留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

坚硬顶板切缝药包深孔预裂松动爆破技术研究

尹忠昌 宋俊生 胡少银 高全臣

尹忠昌, 宋俊生, 胡少银, 高全臣. 坚硬顶板切缝药包深孔预裂松动爆破技术研究[J]. 矿业科学学报, 2021, 6(6): 696-702. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2021.06.008
引用本文: 尹忠昌, 宋俊生, 胡少银, 高全臣. 坚硬顶板切缝药包深孔预裂松动爆破技术研究[J]. 矿业科学学报, 2021, 6(6): 696-702. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2021.06.008
Yin Zhongchang, Song Junsheng, Hu Shaoyin, Gao Quanchen. Research on deep hole pre-splitting loosening blasting technology of hard roof cutting seam charge pack[J]. Journal of Mining Science and Technology, 2021, 6(6): 696-702. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2021.06.008
Citation: Yin Zhongchang, Song Junsheng, Hu Shaoyin, Gao Quanchen. Research on deep hole pre-splitting loosening blasting technology of hard roof cutting seam charge pack[J]. Journal of Mining Science and Technology, 2021, 6(6): 696-702. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2021.06.008

坚硬顶板切缝药包深孔预裂松动爆破技术研究

doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2021.06.008
详细信息
    作者简介:

    尹忠昌(1981—),男,河北沧州人,博士研究生,主要从事煤矿冲击地压防治、岩土工程等方面的研究工作。Tel:15001039956,E-mail:191992285@qq.com

  • 中图分类号: TU45

Research on deep hole pre-splitting loosening blasting technology of hard roof cutting seam charge pack

  • 摘要: 以安徽淮南张集矿为背景,采用数值模拟和现场试验相结合的方法进行坚硬顶板松动爆破关键控制技术的研究。数值模拟了切缝药包深孔松动爆破效果,进行了普通药包爆破与切缝药包控制爆破现场对比试验。结果表明:所提出的基于切缝药包定向断裂的巨厚坚硬顶板超深孔松动预裂技术,可以扩大爆破裂纹定向扩展范围,解决超深孔松动预裂炮孔爆破底部眼间距过大的难题,从而实现对爆破破裂面及坚硬顶板的垮落位置的精准控制,以及人为调控周期来压步距,使坚硬顶板能够及时、安全垮落,实现工作面的连续安全开采。
  • 图  1  切缝药包示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of the slotted cartridge

    图  2  普通药包与切缝药包模型示意图

    Figure  2.  Schematic diagram of common charge and slotted cartridge model

    图  3  数值模拟爆破过程

    Figure  3.  Numerical simulation of blasting process

    图  4  破碎区范围对比

    Figure  4.  Comparison of the scope of fractured zone around blast hole

    图  5  1413A运输轨道巷炮孔布置正面图

    Figure  5.  Front view of blast hole layout at 1413A Yunshun

    图  6  切缝药包尺寸

    Figure  6.  Dimensional drawing of the slotted cartridge

    图  7  切缝药包起爆药卷

    Figure  7.  Sample of slotted cartridge

    图  8  1413A运输轨道巷炮孔布置正面图

    Figure  8.  Front view of blast hole layout at 1413A Yunshun

    表  1  顶底板岩性特征及力学参数

    Table  1.   Rock formations and characteristics of roof and floor

    顶底板 岩石名称 厚度/m 岩性特征 力学参数
    抗压强度/MPa 弹性模量/GPa 泊松比
    基本顶 中细砂岩 9.0     灰白色,中、细粒结构,水平状层理,中厚层状,坚硬,层面夹有泥质条带,含泥质包裹体、有机质膜,节理面发育,见黄铁矿,钙质胶结为主 65.6 22.37 0.194
    粉砂岩 1.6     灰色-深灰色,块状,较硬,局部相变为泥质粉砂岩,见少量植物化石碎片,硅质胶结 63.3 16.76 0.236
    中细砂岩 15.9     灰白色,中、细粒结构,水平状层理,层面大量暗色矿物及较多白云母碎片,含泥质包裹体、有机质膜,钙质胶结 100.5 19.72 0.139
    直接底 泥岩 0.6     灰色-灰白色,粉粒结构,致密性硬 25.0 3.23 0.256
    基本底 砂泥岩互层 4.8     灰色砂质泥岩与灰白色粉细砂岩互层,中厚层块状,较脆易碎 37.7 7.66 0.216
    下载: 导出CSV

    表  2  岩石材料物理力学参数

    Table  2.   Basic physico-mechanical parameters of sandstone

    密度/(kg·m-3) 剪切模量/GPa 泊松比 A 压力硬化系数 体积应变率系数 压力硬化指数
    2 900 15 0.23 0.79 1.6 0.007 0.61
    下载: 导出CSV

    表  3  炸药材料物理力学参数

    Table  3.   Properties of explosive and JWL eauqtions

    密度/(kg·m-3) 爆速/(m·s-1) pCJ/GPa 常数A/GPa 常数B/GPa 无量纲常数R1 无量纲常数R2 格林爱森参数
    1 100 3 800 10.5 220 0.2 4.5 1.1 0.35
    下载: 导出CSV

