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冲旋作用下随钻测量系统研发与应用

采矿与安全工程学报 2024年第1期41卷 114-122页

作者：李杨王雁冰岳小磊岳中文李为中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083

硬岩巷道岩体性质是爆破参数设计的重要依据,快速获取岩体力学参数对提升巷道掘进效率至关重要。随钻参数与岩石性质有着密不可分的关系,随钻测量系统是监测钻机钻进过程中钻进参数的重要工具。通过随钻测量系统,可以实时掌握钻进过程... 详细信息

硬岩巷道岩体性质是爆破参数设计的重要依据,快速获取岩体力学参数对提升巷道掘进效率至关重要。随钻参数与岩石性质有着密不可分的关系,随钻测量系统是监测钻机钻进过程中钻进参数的重要工具。通过随钻测量系统,可以实时掌握钻进过程中的钻压、转速、钻速等工程参数,进而分析实际钻进岩体性质,为爆破参数设计及优化提供参考。为了快速、准确地获取硬岩力学参数,在冲旋钻机基础上建立了具有冲击功能的智能随钻测量系统,该系统主要由智能钻进控制系统和智能感知系统组成,可对钻进速度、钻头转速、推进压力、旋转压力、冲击压力等多种随钻参数进行智能控制与实时监测。基于该系统开展了不同等级高强度岩石试样冲旋钻孔试验,讨论分析了不同钻进参数条件下钻具的响应性能以及各钻进参数之间的相互关系。试验结果表明:冲旋智能随钻测量系统控制性能稳定,智能感知系统监测数据有效可靠;随钻参数与岩石性质间响应关系具有显著规律性,不同强度岩石钻进参数响应最明显的是钻进速度,表明平均钻速与试件强度呈负相关。该系统可有效识别不同强度岩石,定量评价岩体力学参数,研究结果可为实时获取工程原位岩体力学参数提供一种新的方法。

关键词：冲旋钻进随钻测量系统研发岩体参数硬岩巷道

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大断面硬岩巷道炮掘快速施工技术研究

煤炭工程 2023年第7期55卷 39-44页

作者：周庆宏肖殿才安徽理工大学机械工程学院安徽淮南232000 淮南矿业(集团)有限责任公司深部煤炭开采与环境保护国家重点实验室安徽淮南232001

为了解决采区系统巷道掘进效率低、准备进度慢的难题,分别从支护设计、爆破参数、设备配备、排矸效率、施工质量以及组织管理等方面分析了影响掘进效率的原因,提出了大断面硬岩巷道“差异化支护设计—设备配备与改进—线性聚能爆破—柔... 详细信息

为了解决采区系统巷道掘进效率低、准备进度慢的难题,分别从支护设计、爆破参数、设备配备、排矸效率、施工质量以及组织管理等方面分析了影响掘进效率的原因,提出了大断面硬岩巷道“差异化支护设计—设备配备与改进—线性聚能爆破—柔性连续排矸系统—施工及劳动组织保障”的岩巷炮掘快速施工技术,并在潘三矿西三下部采区轨道大巷进行了工程实践,形成了“液压钻车打眼—线性聚能爆破—安全高效支护—柔性连续排矸”的岩巷炮掘快速施工作业线。实践表明:大断面硬岩条件下的岩巷炮掘快速施工技术能够实现“快速打眼、高效进尺、连续排矸、有效支护”的安全高效掘进,进尺效率提高了126%,月进尺达到86 m,人工工效提高至2.04 m/(人·月),显著提高了岩巷炮掘的进尺效率。

关键词：大断面硬岩巷道炮掘快速掘进

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鹤煤三矿硬岩巷道快速掘进技术研究

鹤煤三矿硬岩巷道快速掘进技术研究

作者：徐峰河南理工大学

学位级别：硕士

随着煤炭资源消耗的与日俱增,我国煤炭采掘工作面接续日益紧张,而岩石巷道掘进是煤炭开采的前提条件,如何达到“采掘并举,掘进先行”的施作方针是巷道掘进的重要目标。针对硬岩巷道平均进尺普遍过低的情况,在面对如何快速掘进、如何高... 详细信息

