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含钒页岩爆破钻孔角度优化试验研究

胡磊  
【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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