露天煤矿煤岩爆破块度分布规律及爆破参数优化研究
发布时间：2021-11-22 22:18
在哈尔乌素露天煤矿煤层进行松动爆破时,形成的煤块尺寸过大或者过小,都会直接影响矿山的经济效益。当爆破强度较高时,形成的煤块尺寸较小,导致粉尘污染,严重威胁着工人的身体健康和当地的生态环境;当爆破强度较低时,形成的煤块尺寸较大,二次破碎成本增加,移运难度加大。这两个方面的问题严重制约着哈尔乌素露天矿的可持续发展。为响应露天矿绿色安全高效开采的主题,必须对哈尔乌素露天矿爆破块度进行准确的评价研究,对相应的爆破参数进行优化。论文基于分形理论分析方法,结合G-G-S（Gate-Gaudin-Schuhman粒度分布函数）公式、指数对比法以及偏微分等方法,得出了爆堆矿岩块度分布的分形模型,提出了借助于分形理论、摄影测量技术和计算机图像处理技术,用以求导N（x）的方法,开发出了“爆堆块度分布的自动与分形测试系统”。根据应力波衰减理论,建立炸药爆炸后周围煤层的破碎分区模型,揭示了爆炸应力波在传播过程中的耗散规律。利用分离式霍普压杆试验系统（SHPB）试验,建立了爆破荷载与室内试样冲击破坏试验施加载荷之间的关系,开展了气压由0.13MPa到2.0MPa之间的煤岩试样冲击载荷试验,基于高速摄像系统定性地...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
哈尔乌素煤
1绪论11绪论1Introduction1.1选题背景与研究意义（ResearchBackgroundandResearchSignificance）煤炭资源在我国国民经济发展的过程中有着不可或缺的战略地位。由于露天矿具有生产规模大、开采效率髙、成本低等优点，加之我国矿山设备大型化和集约化的不断发展，其露天矿建设也得到不断完善，分布范围不断扩大。现目前，我国正在改扩建和新建特大型露天煤矿逾30座，其生产能力为10Mt/a至20Mt/a，部分年产甚至高达30Mt/a。2016年露天煤矿年总产量已达7.2亿t，2020年将达到或超过全国煤炭产量的20%，因此，露天矿在我国煤矿开采中所占地位日益突出。爆破松动开采是露天煤矿高效开采的重要方式之一，也是哈尔乌素露天煤矿煤炭开采的主要方式。由于煤层内部存在大量的裂隙，因此，爆破之后煤块大小不均，如果爆破后碎块体积过大或者过小，那么将直接影响煤矿的成本投入。当爆破强度较低时，其爆破后产生的块煤过大，二次破碎成本增加、搬运难度提高，如图1-1(a)所示；当爆破强度较高时，产生的块煤过小，粉尘量增加，如图1-1(b)所示，严重影响矿山作业环境和企业形象，限制煤矿可持续发展能力。这两个方面的问题显著制约着哈尔乌素露天煤矿环境效益的提升，因此选取适当的爆破参数和爆破方式可有效解决露天矿块煤二次破碎成本高、搬运难度大、矿坑爆破煤尘粉尘污染严重等重大难题。(a)大尺度煤块(b)粉尘污染图1-1哈尔乌素煤矿煤层爆破现场Figure1-1CoalseamblastingsiteinHarwusuCoalMine建立科学的煤层爆破体系前提是明确煤层爆破后煤块的体积分布，即块度分布特征。块度分布特征分析是对现有爆破工艺下，煤层爆破后各体积下煤矿量进
2露天煤矿煤岩爆破块度分布影响因素研究212.3.1数值计算模型与计算方案本次数值模拟以某露天煤矿岩质边坡爆破工程为研究对象，其几何模型尺寸如图2-1(a)所示，其中，设计孔径250mm，孔深16m。模拟过程中，边坡顶部与边坡处为自由边界，右侧与底部分别为非反射边界，如图2-1(b)所示。(a)计算模型示意图(b)模型边界设置图2-1边坡爆破几何模型与边界设置Figure2-1Geometricmodelandboundarysettingofslopeblasting数值计算模型采用平面应变模型建立，划分网格模型如图2-2所示。(a)有限元网格模型(b)网格的局部细化图2-2模型整体有限元网格与局部网格示意图Figure2-2Diagramofglobalfiniteelementmeshandlocalmeshofmodel(a)装药高度9m(b)装药高度11m(c)装药高度13m图2-3不同爆破方案模型示意图Figure2-3Schematicdiagramofdifferentblastingschemes本次模拟以装药设计高度代表装药量进行分析，分别设计h=9m、11m、1370°510162513524.54非反射边界
【参考文献】：
期刊论文
[1]影响爆破挤淤效果的外部因素[J]. 王刚,王雷,罗一. 水运工程. 2019(S1)
