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。