不同应变率下闪长岩的动力学特性、破碎形态和破碎块度分布规律；基于Weibull统计函数和统一强度理论，建立了闪长岩动态损伤本构模型，并利用Weibull分布参数m、F0和应变率的相关关系对建立的损伤本构模型进行了合理修正。结果表明：闪长岩动力学特性具有显著的率相关性，动态强度增长因子(DIF)和应变率的立方根(■)呈线性正相关，软化因子(K)和■呈线性负相关；破碎体形态主要为类圆锥状、细粒状和粉末状，并且破碎程度随应变率(■)增大逐渐加深，碎块中细粒状和粉末状的重量占比随■增大逐渐加大；平均破碎粒径和能量利用率随■增加线性减小，能耗密度随■增加呈多项式函数递增；修正后的动态损伤本构模型与试验曲线具有较好的一致性，能较准确地描述冲击作用下闪长岩应力应变曲线变化规律。研究成果可为矿山实际生产提供一定的理论依据。

关键词：闪长岩 SHPB 动力学特性破碎特征动态损伤本构模型

基于K-Means聚类与熵权TOPSIS法的岩石可爆性评价研究

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爆破 2024年第2期41卷 112-119页

作者：叶海旺雷丙响周汉红余梦豪雷涛王其洲李宁 Doumbouya Sekou 武汉理工大学资源与环境工程学院武汉430070 武汉理工大学矿物资源加工与环境湖北省重点实验室武汉430070 武汉市公安局治安管理局武汉430077

露天矿山的爆破块度分布,直接影响到后续的采装、运输和破碎工作。为了控制石墨矿山不同区域爆破块度分布,基于K-means无监督聚类学习法与熵权TOPSIS评价法建立了一种新的岩石可爆性评价模型,选取岩石密度、动力能量耗散率、动态抗压强... 详细信息

露天矿山的爆破块度分布,直接影响到后续的采装、运输和破碎工作。为了控制石墨矿山不同区域爆破块度分布,基于K-means无监督聚类学习法与熵权TOPSIS评价法建立了一种新的岩石可爆性评价模型,选取岩石密度、动力能量耗散率、动态抗压强度、平均应变率、脆性指数作为评价指标,通过熵权计算,发现岩石破碎程度受脆性指数影响最大,受平均应变率影响最小。将此模型应用于实际石墨矿山,可爆性分为10个等级,统计不同分级下的岩石平均破碎粒径,发现可爆性分级等级越高平均粒径越大,有明显的分级特征,验证了模型的有效性。从爆破石墨矿石岩体类型看,岩石可爆性从易到难排序为:片岩、片麻岩、变粒岩、混合岩。结合石墨矿石微观观测结果分析可知:岩性从片岩向混合岩转变,岩石内部石墨晶质呈下降趋势,石墨矿石可爆性等级也随之越来越高。岩石密度、能量耗散率、动态抗压强度之间呈线性正相关,岩石可爆性与平均应变率、脆性指数存在负相关性。研究成果为矿山矿岩可爆性评价提供了一条新思路,对露天矿山爆破块度优化具有一定的理论和实践指导意义。

关键词：岩体爆破可爆性评价岩石力学 K-means算法熵权TOPSIS评价

基于爆破块度控制的空气间隔装药台阶爆破参数优化

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爆破 2024年第4期41卷 84-90,100页

作者：叶海旺余梦豪刘聪陈家涛周发明王浩杨保忠雷涛武汉理工大学资源与环境工程学院武汉430070 武汉理工大学关键非金属矿产资源绿色利用教育部重点实验室武汉430070 武汉理工大学矿物资源加工与环境湖北省重点实验室武汉430070 滁州琅琊山矿业工程技术有限公司滁州239000

为解决某灰岩建筑石料矿山爆破后小粒径矿石难以与土分离而导致矿石回收率低下的问题,首先基于现场实测数据和数值模拟结果,构建爆破块度与岩体动力损伤关联模型,确定不同岩块粒径对应的动力损伤阈值;其次选用不同空气间隔装药段数和孔... 详细信息

为解决某灰岩建筑石料矿山爆破后小粒径矿石难以与土分离而导致矿石回收率低下的问题,首先基于现场实测数据和数值模拟结果,构建爆破块度与岩体动力损伤关联模型,确定不同岩块粒径对应的动力损伤阈值;其次选用不同空气间隔装药段数和孔网参数开展三维裂隙岩体台阶爆破数值模拟试验,以提高0.3~0.9 m矿石粒径产率为目的,兼顾控制大块率,获取最佳爆破参数;最后,在数值模拟结果的基础上,开展现场爆破试验,优化装药结构和孔网参数。结果表明:灰岩爆破块度尺寸与动力损伤值之间存在负指数函数关系,爆破块度尺寸0.3 m和0.9 m所对应的岩体动力损伤阈值分别为0.793和0.286;仅采用空气间隔装药结构可提高0.3~0.9 m粒径占比,但大块率增幅较大;采用空气间隔装药结构、适当缩小孔网参数可显著提升0.3~0.9 m粒径占比,同时大块率几乎不变;其中采用二段空气间隔装药结构、适当缩小孔网参数,爆破效果最优。矿山现场应用结果表明,0.3~0.9 m矿石粒径占比提高了20.09个百分点,大块率基本不变,炸药单耗降低10.29%。

