煤矿硬岩巷道部分弱化深孔爆破机理及应用

摘要

煤矿巷道的机械掘进已经取代了爆破掘进，但在硬岩条件下存在掘进效率低、截齿消耗大的问题，因此研究高效、经济的辅助破岩技术以提高机械掘进效率具有重要意义。通过对截割头破岩机理的分析发现，掘进效率低的原因在于截割头的破岩机理属于地应力作用下的三维破坏，地应力越大岩石越难被破坏。当截割头能够进入围岩内部后，围岩的破坏模式则由三维破坏转变为地应力作用下的单轴破坏，此时地应力越大越有利于岩体破坏。基于摩尔—库伦准则构建了局部应力演化模型，理论计算表明对于单轴抗压强度为86 MPa的硬岩，在埋深300 m条件下，两种破岩方式中截割头所需作用压力由139.5 MPa降至64.2 MPa，降低约54%。由此提出了一种局部深孔爆破硬岩弱化技术，通过数值模拟分析了空孔对岩体爆破损伤规律的影响，最终确定了深孔爆破弱化硬岩方案。台头前湾煤业的现场试验结果表明，该技术能够获得良好的弱化效果，爆破后形成直径约40 cm的均匀破碎区，掘进效率提升78%。该弱化技术安全可控、弱化效果显著，为煤矿硬岩巷道高效掘进提供了理论依据与工程实现路径。

关键词

深孔爆破弱化硬岩 / 巷道掘进 / 空孔效应 / 截割头破岩机理 / 数值模拟 / 摩尔-库伦准则

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52374134); 山西省自然科学基金资助项目(202203021221082)