含钒页岩爆破钻孔角度优化试验研究

摘要

钒具有广泛的用途，我国拥有丰富的赋存形式为含钒页岩的钒矿资源，但其开发利用尚处于起步阶段。为提高我国含钒页岩的开采技术水平，“十二?五”国家科技支撑计划将“多层含钒页岩复杂矿体安全开采关键技术”（课题编号：2011BAB05B03）列为重点研究项目。含钒页岩是一种沉积岩，具有显著的层理构造。针对含钒页岩的层理特征，研究层理对其可钻性和可爆性的影响，对含钒页岩及类似的层状岩体的爆破开采具有理论指导意义。论文以江西省彭泽县上横山含钒页岩矿为工程背景，综合运用理论分析、室内试验、现场试验及数值模拟等研究方法，分析了层理对含钒页岩爆破效果的影响。主要研究内容及取得的成果如下：
　　（1）从岩石爆破破坏的基本理论入手，以爆炸应力波基本理论为核心，分析研究了层理岩体的爆破破坏原理。
　　（2）借鉴凿碎比功法的原理设计试验，比较在相同功作用条件下，不同钻孔角度的凿孔净深。试验结果表明，当钻孔角度从0°变到90°时凿岩效率逐渐提高。通过筛分试验分析比较了不同钻孔角度下岩屑的粒径分布，从能量利用率方面对前述试验结果进行了验证。
　　（3）为探索含钒页岩爆破合理的炮孔布置方式，针对其层理特性，在湖北某含钒页岩矿山进行现场试验。选取钻孔效率及爆破后矿岩的平均块度、大块率、块度均匀性等作为评价指标，采用数字图片块度分析软件Split-Desktop对矿岩块度进行分析。试验结果表明，含钒页岩爆破合理的炮孔布置方式为炮孔与层理垂直，临空面与层理平行。
　　（4）应用ANSYS/LS-DYNA显式动力分析软件，对不同钻孔角度下含钒页岩爆破的动态破坏过程、含钒页岩爆破的合理堵塞长度及合理起爆方式等进行了模拟研究。计算结果表明，钻孔角度为90°时含钒页岩的爆破效果最好，其次为0°，而应尽量避免炮孔与层理斜交时进行爆破；当孔深为2m时，其合理堵塞长度为60cm；合理的起爆方式为反向起爆，其次为多点起爆，而正向起爆时爆破效果较差。

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第1章 绪论

1.1 课题来源及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容

1.4 研究方法及技术路线

第2章 岩石爆破基本理论

2.1 岩石爆破破坏基本理论

2.2 爆炸应力波基本理论

2.3 层理对爆破的影响

2.4 本章小结

第3章 含钒页岩爆破合理钻孔角度室内试验

3.1 试验目的及性质

3.2 试验原理及方案

3.3 实验结果与分析

3.4 本章小结

第4章 含钒页岩爆破炮孔布置方式现场试验

4.1 试验目的及性质

4.2 试验条件及参数

4.3 试验结果与分析

4.4 本章小结

第5章 含钒页岩爆破数值模拟研究

5.1 概述

5.2 模拟的主要内容

5.3 含钒页岩爆破动态破坏过程模拟分析

5.4 含钒页岩爆破合理堵塞长度模拟分析

5.5 含钒页岩爆破合理起爆方式模拟分析

5.6 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目