[00117533]矿山爆破安全与灾害控制技术

① 课题来源与背景 来源：安徽省科学技术厅 背景：煤炭约占我国一次性能源消费的60%比例,钻爆法是煤炭开采过程中井巷施工的主要方法,复杂多变的地质条件对爆破技术要求越来越高。爆破破碎岩石过程中既破碎了岩体,也损坏（损伤）了围岩,甚至会因为爆破导致重大灾害事故,给国家和人民造成重大损失。通过开展矿山爆破安全与灾害控制技术研究,进一步完善无限岩体内爆炸应力波破岩机理研究,研究爆破地震波传播规律,分析爆破动载对冻结壁、巷道围岩及支护结构的影响,提高井巷掘进爆破效率、控制爆炸能量造成的不利影响,增强围岩稳定性。 ② 技术原理及性能指标 技术原理：通过理论分析、模型试验、数值模拟和现场试验相结合的研究方法,开展煤矿井筒冻结基岩段和软岩巷道掘进爆破、机械切割辅助超前致裂爆破施工过程中爆破地震波传播规律、围岩与支护结构破坏损伤机理、爆破参数优化研究。获得了上述施工条件下爆破地震波传播规律与能量分布特征,分析了动载作用下冻结壁、巷道围岩与喷射混凝土的动态力学行为;成功实施了冻结立井井筒f值12~18硬岩段Φ100mm大直径中空孔掏槽爆破、43.2m冻结厚流砂层井筒爆破,提高了冻结段井筒掘进爆破效率,保证了冻结壁和冻结管的安全;优化软岩巷道爆破参数和微差延迟时间,控制爆炸能量的不利影响、减少抛掷距离,增强巷道围岩稳定性;提出了初始应力作用下基于爆破重度损伤范围的深孔超前致裂爆破参数设计方法,形成了综掘工作面和综采工作面硬岩段爆破超前致裂与机械切割成套技术。 性能指标：研究了不同施工条件下爆破地震波传播规律与能量分布特征、分区破裂机理和损伤范围。实现f值12~18硬岩与43.2m冻结厚流砂层冻结井筒安全高效爆破施工,保证了冻结壁和冻结管的安全,提高了冻结段井筒掘进爆破效率。优化软岩巷道掘进爆破参数、第一段至第二段雷管延迟时间为40~50ms,主爆堆控制在工作面前0~10m。采用超前致裂爆破技术,在岩体内形成裂隙区和重度损伤区,降低综掘工作面和综采工作面硬岩段机械切割难度和成本,提高切割效率40~50%,并改善作业环境。 ③ 技术的创造性与先进性 研究得到了煤矿不同施工条件下爆破地震波传播规律与能量分布特征,研究了动载作用下冻结壁、巷道围岩与喷射混凝土的动态力学行为。成功实施了冻结立井井筒f值12~18硬岩段Φ100mm大直径中空孔掏槽爆破、43.2m冻结厚流砂层井筒爆破,提高了冻结段井筒掘进爆破效率,保证了冻结壁和冻结管的安全。优化软岩巷道爆破参数和微差延迟时间,提高了岩巷掘进速度,控制爆炸能量的不利影响、减少抛掷距离,增强巷道围岩稳定性。提出了初始应力作用下基于爆破重度损伤范围的深孔超前致裂爆破参数设计方法,形成了综掘工作面和综采工作面硬岩段爆破超前致裂与机械切割成套技术,提高了机械化切割岩石效率、降低巷道施工成本。 ④ 技术的成熟程度,适用范围和安全性 大断面巷道爆破掘进技术在两淮矿区进行推广应用,提高了岩巷掘进速度。超前深孔预裂技术广泛用于综采工作面厚硬顶板爆破强制放顶和瓦斯抽排增透,在淮南、淮北、贵州、陕西等煤矿20余个综采工作面进行推广应用,经济社会效益显著。超前深孔预裂技术扩展应用于综采工作面坚硬岩石深孔松动爆破、综掘巷道硬岩段深孔致裂爆破,提高了机械化切割岩石效率、降低巷道施工成本。 ⑤ 应用情况及存在的问题 研究成果可以广泛应用于煤矿井巷建设过程中,超前深孔致裂爆破技术还可以应用于厚硬顶板控制和低透气性煤层瓦斯增透方面,在煤炭行业进行推广将会产生巨大的经济效益和社会效益。 在项目实施过程中,与爆破器材生产单位进行合作,推动民爆企业的技术革新和发展。此外,研究成果还可以应用在其它如金属矿山、隧道等工程施工中,应用前景广阔。 ⑥ 历年获奖情况 2018年获中国爆破行业协会科学技术奖二等奖。 依托深大井筒快速施工技术研究成果,《厚流沙层斜井冻结段掘砌关键技术研究》2015年获得合肥市科技进步三等奖。