    表  4  普通深孔爆破参数

    Table  4.   Blasting parameters of deep hole

    炮孔编号 炮孔长度/m 仰角/(°) 孔径/mm 装药长度/m 装药量/kg 封堵长度/m
    A1 79 12 75 53 174.9 26
    A2 53 28 75 37 122.1 16
    A3 31 31 75 21 69.3 10
    A4 20 53 75 12 39.6 8
    合计 183 123 405.9 60
    下载: 导出CSV

    表  5  切缝药包的爆破参数

    Table  5.   Blasting parameters of slotted cartridge

    孔号 炮孔长度/m 角度/(°) 孔径/mm 药径/mm 装药长度/m 装药量/kg 封堵长度/m
    A1 78 16 75 63 57 188.1 22
    A2 38 30 75 63 25 82.5 13
    A3 20 53 75 63 12 39.6 8
    合计 137 94 310.2 43
    下载: 导出CSV

    表  6  工作面初次来压步距及影响时间

    Table  6.   First pressure step distance and influence time of working face

    来压种类 来压支架 来压时间 持续时间/h 来压步距/m 平均来压步距/m 备注
    初次来压 10号、20号 来压不明显 35.1 切眼5.0 m
    30号 5月22日20:00 32 34.5
    40号 5月22日19:00
    50号 5月22日18:00 31.5
    60号 5月22日19:30 23
    70号 5月22日20:00 14
    90号 5月22日18:30 24.5
    100号 5月22日18:00 22 35.7
    下载: 导出CSV
  • [1] 何满潮, 钱七虎. 深部岩体力学基础[M]. 北京: 科学出版社, 2010: 2-3.
    [2] 何满潮, 谢和平, 彭苏萍, 等. 深部开采岩体力学研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2005;24(16): 2803-2813. doi: 10.3321/j.issn:1000-6915.2005.16.001

    He Manchao, Xie Heping, Peng Suping, et al. Study on rock mechanics in deep mining engineering[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2005, 24(16): 2803-2813. doi: 10.3321/j.issn:1000-6915.2005.16.001
    [3] 王明洋, 周泽平, 钱七虎. 深部岩体的构造和变形与破坏问题[J]. 岩石力学与工程学报, 2006, 25(3): 448-455. doi: 10.3321/j.issn:1000-6915.2006.03.002

    Wang Mingyang, Zhou Zeping, Qian Qihu. Tectonic, deformation and failure problems of deep rock mass[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2006, 25(3): 448-455. doi: 10.3321/j.issn:1000-6915.2006.03.002
    [4] 王明洋, 宋华, 郑大亮, 等. 深部巷道围岩的分区破裂机制及"深部"界定探讨[J]. 岩石力学与工程学报, 2006, 25(9): 1771-1776. doi: 10.3321/j.issn:1000-6915.2006.09.006

    Wang Mingyang, Song Hua, Zheng Daliang, et al. On mechanism of zonal disintegration within rock mass around deep tunnel and definition of"deep rock engineering"[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2006, 25(9): 1771-1776. doi: 10.3321/j.issn:1000-6915.2006.09.006
    [5] Alber M, Heiland J. Investigation of a limestone pillar failure part 2: stress history and application of fracture mechanics approach[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 1991, 21(3): 30-38.
    [6] Jayanthu S, Singh T N, Singh D P. Stress distribution during extraction of pillars in a thick coal seam[J]. Rock Mechanics & Rock Engineering, 2004, 37(3): 171-192. http://www.onacademic.com/detail/journal_1000034475394310_6300.html
    [7] 王银涛. 坚硬顶板深孔预裂爆破技术研究及应用[D]. 太原: 太原理工大学, 2015.
    [8] 刘长友, 杨敬轩, 于斌, 等. 覆岩多层坚硬顶板条件下特厚煤层综放工作面支架阻力确定[J]. 采矿与安全工程学报, 2015, 32(1): 7-13. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KSYL201501003.htm

    Liu Changyou, Yang Jingxuan, Yu Bin, et al. Support resistance determination of fully mechanized top-coal caving face in extra thick seam under multi-layered hard strata[J]. Journal of Mining & Safety Engineering, 2015, 32(1): 7-13. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KSYL201501003.htm
    [9] 王朋, 赵玉成, 魏锋. 坚硬岩体双孔预裂爆破裂隙发育与弱化机理研究[J]. 煤炭技术, 2016, 35(11): 49-51. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-MTJS201611020.htm

    Wang Peng, Zhao Yucheng, Wei Feng. Research on twohole pre-splitting blasting weakening mechanism of hard roof[J]. Coal Technology, 2016, 35(11): 49-51. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-MTJS201611020.htm
    [10] 赵英顺, 关建国. 瓦斯综合抽放技术在大黄山煤矿一号井的应用[J]. 中州煤炭, 2008(3): 111-112. doi: 10.3969/j.issn.1003-0506.2008.03.055