[2]深孔爆破技术在不规则台阶中的应用[J]. 周咸领,于绪杰,赵君,王维良,丁高,宋艺云,陈明明. 工程爆破. 2019(02)
[3]露天边坡爆破地震波能量分布特征研究[J]. 张声辉,刘连生,钟清亮,邱金铭,钟文. 振动与冲击. 2019(07)
[4]PHED-1型电子雷管在露天深孔爆破中的应用[J]. 张万斌,李玉景,张华,张宝亮,滕昭威,王付景,倪吉伦. 爆破器材. 2019(02)
[5]数字图像处理关键技术应用与发展[J]. 吴园园. 计算机产品与流通. 2019(03)
[6]露天采矿生产中对深孔爆破技术的应用分析[J]. 杜晓诗. 世界有色金属. 2018(24)
[7]基于层叠模型组合煤岩体动态力学本构模型[J]. 解北京,严正. 煤炭学报. 2019(02)
[8]基于三维点云的光爆半孔率数字化检测技术[J]. 李徐然,施富强,廖学燕,李锋. 工程爆破. 2018(05)
[9]复合乳化剂对重铵油炸药稳定性及爆速的影响[J]. 雷战,李洪伟,董雷,赵旭东,徐飞扬,章彬彬,桂继昌. 火工品. 2018(05)
[10]起爆药包形状对多孔粒状铵油炸药猛度测试的影响[J]. 徐静,李文艺,陈先俊,王道阳,黄文尧. 现代矿业. 2018(09)
博士论文
[1]岩石RHT模型理论及主要参数确定方法研究[D]. 李洪超.中国矿业大学(北京) 2016
[2]露天矿安全高效爆破智能化动态设计系统的研究与应用[D]. 丁小华.中国矿业大学 2014
[3]乳化炸药泵送过程热安全性研究[D]. 徐志祥.南京理工大学 2014
[4]煤冲击破坏动力学特性及磁场变化特征实验研究[D]. 解北京.中国矿业大学（北京） 2013
硕士论文
[1]重铵油炸药热化学参数计算及热稳定性试验研究[D]. 徐飞扬.安徽理工大学 2018
[2]基于结构面因素降低别矿台阶爆破大块率技术研究[D]. 汪帅文.贵州大学 2018
[3]三维激光点云数字化爆破质量分析与评价[D]. 李徐然.西南交通大学 2018
[4]早强速凝爆破封孔材料的实验研究与应用[D]. 伍清.安徽理工大学 2017
[5]高应变率下煤系砂岩力学性能及能量耗散规律研究[D]. 郭世儒.中国矿业大学 2017
[6]白云鄂博西矿台阶爆破参数优化研究[D]. 杨振增.内蒙古科技大学 2015
[7]提高布沼坝露天煤矿爆破块煤生产率及个别飞散物控制的试验研究[D]. 关思.昆明理工大学 2010
[8]爆破过程的高速影像分析[D]. 梁嘉.东北大学 2009
[9]导流洞围堰拆除爆破冲渣效果关键影响因素研究[D]. 薄清元.长江科学院 2009
[10]马家塔露天煤矿岩层爆破参数试验研究[D]. 张飞天.内蒙古科技大学 2008
本文编号：3512543
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
哈尔乌素煤
1绪论11绪论1Introduction1.1选题背景与研究意义（ResearchBackgroundandResearchSignificance）煤炭资源在我国国民经济发展的过程中有着不可或缺的战略地位。由于露天矿具有生产规模大、开采效率髙、成本低等优点，加之我国矿山设备大型化和集约化的不断发展，其露天矿建设也得到不断完善，分布范围不断扩大。现目前，我国正在改扩建和新建特大型露天煤矿逾30座，其生产能力为10Mt/a至20Mt/a，部分年产甚至高达30Mt/a。2016年露天煤矿年总产量已达7.2亿t，2020年将达到或超过全国煤炭产量的20%，因此，露天矿在我国煤矿开采中所占地位日益突出。爆破松动开采是露天煤矿高效开采的重要方式之一，也是哈尔乌素露天煤矿煤炭开采的主要方式。由于煤层内部存在大量的裂隙，因此，爆破之后煤块大小不均，如果爆破后碎块体积过大或者过小，那么将直接影响煤矿的成本投入。当爆破强度较低时，其爆破后产生的块煤过大，二次破碎成本增加、搬运难度提高，如图1-1(a)所示；当爆破强度较高时，产生的块煤过小，粉尘量增加，如图1-1(b)所示，严重影响矿山作业环境和企业形象，限制煤矿可持续发展能力。这两个方面的问题显著制约着哈尔乌素露天煤矿环境效益的提升，因此选取适当的爆破参数和爆破方式可有效解决露天矿块煤二次破碎成本高、搬运难度大、矿坑爆破煤尘粉尘污染严重等重大难题。(a)大尺度煤块(b)粉尘污染图1-1哈尔乌素煤矿煤层爆破现场Figure1-1CoalseamblastingsiteinHarwusuCoalMine建立科学的煤层爆破体系前提是明确煤层爆破后煤块的体积分布，即块度分布特征。块度分布特征分析是对现有爆破工艺下，煤层爆破后各体积下煤矿量进
