CN113819820A - 一种不耦合装药结构、方法、应用及***方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种不耦合装药结构、方法、应用及***方法,所述不耦合装药方法包括：装药准备阶段：准备***药卷和安置装置；不耦合装药阶段：通过间隔罗德参数及间隔尺度参数对装药结构中的间隔位置及长度进行限定；其中，对于间隔罗德参数：当台阶***间隔装药时，间隔罗德参数用于对抵抗线和/或孔深及间隔中心位置进行限定；当隧道***间隔装药时，间隔罗德参数用于孔深及间隔中心位置进行限定；对于间隔尺度参数：用于对间隔率和/或间隔长度进行限定。本发明通过提出间隔罗德参数及间隔尺度参数，精确描述露天矿台阶***间隔装药结构间隔位置及长度，指导***设计与施工。

Description

一种不耦合装药结构、方法、应用及***方法

【技术领域】

本发明涉及岩体***技术领域，尤其涉及一种不耦合装药结构、方法、应用及***方法。

【背景技术】

十九世纪四十年代原苏联的Melnikov和Marchenkov首先提出了一种新的特种***技术——空气间隔装药***技术，这项技术通过在炮孔中采用空气间隔装药的方式来控制炮孔近区岩体的过度粉碎，从而提高***能量的利用率。大量的研究及工程实践表明：使用空气间隔装药技术可以得到更为均匀的***块石，可以减少单位体积耗药量，据实际应用测算，与常规装药方式相比可以节省10％～30％的开挖成本，同时还可节省10％～30％的***碎渣装运成本。

经Melniokov等人的室内、外实验和大量的工程实践发现：当取空气层为炮孔体积的11～35％时，可取得到与耦合装药相近的***效果；同时他们推论空气层居中时***效果比空气层置于孔底或孔顶的装药效果要好。

1950年以后，我国开始采用空气间隔装药在矿山开采中的应用。1956年4月新疆可可托海矿务局研制成功微差***，具备了分段间隔装药技术突破。同时，分段间隔装药结构在地下矿山的深孔***掘进天井以及在地下采场等方面，开始得到应用。张晶瑶使用深孔底部空气垫层装药结构首次在平庄矿务局西露天煤矿岩石台阶进行***试并取得***块度均匀，不留根底，爆堆规整，经济效益显著的效果。刘鹏程在铜录山矿的大孔径深孔采矿中使用了空气间隔装药技术，并试验得出了空气间隔长度存在一个最佳范围。张国建应用底部间隔装药***技术提高了石灰石矿块矿率，***采用铵油和钱松腊***，应用非电塑料导爆管起爆***实现微差***，炮孔排数l～3排，空气间隔率20％～25％。吴敏等在露天开采的台阶***中进行了空气间隔装药结构的应用研究，经过几十个孔的***试验，探索了适合于煤矿层的空气层装药比例，提高了***效果，降低了***单耗，获得了显著的经济效益。陆守香、林玉印研究了间隔聚能装药***技术及其在煤矿开采中的应用。王禹等在露天矿也采用了空气间隔装药结构，得到了块度更为均质的矿石，有利于机械一次装卸运输，取得明显的经济效益。

李继一在土城子矿开采中应用空气间隔装药结构,中间炮孔分层装药量25～35kg，空气间隔长度1.2m，崩矿高度10～15m。刘小均在三峡工程下岸溪料场露天开挖和清江水布垭坝肩开挖中均使用料空气间隔装药技术，取得了很好的开挖效果和经济效益。傅国龙在本钢矿业公司南芬露天铁矿采用充气式空气间隔器在露天矿深孔***中的应用得出结论：一般间隔长度为连续柱状装药的11％～35％，以20％～30％为宜。刘振东在本钢南芬露天铁矿中深孔干孔中进行底部和中间两种空气间隔装药，取得较好的技术经济效果。毛晖在铜山口露天矿台阶***采用了空气间隔装药技术。朱红兵等在工程和实验室中均对空气间隔装药结构进行了研究，孔底装药60％～70％，同时进行孔间与孔内复合微差***，效果较好。李顺波通过理论和现场试验分析顶部空气间隔对岩石破碎块度的影响,现场试验表明,空气间隔比例10％时平均块度和无空气间隔的平均块度接近,空气间隔比例25％时产生最大平均块度。得到的合理空气间隔比例为10％～15％。不同学者对间隔装药技术的研究和应用见表1。

