深孔一次扩井爆破技术的研究与应用

摘要

天井在军事与民用等工程中有着非常广泛的应用。在矿山生产中，天井掘进工程是最为困难的环节之一。传统的天井掘进方法劳动强度大，工作条件差，粉尘浓度高，安全性低。深孔爆破法掘进天井是50年代发展起来的一种爆破技术，按照爆破方法的不同，可以将深孔爆破法掘进天井分为一次爆破成井和分段爆破成井，其实质就是按照天井的断面尺寸布置炮孔，钻凿一组平行炮孔，再根据天井高度，一次或多段爆破。该方法避免了传统方法的缺点，但爆破施工难度大。
　　深孔一次扩井爆破的实质是先用人工法或是天井凿岩机掘进一个小断面的天井，再沿天井的四边或是一部分钻凿一组平行的炮孔，根据阶段的高度，一次或多次爆破成井。已开凿的导井为后续爆破提供初始自由面和补偿空间。较其他爆破方法，导井能提供更大的补偿空间，有利于提高爆破效果和成井质量。本文针对金厂沟梁金矿的地质条件，结合工程项目，开展了对金厂沟梁金矿深孔一次扩井爆破技术的研究。
　　首先，对岩石爆破作用过程进行理论分析。通过对岩石破碎机理，岩石中爆破应力波的产生、传播及其衰减过程，爆破载荷作用下岩石的破碎准则的分析和爆破裂隙区范围的计算，从理论上论证深孔一次扩井爆破的可行性。
　　其次，结合金厂沟梁金矿的地质特征和成井位置条件，提出五种扩井方案，通过对各个方案的分析比较，从中选出技术上可行、经济上合理的最优方案。
　　最后，以内蒙古金陶公司金厂沟梁金矿为依托，对深孔一次扩井爆破进行了三次试验。第一次爆破试验的不耦合系数为1.2（炮孔直径为60mm，药卷直径为50mm），成井效果良好，井壁相对规整;第二、三次爆破试验的不耦合系数为1.43（炮孔直径为100mm，药卷直径为70mm），这两次试验都出现了不同的状况，且最后天井都被堵死。
　　第三次试验时，1号和4号炮孔起爆后，清除岩屑，采用三维空区扫描仪对爆破效果（空区）进行了扫描探测。从三维激光扫描结果来看，导井上部断面面积为1.22m2，排除下部可信度不高的数据（截面10以后的），中间部分断面面积在2.37m2，截面7的断面面积达到了3.06m2。
　　通过以上理论分析和方案设计，为金厂沟梁金矿深孔一次扩井爆破试验提供了理论依据，结合试验结果，验证了以导井为自由面，深孔一次扩井爆破技术的可行性。实践表明，本文所提出的爆破方法，将给企业提供一种新的开掘天井的方式，具有很高的理论意义和实际应用价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 金厂沟梁金矿成井方法

1．3 课题来源及研究意义

1．3．1 课题来源

1．3．2 课题研究的意义

1．4 国内外爆破成井研究现状

1．4．1 爆破成井方法

1．4．2 深孔爆破成井理论研究现状

1．4．3 深孔一次成井爆破在国外的应用

1．4．4 深孔一次成井爆破在国内的应用

1．5 研究内容和技术路线

1．5．1 研究内容

1．5．2 研究的技术路线

第2章 岩石爆破作用理论

2．1 岩石爆破机理

2．1．1 爆生气体膨胀作用理论

2．1．2 爆破应力波反射拉伸作用理论

2．1．3 爆生气体和爆破应力波综合作用理论

2．1．4 岩体爆破的损伤力学理论

2．1．5 无限岩体中炸药的爆破作用

2．2 岩石中爆炸应力波

2．2．1 冲击载荷在岩体中引起的应力-应变

2．2．2 岩石中爆炸应力波的传播与衰减

2．3 爆炸载荷作用下岩石的破坏准则

2．3．1 岩石中柱状药包爆破时产生的爆破载荷

2．3．2 爆炸载荷作用下岩石的破坏准则

2．4 爆破裂隙区范围的计算

2．5 小结

第3章 深孔一次扩井爆破方案设计

3．1 内蒙古金陶公司金厂沟梁金矿概况

3．2 金厂沟梁金矿地质概述

3．2．1 矿区地质特征

3．2．2 矿床地质特征

3．3 爆破方案

3．3．1 方案一

3．3．2 方案二

3．3．3 方案三

3．3．4 方案四

3．3．5 方案五

3．3．6 爆破方案的选择

第4章 深孔一次扩井爆破试验

4．1 第一次试验

4．1．1 1号炮孔爆破试验

4．1．2 3号和4号炮孔爆破试验

4．1．3 第一次试验小结

4．2 第二次试验

4．2．1 2号和4号炮孔爆破试验

4．2．2 1号炮孔爆破试验

4．2．3 第二次试验小结

4．3 第三次试验

4．3．1 1号和4号炮孔爆破试验

4．3．2 2号和3号炮孔试验

4．3．3 第三次试验小结

第5章 结论与展望

参考文献

致谢

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