深孔爆破一次成井的力学机理

Raise excavation is widely applied in Defense and Civil Engineerings. Raising methods includes longhole raising, raise boring, and three kinds of such conventional methods as ladder,cage raising and Alimak raising. Raise excavation shows to be high safety, low cost (40% of ladder or 30% of boring), and high efficiency(141% of ladder or 128% of boring) only with using longhole raising. In this project, firstly, the charateristcs of longhole raising will be reproduced in laboratory and numerically studied by software. By testing of blasting fragmentation in different shapes and size of free surface, the mechanical behaviors and failure mechanism will be investigated. With tests of the cut blasting by perpendicular boreholes with empty holes, the formation process of two phase flow between the explosion gas and the broken rock pieces in cut cavity and their one-dimensional motion will be analyzed. Meanwhile, the movement rules of the hole stemming under explosion loading will be expounded. Secondly, the principles and engineering approachs of one-time longhole raising will be conceived to overcome some problems such as hole stemming, hole collapse and hole recoilling by using of the longhole section raising. Large scale in-situ experiments will be also carried out. Finally, scientific and standard parameter design method will be put forword and it is expected to guide one-time longhole raising theoretically.

天井掘进广泛应用于国防和民用工程中。常规的普通法、吊罐法或爬罐法掘进天井，工作环境恶劣、安全性差、成本高、效率低。钻井法掘进天井，机械庞大、准备期长、设备购置费用高、适用范围窄。深孔爆破法掘进天井，安全性高，成本为普通法的40%、钻井法的30%，效率为普通法的141%、钻井法的128%，一直是研究的热点和推广的对象。项目从深孔爆破掘进天井的特点出发，室内试验、理论分析、数值仿真、现场试验相结合，克服深孔分段爆破法掘进天井的堵孔、塌孔、反冲井口的难题，探索深孔多分段一次爆破成井的原创模式，进行深孔爆破一次成井的力学机理研究，通过深入研究不同形状和不同尺寸自由面条件下的矿岩爆破破碎机理，通过深入揭示爆破岩渣固气高压二相流的形成机理及其一维运动规律，通过准确把握爆炸载荷作用下炮孔堵塞物的作用机理及其运动规律，实现成井参数设计的科学化和规范化，为深孔爆破一次成井提供理论指导。

爆破法掘进天井按照爆破方法的不同分为爆破一次成井和分段爆破成井，其中分段爆破是现阶段深孔爆破掘进天井的主要模式，但是深孔分段爆破成井所固有的堵孔、塌孔、反冲井口等副作用，一直困扰着深孔爆破法，限制了该方法的推广，采用深孔多分段一次爆破成井可以有效地解决这些难题。但是深孔多分段一次爆破成井不仅受单分段内掏槽方式、装药结构和微差时间的选取的影响，而且还涉及到多分段之间的相互影响与作用问题。项目从深孔爆破掘进天井的特点出发，室内试验、理论分析、数值模拟、现场试验相结合，克服深孔分段爆破法掘进天井的堵孔、塌孔、反冲井口的难题，探索了深孔多分段一次爆破成井的原创模式，进行深孔爆破一次成井的力学机理研究，通过深入研究不同形状和不同尺寸自由面条件下的矿岩爆破破碎机理，通过深入揭示爆破岩渣固气高压二相流的形成机理及其一维运动规律，通过准确把握爆炸载荷作用下炮孔堵塞物的作用机理及其运动规律，实现成井参数设计的科学化和规范化，为深孔爆破一次成井提供理论指导。提出和实施了基于深孔预裂的多孔球状药包爆破一次成井技术，通过预裂成形、不等高分层、分层同段起爆、多层上下依序起爆和分层间合理延时爆破等技术措施，解决了多孔球状药包成井模式爆破夹制性难题，形成了一整套全新的深孔爆破一次成井工艺和技术；成功完成了5条天井的深孔一次爆破掘进。进行了不同直径空孔掏槽过程和不同孔距掏槽过程模拟，完成了掏槽型式选择及其数值模拟，成功完成了24m高天井的深孔一次爆破掘进。项目成果具有创新性，具有国际先进水平，其中一次预裂爆破成形和分层同段起爆技术具有国际领先水平。