表1不同学者对间隔装药技术的研究和应用

总的来说目前国内外对这一技术的认识大多停留在定性描述阶段，一般将空气间隔位置概述为顶部间隔、中部间隔、底部间隔。而当前这种定性描述不能精确描述工程***间隔装药结构间隔位置，不便于指导***设计与施工；为了实现低能耗、高效率、安全可靠的***破碎岩体的目的，并有效地控制***产生的孔壁压力分布，需要精确描述间隔装药结构位置及长度，精确控制***产生的各种危害。

因此，有必要研究一种不耦合装药结构、方法、应用及***方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

【发明内容】

有鉴于此，本发明提供了一种不耦合装药结构、方法、应用及***方法，通过提出间隔罗德参数及间隔尺度参数，精确描述露天矿台阶***间隔装药结构间隔位置及长度，指导***设计与施工。

一方面，本发明提供一种不耦合装药方法，所述不耦合装药方法包括：

装药准备阶段：准备***药卷和安置装置；

不耦合装药阶段：通过间隔罗德参数及间隔尺度参数对装药结构中的间隔位置及长度进行限定；其中，

对于间隔罗德参数：

当台阶***间隔装药时，间隔罗德参数用于对抵抗线和/或孔深及间隔中心位置进行限定；

当隧道***间隔装药时，间隔罗德参数用于孔深及间隔中心位置进行限定；

对于间隔尺度参数：

用于对间隔率和/或间隔长度进行限定。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述间隔罗德参数用于对抵抗线和/或孔深及间隔中心位置进行限定具体为：

对于台阶***间隔装药，用抵抗线表示间隔罗德参数为：

其中，w₁为装药段最小抵抗线、w₂为空气间隔段中心抵抗线、w₃为装药段最大抵抗线，μ_j为间隔罗德参数。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述抵抗线的计算方式如下：

其中，h₁为炮孔深度、h₂为空气间隔中心距离孔口距离、h₃为堵孔深度、w₁为装药段最小抵抗线、w₂为空气间隔段中心抵抗线、w₃为装药段最大抵抗线、a为坡顶抵抗线距离，α为台阶坡面角。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述间隔罗德参数用于孔深及间隔中心位置进行限定具体为：

h₁为炮孔深度、h₂为空气间隔中心距离孔口距离、h₃为堵孔深度。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述用于孔深及间隔中心位置进行限定的间隔罗德参数满足-1＜μ_j＜1，当隧道***间隔装药时，当μ_j＝-0.5时为下部间隔装药，μ_j＝0时为中间间隔装药，μ_j＝0.5时为上部间隔装药，任意不同位置间隔可直接用μ_j量化。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述间隔尺度参数用于对间隔率和/或间隔长度进行限定具体为：

其中，η表示间隔尺度参数，h₁为炮孔深度、h₂为空气间隔中心距离孔口距离，b为间隔长度。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种不耦合装药方法的应用，通过所述的不耦合装药方法实现，所述应用具体为：通过不同的间隔罗德参数值表示不同间隔位置，不同的间隔尺度参数表示不同的间隔率，以间隔罗德参数及间隔尺度参数，精确描述露天矿台阶***间隔装药结构间隔位置及长度。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，一种不耦合装药结构，通过所述的不耦合装药方法进行设置，所述不耦合装药结构通过间隔罗德参数和间隔尺度参数将间隔装药结构转化为平面模型。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述不耦合装药结构具体包括：炮孔，所述炮孔孔口设有堵塞段，在炮孔内为不耦合装药段，所述不耦合装药段是由间隔在堵塞段底部与耦合装药段之间的药柱和间隔在药柱与炮孔孔壁之间的空气间隔器构成，所述药柱和空气间隔器之间间隔满足间隔罗德参数和间隔尺度参数。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，一种***方法，通过所述的不耦合装药方法作为前置工作内容，所述方法包括以下步骤：

