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炮采面爆破参数优化:理论、实践与效益探究

一、引言

1.1研究背景与意义

煤炭作为我国重要的基础能源,在一次能源生产和消费结构中始终占据主导地位。尽管近年来新能源发展迅速,但在未来较长时期内,煤炭在能源领域的关键作用仍难以被完全替代。我国煤炭资源分布广泛却不均衡,地质条件复杂多样,部分矿区煤层赋存条件不佳,给煤炭开采带来诸多挑战。

在煤炭开采工艺中,炮采是一种历史悠久且应用广泛的采煤方法,尤其适用于地质条件复杂、煤层厚度不稳定、机械化开采难以实施的区域。在薄煤层开采中,由于空间狭窄,大型采煤机械设备无法有效施展,炮采便成为主要的采煤手段;在一些地质构造复杂、断层褶皱发育的矿区,炮采能够根据实际情况灵活调整开采方式,保障煤炭的顺利开采。

炮采面爆破技术的优劣直接关乎煤炭开采的效率、成本与安全。传统的炮采面爆破参数往往凭借经验设定,缺乏科学系统的优化,导致在实际生产中暴露出一系列问题。爆破效果不佳,煤炭块度不均匀,过大的煤块给后续的运输和加工带来困难,过小的煤块则会增加煤尘产生量,不仅影响生产效率,还对工人健康和安全生产构成威胁;炸药消耗量大,增加了开采成本,同时也造成了资源的浪费;对顶板的破坏较大,容易引发顶板事故,危及作业人员的生命安全。因此,对炮采面爆破参数进行优化研究迫在眉睫。

通过对炮采面爆破参数的优化,能够实现多重效益。在提高采矿效率方面,优化后的爆破参数可使煤炭破碎更加均匀,便于后续的装载和运输,从而有效缩短开采周期,提高煤炭产量。在降低采矿成本上,精准的爆破参数能减少炸药、雷管等爆破材料的不必要消耗,同时降低设备磨损和维修费用,提高企业经济效益。在保护环境层面,合理的爆破参数能降低爆破过程中产生的粉尘、噪音等污染物排放,减少对矿区周边生态环境的破坏,助力煤炭行业的可持续发展。此外,优化爆破参数还有助于增强开采过程的安全性,降低顶板垮落、瓦斯爆炸等事故的发生概率,切实保障矿工的生命安全和企业的稳定生产。

1.2国内外研究现状

在国外,对于炮采面爆破参数优化的研究起步较早,技术和理论发展相对成熟。美国、澳大利亚等煤炭资源丰富且开采技术先进的国家,在爆破参数优化方面取得了众多成果。美国矿业局通过大量的现场试验和理论研究,深入分析了不同地质条件下炮采面爆破参数与煤炭破碎效果、顶板稳定性之间的关系,提出了基于岩石力学特性和爆破能量分布的参数优化方法,为美国本土及全球其他国家的煤炭开采提供了重要参考。澳大利亚的研究团队则运用数值模拟技术,如ANSYS、FLAC等软件,对爆破过程进行了细致模拟,从微观层面揭示了爆破应力波在煤岩体中的传播规律以及煤岩体的破碎机理,进而优化爆破参数,有效提高了煤炭开采效率,减少了资源浪费和环境破坏。

国内对炮采面爆破参数优化的研究也在不断深入,随着煤炭行业的发展和技术的进步,取得了一系列具有实际应用价值的成果。许多高校和科研机构,如中国矿业大学、煤炭科学研究总院等,针对我国复杂的地质条件和多样化的采煤工艺,开展了广泛而深入的研究。中国矿业大学的研究人员通过现场实测、理论分析和数值模拟相结合的方法,对不同煤层厚度、倾角以及顶板条件下的炮采面爆破参数进行了系统优化,提出了适合我国国情的爆破参数优化方案,在多个矿区得到了成功应用,显著提高了煤炭开采的安全性和经济性。煤炭科学研究总院则在爆破器材和装药结构方面进行了创新研究,研发出了新型的炸药和雷管,以及合理的装药结构,有效改善了爆破效果,降低了爆破成本。

尽管国内外在炮采面爆破参数优化方面取得了诸多成果,但仍存在一些不足之处。部分研究过于依赖理论模型和数值模拟,与实际生产情况存在一定偏差,导致优化后的参数在现场应用时效果不佳。对复杂地质条件,如断层、褶皱、破碎带等区域的爆破参数优化研究还不够深入,缺乏针对性强、适应性广的优化方法。在多因素耦合作用下,如爆破震动、瓦斯涌出、粉尘产生等对爆破参数的影响研究较少,难以实现全方位的爆破参数优化。未来,炮采面爆破参数优化的研究应朝着更加精细化、智能化、绿色化的方向发展。结合大数据、人工智能等新兴技术,建立更加精准的爆破参数优化模型,实现爆破参数的智能优化;加强对复杂地质条件和多因素耦合作用下的爆破参数优化研究,提高优化方法的适应性和可靠性;注重爆破过程中的环境保护和资源节约,研发绿色环保的爆破器材和技术,减少对环境的影响,实现煤炭资源的可持续开采。

1.3研究内容与方法

本研究主要聚焦于炮采面爆破参数的优化,具体研究内容涵盖多个关键方面。首先,对炮采面的地质条件展开深入研究,全面评估岩层、煤岩的物理力学特性。通过详细勘察和专业测试,获取诸如岩石硬度、抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比等物理力学参数,以及煤岩的节理、裂隙发育程度等结构特征信息,为后续的爆破参数优化提供坚实的基础数据。

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