随着煤炭资源消耗的与日俱增,我国煤炭采掘工作面接续日益紧张,而岩石巷道掘进是煤炭开采的前提条件,如何达到“采掘并举,掘进先行”的施作方针是巷道掘进的重要目标。针对硬岩巷道平均进尺普遍过低的情况,在面对如何快速掘进、如何高效排矸,以及如何有效支护等一系列巷道掘进难题时,本文以鹤煤三矿-800m水平轨道北大巷和4208工作面底板抽采巷(下)轨道巷为研究背景,在分析硬岩巷道掘进速度较慢原因的基础上,采用理论分析、现场实测、数值计算等方法,开展硬岩巷道快速掘进技术研究,具有一定的理论意义和工程价值。主要研究内容如下:(1)采用中深孔爆破及周边光面爆破技术,并结合复式楔形掏槽进行全断面一次微差爆破:选取深度l=2.0m、直径φ32mm的炮眼,基于灰色理论和现场正交试验,选取孔距400mm、最小抵抗线450mm,以及装药密度0.25kg·m的周边光爆参数,一方面将平均单循环进尺由原来的1.45m提高至1.80m以上,另一方面通过光面爆破技术降低了围岩的超挖量,较好控制了对围岩的损伤程度;(2)以线性规划理论分别对凿、装、支等子系统进行数学模型建立,以此给出时间公式及设备生产率的约束条件,将其转化为线性规划问题并得到最优解,以装岩子系统为例在连续装岩和非连续装岩方案中进行装岩机械化配套方案的选取,结合现场设备实际供应情况,选取以“转载机+皮带输送机+梭式矿车”的矸石运输方案;(3)引入工业工程基本原理中的工作研究理论和生产计划与控制理论等,通过二倍标准差法将交接班与安全检查、打眼、装药及联线、临时支护、装岩和永久支护等作业工序工时的异常值剔除并进行标准定额,以此达到巷道掘进循环作业图表合理优化的目的,相比优化前,优化后在平行作业及工序的时空安排上有了较大改进,有效增加了平行交叉或追击作业率,实现了优化后比优化前节省35min的目标,为巷道快速掘进提供安全的管理保障和有序的作业规划;(4)基于爆破优化方案进行现场工业性试验,将硬岩巷道平均单循环进尺提高至1.80m以上,且炮眼利用率、半眼痕率及平均线性超挖量都有了明显改善;通过机械设备的选型配套,将平均月进尺提高至148m左右,验证了机械配套数学模型的正确性和有效性,以及组织管理的合理性,为鹤煤三矿硬岩巷道快速掘进施工提供有效的决策支持。图27幅,表27个,参考文献91篇。

关键词：硬岩巷道快速掘进中深孔光面爆破线性规划循环作业优化

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硬岩巷道深孔掏槽数值模拟与试验研究

爆破 2019年第1期36卷 29-37页

作者：费鸿禄邓政蒋安俊国志雨辽宁工程技术大学爆破技术研究院阜新123000

为解决硬岩巷道深孔掘进爆破受岩石夹制作用大、爆破效率低、循环进尺小、采掘比例严重失调等问题,采用LS-DYNA软件数值模拟和模型试验方法对深孔直眼掏槽爆破进行分析,包括四角九孔掏槽、双空孔菱形掏槽和复式筒形掏槽。根据岩石爆破... 详细信息

为解决硬岩巷道深孔掘进爆破受岩石夹制作用大、爆破效率低、循环进尺小、采掘比例严重失调等问题,采用LS-DYNA软件数值模拟和模型试验方法对深孔直眼掏槽爆破进行分析,包括四角九孔掏槽、双空孔菱形掏槽和复式筒形掏槽。根据岩石爆破破碎理论及柱状药包理论,对上述深孔直眼掏槽过程进行数值模拟,通过对三种深孔直眼掏槽的不同时刻应力云图和有效应力时程曲线的分析,比较高应力大小和高应力持续时间,得到药包起爆后的应力传播规律和空孔应力集中现象。结合在查干敖包铁锌矿进行现场试验,比较炮眼利用率、炸药单耗等指标,得到复式筒形掏槽为最优设计方案。