S1：根据现行***设计标准确定堵塞长度、线装药密度等常规***参数，可得到h₁炮孔深度、h₃堵孔深度、w₁装药段最小抵抗线、w₃装药段最大抵抗线、a坡顶抵抗线距离，α台阶坡面角；

S2：根据各自***工程施工实际特点确定恰当的空间隔长度b，一般来说，其合理的空气层比例与岩石力学性质相关；

S3：确定间隔段孔壁荷载压力；

S4：基于适用的岩石强度准则，判定当前间隔段孔壁荷载压力下岩石介质裂隙圈大小；

S5：根据确定的裂隙圈大小即为间隔段抵抗线大小w₂，确定间隔位置并得到间隔罗德参数μ_j。

与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：

本发明可以精确描述露天矿台阶***间隔装药结构间隔位置及长度，指导***设计与施工；便于实现低能耗、高效率、安全可靠的***破碎岩体的目的，并有效地控制***产生的孔壁压力分布，精确控制***产生的各种危害。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明一个实施例提供的不耦合装药方法中孔深及抵抗线大小示意图。

【具体实施方式】

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

本发明提供一种不耦合装药方法，所述不耦合装药方法包括：

装药准备阶段：准备***药卷和安置装置；

不耦合装药阶段：通过间隔罗德参数及间隔尺度参数对装药结构中的间隔位置及长度进行限定；其中，

对于间隔罗德参数：

当台阶***间隔装药时，间隔罗德参数用于对抵抗线和/或孔深及间隔中心位置进行限定；

当隧道***间隔装药时，间隔罗德参数用于孔深及间隔中心位置进行限定；

对于间隔尺度参数：

用于对间隔率和/或间隔长度进行限定。

所述间隔罗德参数用于对抵抗线和/或孔深及间隔中心位置进行限定具体为：

对于台阶***间隔装药，用抵抗线表示间隔罗德参数为：

其中，w₁为装药段最小抵抗线、w₂为空气间隔段中心抵抗线、w₃为装药段最大抵抗线，μ_j为间隔罗德参数。

所述抵抗线的计算方式如下：

其中，h₁为炮孔深度、h₂为空气间隔中心距离孔口距离、h₃为堵孔深度、w₁为装药段最小抵抗线、w₂为空气间隔段中心抵抗线、w₃为装药段最大抵抗线、a为坡顶抵抗线距离，α为台阶坡面角。

所述间隔罗德参数用于孔深及间隔中心位置进行限定具体为：

h₁为炮孔深度、h₂为空气间隔中心距离孔口距离、h₃为堵孔深度。

所述用于孔深及间隔中心位置进行限定的间隔罗德参数满足-1＜μ_j＜1，当隧道***间隔装药时，当μ_j＝-0.5时为下部间隔装药，μ_j＝0时为中间间隔装药，μ_j＝0.5时为上部间隔装药，任意不同位置间隔可直接用μ_j量化。

所述间隔尺度参数用于对间隔率和/或间隔长度进行限定具体为：

其中，η表示间隔尺度参数，h₁为炮孔深度、h₂为空气间隔中心距离孔口距离，b为间隔长度。

本发明还提供一种不耦合装药方法的应用，通过所述的不耦合装药方法实现，所述应用具体为：通过不同的间隔罗德参数值表示不同间隔位置，不同的间隔尺度参数表示不同的间隔率，以间隔罗德参数及间隔尺度参数，精确描述露天矿台阶***间隔装药结构间隔位置及长度。