关键词：爆破块度岩体损伤空气间隔装药裂隙岩体数值模拟

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不同品位晶质石墨矿石劈裂拉伸力学行为研究

金属矿山 2022年第6期51卷 55-60页

作者：叶海旺余梦豪雷涛王其洲严立德李兴旺李宁王炯辉高玉文武汉理工大学资源与环境工程学院湖北武汉430070 矿物资源加工与环境湖北省重点实验室湖北武汉430070 五矿勘查开发有限公司北京100044

为分析不同品位对晶质石墨矿石拉伸力学特性的影响,以黑龙江省萝北云山石墨矿为研究对象,基于矿物成分磨片分析,开展室内巴西圆盘劈裂试验,同时采用高速摄影机记录裂纹扩展过程。按照矿石品位分级进行4组试验,平均品位分别为3.28%、8.24... 详细信息

为分析不同品位对晶质石墨矿石拉伸力学特性的影响,以黑龙江省萝北云山石墨矿为研究对象,基于矿物成分磨片分析,开展室内巴西圆盘劈裂试验,同时采用高速摄影机记录裂纹扩展过程。按照矿石品位分级进行4组试验,平均品位分别为3.28%、8.24%、13.41%、19.11%。研究结果表明:晶质石墨矿石加载过程可分为原生缺陷压密、弹性变形、微裂隙发育、宏观裂纹扩展4个阶段,随着品位升高,初始压密阶段所产生的变形量逐渐减小;其抗拉强度、平均单位体积累计吸收能随矿石品位升高逐渐降低;同时结合高速摄影图分析发现晶质石墨劈裂试件破坏过程中裂纹扩展速度随着品位升高呈下降趋势,整体上岩石由脆性转为延性。

关键词：石墨矿石矿石品位巴西劈裂高速摄影裂纹扩展

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冲击荷载下石墨矿石破碎能耗特征

爆破 2023年第1期40卷 30-36页

作者：叶海旺严立德雷涛王其洲余梦豪李兴旺温颖高玉文周建敏 DAHE M G 武汉理工大学资源与环境工程学院武汉430070 武汉理工大学矿物资源加工与环境湖北省重点实验室武汉430070 五矿勘查开发有限公司北京100044 保利新联爆破工程集团有限公司贵阳550002

为了研究晶质石墨矿石试样在冲击荷载作用下的破碎能耗特征,采用∅50 mm的分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,设置气压间隔为0.1 MPa,0.2~0.6 MPa共5组冲击气压,进行不同加载速率条件下石墨矿石试样冲击压缩试验,并分析石墨矿石试样破碎... 详细信息

为了研究晶质石墨矿石试样在冲击荷载作用下的破碎能耗特征,采用∅50 mm的分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,设置气压间隔为0.1 MPa,0.2~0.6 MPa共5组冲击气压,进行不同加载速率条件下石墨矿石试样冲击压缩试验,并分析石墨矿石试样破碎能耗规律。试验结果表明:在冲击荷载作用下,石墨矿石试样的动态抗压强度与平均应变率具有较强的三阶多项式关系,且石墨矿石在冲击荷载作用下具有动态硬化作用,其动态抗压强度随着应变率的增大呈非线性增大,呈现明显的应变率效应;石墨矿石试样破碎耗能与入射能具有显著的对数关系,随着入射能增大,试样破碎耗能也随之增大,但其试样破碎耗能所占比例随应变率增大逐渐由0.38下降至0.11;随着平均应变率增大,石墨矿石试样破碎耗能密度呈非线性增长,具有较强的应变率效应;石墨矿石试样的破碎平均粒径与破碎耗能密度具有显著的三阶多项式相关关系,随着石墨矿石试样耗能密度增加,石墨矿石试样破碎程度加剧,可以采用石墨矿石试样破碎块度平均粒径实现对石墨矿石试样破碎程度进行定量描述。

关键词：冲击荷载破碎块度破碎耗能分离式霍普金森压杆(SHPB)