    Zhao Yingshun, Guan Jianguo. Application of comprehensive gas drainage technology in no. 1 shaft of dahuangshan coal mine[J]. Zhongzhou Coal, 2008(3): 111-112. doi: 10.3969/j.issn.1003-0506.2008.03.055
    [11] 王金国. 浅析煤矿综采工作面强制放顶时应注意的几个问题[J]. 神华科技, 2009, 7(5): 14-17. doi: 10.3969/j.issn.1674-8492.2009.05.003

    Wang Jinguo. Brief analysis of the issues needing to be paid attention when forced caving of full-mechanized mining face of coal mine[J]. Energy Science and Technology, 2009, 7(5): 14-17. doi: 10.3969/j.issn.1674-8492.2009.05.003
    [12] 陈兴民. 强制放顶措施在火成岩顶板工作面回采中的应用[J]. 煤矿现代化, 2006(5): 14. doi: 10.3969/j.issn.1009-0797.2006.05.011

    Chen Xingmin. The application of compulsory roof caving measures in the mining face of igneous rock roof[J]. Coal Mine Modernization, 2006(5): 14. doi: 10.3969/j.issn.1009-0797.2006.05.011
    [13] 杨相海, 张杰, 余学义. 强制放顶爆破参数研究[J]. 西安科技大学学报, 2010, 30(3): 287-290, 323. doi: 10.3969/j.issn.1672-9315.2010.03.007

    Yang Xianghai, Zhang Jie, Yu Xueyi. Blasting parameter of compulsive roof cave-in[J]. Journal of Xi'an University of Science and Technology, 2010, 30(3): 287-290, 323. doi: 10.3969/j.issn.1672-9315.2010.03.007
    [14] 姜耀东, 潘一山, 姜福兴, 等. 我国煤炭开采中的冲击地压机理和防治[J]. 煤炭学报, 2014, 39(2): 205-213. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-MTXB201402001.htm

    Jiang Yaodong, Pan Yishan, Jiang Fuxing, et al. State of the art review on mechanism and prevention of coal bumps in China[J]. Journal of China Coal Society, 2014, 39(2): 205-213. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-MTXB201402001.htm
    [15] 王传兵, 丁晨曦, 张继兵. 张集煤矿北区原岩应力实测与分析[J]. 中国煤炭, 2017, 43(5): 43-46. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGME201705010.htm

    Wang Chuanbing, Ding Chenxi, Zhang Jibing. Field test and analysis of in-situ stress in the north district of zhangji mine[J]. China Coal, 2017, 43(5): 43-46. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGME201705010.htm
    [16] 窦波洋, 宋俊生, 李学彬. 张集煤矿14131工作面合理支护强度与面长分析[J]. 煤炭技术, 2019, 38(1): 1-4. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-MTJS201901002.htm

    Dou Boyang, Song Junsheng, Li Xuebin. Reasonable supporting strength and face length analysis on 14131 working face in zhangji coal mine[J]. Coal Technology, 2019, 38(1): 1-4. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-MTJS201901002.htm
    [17] Fourney W J, Dally J W, Holloway D C. Fracture Plane Control with a Ligamented Split-Tube Charge[C]// The 17th U.S. Symposium on Rock Mechanics (USRMS), Snow Bird, Utah, 1976.
    [18] 申涛, 和中庆, 罗宁, 等. 切缝药包爆破技术的发展、应用及作用机理探讨[J]. 煤矿爆破, 2016(4): 25-29. doi: 10.3969/j.issn.1674-3970.2016.04.008

    Shen Tao, He Zhongqing, Luo Ning, et al. Development and application of split-tube charge holder blasting technology[J]. Coal Mine Blasting, 2016(4): 25-29. doi: 10.3969/j.issn.1674-3970.2016.04.008
    [19] 蒲传金, 郭学彬, 张志呈, 等. 切缝药包爆破机理分析与试验研究[J]. 爆破, 2006, 23(1): 33-35, 41. doi: 10.3963/j.issn.1001-487X.2006.01.008

    Pu Chuanjin, Guo Xuebin, Zhang Zhicheng, et al. Mechanism analysis of cutting seam cartridge blasting[J]. Blasting, 2006, 23(1): 33-35, 41. doi: 10.3963/j.issn.1001-487X.2006.01.008
    [20] 鞠杨, 环小丰, 宋振铎, 等. 损伤围岩中爆炸应力波动的数值模拟[J]. 爆炸与冲击, 2007, 27(2): 136-142. doi: 10.3321/j.issn:1001-1455.2007.02.008

    Jü Yang, Huan Xiaofeng, Song Zhenduo, et al. Numerical analyses of blast wave stress propagation and damage evolution in rock masses[J]. Explosion and Shock Waves, 2007, 27(2): 136-142. doi: 10.3321/j.issn:1001-1455.2007.02.008
  • 加载中
图(8) / 表(6)
计量
  • 文章访问数:  29
  • HTML全文浏览量:  8
  • PDF下载量:  11
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-02-10
  • 修回日期:  2021-08-06
  • 刊出日期:  2021-12-01

目录

    /

    返回文章
    返回