本发明还提供一种不耦合装药结构，通过所述的不耦合装药方法进行设置，所述不耦合装药结构通过间隔罗德参数和间隔尺度参数将间隔装药结构转化为平面模型。所述不耦合装药结构具体包括：炮孔，所述炮孔孔口设有堵塞段，在炮孔内为不耦合装药段，所述不耦合装药段是由间隔在堵塞段底部与耦合装药段之间的药柱和间隔在药柱与炮孔孔壁之间的空气间隔器构成，所述药柱和空气间隔器之间间隔满足间隔罗德参数和间隔尺度参数。

本发明还提供一种***方法，通过所述的不耦合装药方法作为前置工作内容，所述方法包括以下步骤：

S1：根据现行***设计标准确定堵塞长度、线装药密度等常规***参数，可得到h₁炮孔深度、h₃堵孔深度、w₁装药段最小抵抗线、w₃装药段最大抵抗线、a坡顶抵抗线距离，α台阶坡面角；

S2：根据各自***工程施工实际特点确定恰当的空间隔长度b，一般来说，其合理的空气层比例与岩石力学性质相关；

S3：确定间隔段孔壁荷载压力；

S4：基于适用的岩石强度准则，判定当前间隔段孔壁荷载压力下岩石介质裂隙圈大小；

S5：根据确定的裂隙圈大小即为间隔段抵抗线大小w₂，确定间隔位置并得到间隔罗德参数μ_j。

如图1所示，本发明提出间隔罗德参数及间隔尺度参数，精确描述露天矿台阶***间隔装药结构间隔位置及长度，指导***设计与施工；便于实现低能耗、高效率、安全可靠的***破碎岩体的目的，并有效地控制***产生的孔壁压力分布，精确控制***产生的各种危害。

大空气间隔装药结构和大密集系数进行布孔，使台阶***能更加不足，易产生大块。***过程中，台阶底部抵抗线过大，岩石不易破碎，故高台阶***较普通台阶***更易产生根底。通过对巴润矿钻机的改进，钻孔深度已经能达到26m至27m，符合24m高台阶钻孔的要求。目前，国内大空气间隔装药结构和大密集系数布孔的方式在非煤矿山还没有做过。巴润矿前期已经进行了高台阶的***试验，也取得了一些效果，但是还难以在矿山进行推广使用。

经过改进，现场试验爆区24米高台阶***设计选用垂直钻孔，钻机类型YZ-55B型牙轮钻机，钻头直径为310mm，坡面角选择65°。炮孔深度26米，其中包括超深2米，堵塞7米空气间隔7米，剩余12米用来装药。考虑到施工问题和空气间隔器的承压能力，以及克服底盘抵抗线，将空气间隔布置在μ_j＝0.26、b＝0.37处。采用大密集系数，孔间距15米，排间距5.5米。逐孔起爆的方式，微差间隔时间为25ms。

根据矿区现有的铲装设备，对爆后岩石块状统计分析，试验爆区大块率仅为0.01％，满足铲运要求。利用TC-4850***测振仪对现场试验爆区振动进行测试，并与常规台阶***振动对比(表1)。通过分析可以得出，虽然高台阶***单孔装药量大于常规***，由于μ_j＝0.26、b＝0.37空气间隔削弱了波峰压力，所以并没有增加***振动。

表2***振动速度统计表

以上对本申请实施例所提供的一种不耦合装药结构、方法、应用及***方法，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者***不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者***所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者***中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。

Claims (10)