关键词：硬岩巷道深孔掏槽数值模拟现场试验 LS-DYNA

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硬岩巷道快速掘进爆破技术的设计及模拟研究

山西冶金 2022年第8期45卷 51-52,76页

作者：唐耀伟晋能控股煤业集团四台矿山西大同037016

对硬岩巷道的快速掘进,采用四角九孔直眼掏槽爆破方式,并以掏槽效果的三个影响因素设计正交试验,分析掏槽深度和体积随主要因素的变化情况,得出四角九孔掏槽方式的最佳参数。结论为:炮孔装药量对四角九孔直眼掏槽深度和槽腔体积的影响... 详细信息

对硬岩巷道的快速掘进,采用四角九孔直眼掏槽爆破方式,并以掏槽效果的三个影响因素设计正交试验,分析掏槽深度和体积随主要因素的变化情况,得出四角九孔掏槽方式的最佳参数。结论为:炮孔装药量对四角九孔直眼掏槽深度和槽腔体积的影响程度最大,起爆分段数影响程度最小,而布孔参数影响是居于两者之间。最佳组合参数为:炮孔装药量0.9 g,布孔参数为40 mm,采用3段起爆方式,最优方案下的炮眼利用率高达91.5%,炸药单耗仅为1.79 kg/m^(3)。

关键词：直眼掏槽硬岩巷道掏槽深度槽腔体积

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硬岩巷道智能化掘锚钻装一体机的分析与应用

机械管理开发 2022年第3期37卷 158-160页

作者：李洋晋能控股煤业集团挖金湾虎龙沟煤业有限公司山西朔州038300

针对当前煤矿硬岩巷道存在掘进效率低、安全事故频发等问题,提出了一种集挖掘、锚护、钻孔、装载于一体的CMZY4-200/35型智能化掘锚钻装一体机。对该设备在虎龙沟煤业南回风大巷的硬岩巷道掘进中进行了工业性试验,掘进效率月均进尺约为1... 详细信息

针对当前煤矿硬岩巷道存在掘进效率低、安全事故频发等问题,提出了一种集挖掘、锚护、钻孔、装载于一体的CMZY4-200/35型智能化掘锚钻装一体机。对该设备在虎龙沟煤业南回风大巷的硬岩巷道掘进中进行了工业性试验,掘进效率月均进尺约为105 m,有效实现了硬岩巷道的快速掘进,经济和安全效益显著。

关键词：硬岩巷道智能化掘锚钻装一体机

开挖卸荷条件下含多条结构面硬岩巷道的破坏特性

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Journal of Central South University 2020年第10期27卷 2864-2882页

作者：陈绍杰冯帆王亚军李地元黄万朋赵兴东江宁 College of Energy and Mining Engineering Shandong University of Science and TechnologyQingdao 266590China State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering China University of Mining and Technology(Beijing)Beijing 100083China School of Resources and Civil Engineering Northeastern UniversityShenyang 110819China School of Resources and Safety Engineering Central South UniversityChangsha 410083China

岩石中存在的自然地质构造(如节理、弱面、缺陷等)对巷道和地下工程的稳定性起着至关重要的作用。本文采用二维有限元/离散耦合数值仿真技术(FEM/DEM)分析了多条结构面(弱面)与开挖卸荷共同作用下深埋圆形巷道的破坏特征。对典型的硬岩... 详细信息