2露天煤矿煤岩爆破块度分布影响因素研究212.3.1数值计算模型与计算方案本次数值模拟以某露天煤矿岩质边坡爆破工程为研究对象，其几何模型尺寸如图2-1(a)所示，其中，设计孔径250mm，孔深16m。模拟过程中，边坡顶部与边坡处为自由边界，右侧与底部分别为非反射边界，如图2-1(b)所示。(a)计算模型示意图(b)模型边界设置图2-1边坡爆破几何模型与边界设置Figure2-1Geometricmodelandboundarysettingofslopeblasting数值计算模型采用平面应变模型建立，划分网格模型如图2-2所示。(a)有限元网格模型(b)网格的局部细化图2-2模型整体有限元网格与局部网格示意图Figure2-2Diagramofglobalfiniteelementmeshandlocalmeshofmodel(a)装药高度9m(b)装药高度11m(c)装药高度13m图2-3不同爆破方案模型示意图Figure2-3Schematicdiagramofdifferentblastingschemes本次模拟以装药设计高度代表装药量进行分析，分别设计h=9m、11m、1370°510162513524.54非反射边界
【参考文献】：
期刊论文
[1]影响爆破挤淤效果的外部因素[J]. 王刚,王雷,罗一. 水运工程. 2019(S1)
[2]深孔爆破技术在不规则台阶中的应用[J]. 周咸领,于绪杰,赵君,王维良,丁高,宋艺云,陈明明. 工程爆破. 2019(02)
[3]露天边坡爆破地震波能量分布特征研究[J]. 张声辉,刘连生,钟清亮,邱金铭,钟文. 振动与冲击. 2019(07)
[4]PHED-1型电子雷管在露天深孔爆破中的应用[J]. 张万斌,李玉景,张华,张宝亮,滕昭威,王付景,倪吉伦. 爆破器材. 2019(02)
[5]数字图像处理关键技术应用与发展[J]. 吴园园. 计算机产品与流通. 2019(03)
[6]露天采矿生产中对深孔爆破技术的应用分析[J]. 杜晓诗. 世界有色金属. 2018(24)
[7]基于层叠模型组合煤岩体动态力学本构模型[J]. 解北京,严正. 煤炭学报. 2019(02)
[8]基于三维点云的光爆半孔率数字化检测技术[J]. 李徐然,施富强,廖学燕,李锋. 工程爆破. 2018(05)
[9]复合乳化剂对重铵油炸药稳定性及爆速的影响[J]. 雷战,李洪伟,董雷,赵旭东,徐飞扬,章彬彬,桂继昌. 火工品. 2018(05)
[10]起爆药包形状对多孔粒状铵油炸药猛度测试的影响[J]. 徐静,李文艺,陈先俊,王道阳,黄文尧. 现代矿业. 2018(09)
博士论文
[1]岩石RHT模型理论及主要参数确定方法研究[D]. 李洪超.中国矿业大学(北京) 2016
[2]露天矿安全高效爆破智能化动态设计系统的研究与应用[D]. 丁小华.中国矿业大学 2014
[3]乳化炸药泵送过程热安全性研究[D]. 徐志祥.南京理工大学 2014
[4]煤冲击破坏动力学特性及磁场变化特征实验研究[D]. 解北京.中国矿业大学（北京） 2013
硕士论文
[1]重铵油炸药热化学参数计算及热稳定性试验研究[D]. 徐飞扬.安徽理工大学 2018
[2]基于结构面因素降低别矿台阶爆破大块率技术研究[D]. 汪帅文.贵州大学 2018
[3]三维激光点云数字化爆破质量分析与评价[D]. 李徐然.西南交通大学 2018
[4]早强速凝爆破封孔材料的实验研究与应用[D]. 伍清.安徽理工大学 2017
[5]高应变率下煤系砂岩力学性能及能量耗散规律研究[D]. 郭世儒.中国矿业大学 2017
[6]白云鄂博西矿台阶爆破参数优化研究[D]. 杨振增.内蒙古科技大学 2015
[7]提高布沼坝露天煤矿爆破块煤生产率及个别飞散物控制的试验研究[D]. 关思.昆明理工大学 2010
[8]爆破过程的高速影像分析[D]. 梁嘉.东北大学 2009
[9]导流洞围堰拆除爆破冲渣效果关键影响因素研究[D]. 薄清元.长江科学院 2009
[10]马家塔露天煤矿岩层爆破参数试验研究[D]. 张飞天.内蒙古科技大学 2008
本文编号：3512543
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/gckjbs/3512543.html