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某层状矿体采矿过程时变力学规律分析

现代矿业 2021年第8期37卷 63-67,119页

作者：代光俊余梦豪李雪峰郭威裴明松中南冶金地质研究所湖北省宜昌市443003 武汉理工大学资源与环境工程学院

采矿过程中,岩体往往具有显著的时变特征,而常规静态分析中往往忽略了这一特征,难以很好地表现采矿过程中力学特性的时空状态变化情况。以某缓倾斜薄层状矿体为研究对象,通过数值模拟对矿体开采过程进行时变分析和常规静力分析。结果显... 详细信息

采矿过程中,岩体往往具有显著的时变特征,而常规静态分析中往往忽略了这一特征,难以很好地表现采矿过程中力学特性的时空状态变化情况。以某缓倾斜薄层状矿体为研究对象,通过数值模拟对矿体开采过程进行时变分析和常规静力分析。结果显示:常规分析时,岩体应力及位移均表现为减速增长,采场稳定性较好;而时变分析时,岩体位移较常规分析更大,岩体稳定性较差,安全回采距离由30 m减小为14 m;对比可以发现蠕变对岩体稳定性有显著影响。

关键词：蠕变层状岩体数值模拟安全回采距离

不同品位石墨矿岩冲击破坏模式与能耗特性研究

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金属矿山 2023年第3期 65-72页

作者：叶海旺温颖雷涛王其洲余梦豪严立德韦文蓬李兴旺王炯辉赵明生武汉理工大学资源与环境工程学院湖北武汉430070 矿物资源加工与环境湖北省重点实验室湖北武汉430070 五矿勘查开发有限公司北京100044 保利新联爆破工程集团有限公司贵州贵阳550002

爆破作用下,不同品位石墨矿存在破碎块度离散大和能量利用低的难题。利用ϕ50 mm的SHPB试验装置开展了不同应变率作用下5种品位石墨矿岩试样的动态压缩试验,并结合高速摄影和微观结构来分析不同品位石墨矿岩的冲击破坏模式与能量耗散特... 详细信息

爆破作用下,不同品位石墨矿存在破碎块度离散大和能量利用低的难题。利用ϕ50 mm的SHPB试验装置开展了不同应变率作用下5种品位石墨矿岩试样的动态压缩试验,并结合高速摄影和微观结构来分析不同品位石墨矿岩的冲击破坏模式与能量耗散特性。研究表明:随着品位的增加,石墨矿岩试样的破坏模式从张拉破坏转变为张拉—剪切破坏;石墨矿岩的能耗特性具有很明显的应变率效应,入射能随着应变率增加呈指数增长,吸收能呈线性增长趋势;品位高低对能量吸收率也有较大影响,不同品位石墨矿的能量吸收率随着应变率的变化特征具有明显差异;石墨试样的平均破碎尺寸与吸收能存在较好的对应关系,石墨品位为18.97%时,其平均破碎尺寸最小。通过显微镜观察破碎试样的微观结构,发现石墨片状结构会在矿岩内部产生结构界面,降低矿岩强度。

关键词：石墨矿爆破破坏模式能耗特性 SHPB 高速摄影

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轻轨结构在隧洞掘进爆破下的响应数值模拟

工程爆破 2024年第2期30卷 49-57页

作者：叶海旺余梦豪吴家鹏欧阳枧龙桂华雷涛王炯辉赵明生余红兵武汉理工大学资源与环境工程学院武汉430070 武汉理工大学矿物资源加工与环境湖北省重点实验室武汉430070 深圳市市政工程总公司广东深圳518000 五矿勘查开发有限公司北京100044 保利新联爆破工程集团有限公司贵阳550002

依托深圳大芬水分洪箱涵暗挖隧洞工程,采用动力有限元软件建立了三维数值模型,研究了轻轨结构在隧洞爆破开挖下的响应特性。结果表明:随着爆心距增加,同一高程的轻轨结构峰值应力、位移和峰值振速逐渐减小;随着高程增加,同一立柱峰值应... 详细信息

依托深圳大芬水分洪箱涵暗挖隧洞工程,采用动力有限元软件建立了三维数值模型,研究了轻轨结构在隧洞爆破开挖下的响应特性。结果表明:随着爆心距增加,同一高程的轻轨结构峰值应力、位移和峰值振速逐渐减小;随着高程增加,同一立柱峰值应力逐渐减小,而峰值位移和峰值振速具有高程放大效应;隧洞已开挖区形成的空腔使上部轻轨结构的振速响应存在空腔放大效应和空腔阻尼效应。在此基础上,基于萨道夫斯基公式回归预测和仿真计算对隧洞掘进爆破单响药量进行优化,结果为:轻轨结构位于掌子面前面和后面,两种工况条件下的爆心距均为20.52、28.65 m,则在允许振速条件下的最大单响药量分别为1.8、6.0 kg和2.1、6.3 kg。

关键词：隧洞爆破轻轨结构动力响应数值模拟最大单响药量