岩石中存在的自然地质构造(如节理、弱面、缺陷等)对巷道和地下工程的稳定性起着至关重要的作用。本文采用二维有限元/离散耦合数值仿真技术(FEM/DEM)分析了多条结构面(弱面)与开挖卸荷共同作用下深埋圆形巷道的破坏特征。对典型的硬岩(大理岩)试件进行了不同围压下的常规三轴压缩试验,验证了该数值仿真技术的合理性和准确性。采用参数分析研究了结构面倾角与长度对围岩裂纹扩展行为、破坏模式、能量演化和位移分布的影响。结果表明,在含有多条结构面的情况下,倾角对巷道稳定性具有较为明显的影响,且破坏程度随着倾角的增加呈现先增后降的趋势。随着结构面长度的增加,巷道发生动力灾害的可能性逐渐增大。开挖卸荷后,结构面活化导致层间发生相互剪切和滑移,模型内动能出现起伏和波动,体现出较为明显的的动力响应特征。讨论了开挖边界附近板裂化破坏与剪切破坏之间的相互作用。研究结果为分析开挖卸荷与构造活动作用下深埋硬岩巷道破坏特性提供了重要依据。

关键词：硬岩巷道弱面开挖卸荷裂纹扩展能量演化有限元/离散元耦合数值模拟

煤矿深部岩石力学性能试验分析与硬岩巷道快速掘进方法研究

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岩石力学与工程学报 2010年第A1期29卷 2853-2857页

作者：袁文华马芹永安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001 安徽理工大学矿山地下工程教育部工程研究中心安徽淮南232001

在RMT-150B岩石力学试验机上进行深部巷道砂岩单轴压缩和不同围压下三轴压缩试验,测得砂岩的力学性质参数。根据岩石应力-应变曲线分析深部岩石的强度和变形特性,岩石抗压强度随围压的增加而提高,围压从10MPa增加到15MPa时,抗压强度增... 详细信息

在RMT-150B岩石力学试验机上进行深部巷道砂岩单轴压缩和不同围压下三轴压缩试验,测得砂岩的力学性质参数。根据岩石应力-应变曲线分析深部岩石的强度和变形特性,岩石抗压强度随围压的增加而提高,围压从10MPa增加到15MPa时,抗压强度增幅达到40.3%。深部高应力下,砂岩承载后产生的变形及破坏形态与围压大小密切相关,其主应力差-应变曲线斜率随着围压的增加而明显变陡,破坏荷载增高。依据岩石力学特性,采用分类布孔,掏槽眼宜用直径φ42mm的钻头钻眼,其余的炮眼用直径φ32mm的钻头钻眼,缩短钻眼时间。掏槽眼采用中深孔不同阶微差斜眼掏槽方法,炮眼深度宜采用2.2～2.5m,有利于巷道的进尺;周边眼采用小直径药卷光面爆破技术,有利于巷道成形。

关键词：岩石力学掏槽方式炮眼参数硬岩巷道煤矿

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硬岩巷道中深孔爆破掘进复楔形掏槽试验研究

爆破 2013年第2期30卷 95-99页

作者：余永强王超褚怀保吴帅峰河南理工大学土木工程学院焦作454003

为提高硬岩巷道爆破掘进速度,在分析其中所存在问题的基础上,根据爆破理论与经验公式计算,结合试验工作面的具体情况,介绍了硬岩巷道条件下合理掏槽方式、炮孔深度以及掏槽孔布置参数的选取;设计并现场试验了二级、加辅助掏槽孔、加装... 详细信息

为提高硬岩巷道爆破掘进速度,在分析其中所存在问题的基础上,根据爆破理论与经验公式计算,结合试验工作面的具体情况,介绍了硬岩巷道条件下合理掏槽方式、炮孔深度以及掏槽孔布置参数的选取;设计并现场试验了二级、加辅助掏槽孔、加装药中心孔三种复楔形掏槽爆破方案;比较分析了各种掏槽方案的爆破效果及有关技术问题。结果表明:采用加装药中心孔的复楔形掏槽方案,对硬岩掏槽爆破效果改善明显。

关键词：巷道掘进硬岩巷道复楔形掏槽循环进尺