综采工作面坚硬岩墙水平深孔超前预裂爆破技术研究及应用

发布时间：2020-04-09 21:22

【摘要】：煤矿井下综采工作面在推进过程中会遭遇复杂多变的地质构造区域,其中工作面内部存在的坚硬岩墙、陷落柱、断层、侵入岩体等都会阻碍综采工作面的正常推进,如果割煤机强行通过会对综采割煤机刀具造成严重磨损,不仅降低回采效率,影响工作面正常生产,还会增加矿山生产成本。为了综采割煤机正常通过地质构造区,考虑采用爆破法破坏岩墙完整性。如果在工作面直接进行爆破作业预裂岩墙,可能会对综采设备造成严重损伤且影响工作面的正常推进,所以采用在材料巷或回风巷中提前打水平超深孔爆破弱化岩墙的方法,在不影响工作面正常回采的情况下预处理坚硬岩墙,破坏其完整性,保证工作面综采设备正常通过岩墙影响区。本文以王坪煤电集团8308工作面在回采过程中遭遇坚硬岩墙阻碍工作面正常生产为工程研究背景,根据岩石爆破弱化基本理论结合数值模拟技术开展爆破方案设计并现场实施。针对王坪煤矿工作面的具体地质条件,利用模拟软件建立物理模型,对炮孔在耦合及不耦合装药结构下的合理孔间距、岩墙头排炮孔与煤岩交界面之间的最佳距离以及不耦合装药结构下的装药不耦合系数进行数值模拟计算,得出以下结论:(1)分析炸药爆破后在岩石内部的作用过程,探讨各作用区的形成机理和影响范围;(2)分析岩石在动静载荷作用下的破坏机理和力学响应和爆炸应力波的传播过程,探讨在爆炸动荷载下的岩石破坏形式与静载破坏时的区别;(3)利用ANSYS/LS-DYNA对炮孔在耦合装药下的合理孔间距、不耦合装药下的合理孔间距、距煤岩交界面最近炮孔与煤岩交界面的最佳预留距离以及不耦合装药下的不耦合系数四种爆破参数优化工作进行数值模拟计算,得出在不同的装药结构(耦合、不耦合)下的两炮孔间距的最优孔间距为1.0m;不耦合系数为1.7是符合本工程背景的最优值;岩墙头排炮孔与煤岩交界面之间的最佳距离为0.8m;(4)在王坪煤矿8308工作面实施以模拟结果为参考优化之后的爆破方案后,综采割煤机顺利通过岩墙影响区域。
【图文】：

示意图,爆生气体,示意图,炸药

用理论破坏理论[35]认为炸药在爆炸后将能量转移至爆胀压缩炮孔壁破坏围岩。炸药在炮孔内起爆后的爆生气体在炮孔原始空间内被强烈挤压后对外药卷距临空面的距离在药包径向上的区别，引起与临空之间的垂线距离最短，所受到的岩石内部石质点扰动程度最大。由于相邻质点的扰动程度向岩石圈受到剪切力的作用，当岩石所受剪切强裂发生破坏。随后，被切碎的岩块在爆生气体的，该气体作用理论示意图如图 2-1。在炸药工业运用早期阶段的实验基础上提出的点只考虑了爆生气体的在静压作用对炸药爆后

示意图,反射拉伸波,破坏作用,应力

而后续产生的爆生气体只是在前期应力波破坏的基础上对岩石破坏作用的进一步加强，具体作用示意图如图2-2 所示。图 2-2 应力反射拉伸波破坏作用图Fig.2-2 Diagram of the effect of reflection tensilestress wave damage2.2.3 爆炸气体和应力波综合作用理论该理论认为，在爆破过程中炸药能量以冲击波和爆炸气体两种形式释放。炸药起爆后所产生的爆炸气体在有限空间内迅速膨胀和在岩石内部激起的爆炸应力波二者都对岩石的破坏起作用，岩石破碎是在应力波和爆炸气体的协同作用的成果。两种不同作用分别在岩石破碎的不同阶段起作用，首先爆炸应力波对岩体的作用在内部炮孔壁周围形成最初裂隙并将岩体原生裂隙进一步扩展，而后续产生的爆炸高能气体楔入原生和次生裂隙促使其向深部继续延伸。正因为爆炸气体和爆生应力波的协同作用，才将岩石内的裂隙扩展交叉将岩体切割成块，，使其从原生岩体脱离，两者紧密配合不能简单的分开，
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD235

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