1.一种不耦合装药方法，其特征在于，所述不耦合装药方法包括：

装药准备阶段：准备***药卷和安置装置；

不耦合装药阶段：通过间隔罗德参数及间隔尺度参数对装药结构中的间隔位置及长度进行限定；其中，

对于间隔罗德参数：

当台阶***间隔装药时，间隔罗德参数用于对抵抗线和/或孔深及间隔中心位置进行限定；

当隧道***间隔装药时，间隔罗德参数用于孔深及间隔中心位置进行限定；

对于间隔尺度参数：

用于对间隔率和/或间隔长度进行限定。

2.根据权利要求1所述的不耦合装药方法，其特征在于，所述间隔罗德参数用于对抵抗线和/或孔深及间隔中心位置进行限定具体为：

对于台阶***间隔装药，用抵抗线表示间隔罗德参数为：

其中，w₁为装药段最小抵抗线、w₂为空气间隔段中心抵抗线、w₃为装药段最大抵抗线，μ_j为间隔罗德参数。

3.根据权利要求1所述的不耦合装药方法，其特征在于，所述抵抗线的计算方式如下：

其中，h₁为炮孔深度、h₂为空气间隔中心距离孔口距离、h₃为堵孔深度、w₁为装药段最小抵抗线、w₂为空气间隔段中心抵抗线、w₃为装药段最大抵抗线、a为坡顶抵抗线距离，α为台阶坡面角。

4.根据权利要求1所述的不耦合装药方法，其特征在于，所述间隔罗德参数用于孔深及间隔中心位置进行限定具体为：

h₁为炮孔深度、h₂为空气间隔中心距离孔口距离、h₃为堵孔深度。

5.根据权利要求4所述的不耦合装药方法，其特征在于，所述用于孔深及间隔中心位置进行限定的间隔罗德参数满足-1＜μ_j＜1，间隔装药时，当μ_j＝-0.5时为下部间隔装药，μ_j＝0时为中间间隔装药，μ_j＝0.5时为上部间隔装药，任意不同位置间隔可直接用μ_j量化。

6.根据权利要求1所述的不耦合装药方法，其特征在于，所述间隔尺度参数用于对间隔率和/或间隔长度进行限定具体为：

其中，η表示间隔尺度参数，h₁为炮孔深度、h₂为空气间隔中心距离孔口距离，b为间隔长度。

7.一种不耦合装药方法的应用，通过上述权利要求1-6之一所述的不耦合装药方法，其特征在于，所述应用具体为：通过不同的间隔罗德参数μ_j值表示不同间隔位置，不同的间隔尺度参数η表示不同的间隔率，以间隔罗德参数及间隔尺度参数，精确描述露天矿台阶***间隔装药结构间隔位置及长度。

8.一种不耦合装药结构，通过上述权利要求1-6之一所述的不耦合装药方法进行设置，其特征在于，所述不耦合装药结构通过间隔罗德参数和间隔尺度参数将间隔装药结构转化为平面模型。

9.根据权利要去8所述的不耦合装药结构，其特征在于，所述不耦合装药结构具体包括：炮孔，所述炮孔孔口设有堵塞段，在炮孔内为不耦合装药段，所述不耦合装药段是由间隔在堵塞段底部与耦合装药段之间的药柱、间隔在药柱与炮孔孔壁之间的空气间隔器构成，所述药柱和空气间隔器之间间隔满足间隔罗德参数和间隔尺度参数。

10.一种***方法，通过上述权利要求1-6之一所述的不耦合装药方法作为前置工作内容，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1：根据现行***设计标准确定常规***参数，可得到h₁炮孔深度、h₃堵孔深度、w₁装药段最小抵抗线、w₃装药段最大抵抗线、a坡顶抵抗线距离和α台阶坡面角；

S2：根据各自***工程施工实际特点确定恰当的空间隔长度b，空气层比例与岩石力学性质相关；

S3：确定间隔段孔壁荷载压力；

S4：基于适用的岩石强度准则，判定当前间隔段孔壁荷载压力下岩石介质裂隙圈大小；

S5：根据确定的裂隙圈大小即为间隔段抵抗线大小w₂，确定间隔位置并得到间隔罗德参数μ_j。

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