一种露天矿爆破挡渣桶结构及其优化方法与流程

本发明专利属于矿山生产辅助设备领域，具体涉及露天矿爆破挡渣桶结构及其优化方法。

背景技术：

1、露天矿山含水炮孔极易坍塌，因此需要进行炮孔维护，通常采用挡渣桶进行炮孔支护。现有挡渣桶整体为圆筒状结构，其上下未封闭，径向完全封闭。

2、通过查阅相关文献，存在气囊支护、喷浆支护等炮孔支护方式，但是由于操作便捷性和成本限制，挡渣桶依旧是含水炮孔支护的主要方式，但是挡渣桶结构存在明显短板，其径向完全封闭结构对爆破具有束缚作用，极大影响爆破效能发挥，进而影响爆破效果。然而通过查询资料可知，针对挡渣桶的结构进行优化的文献鲜有报道。

3、中国专利cn202010749697.8公开了一种松软煤层易失稳钻孔防塌孔支护装置，属于煤炭开采技术领域，具体涉及一种松软煤层易失稳钻孔防塌孔支护装置及方法,该装置包括多个支护单元，所述支护单元包括设置在钻孔内防护机构和用于支撑防护机构的支撑机构，所述防护机构包括上支护板、与上支护板对称设置的下支护板以及设置在上支护板与下支护板之间的多个复合支撑柱，所述支撑机构包括多个柔性气囊，多个所述柔性气囊通过通气管路连通。该装置的使用方法包括：连接支撑机构、连接防护机构、向钻孔中推送、连接风管并通气、拆除风管五个步骤。本发明通过在上下支护板之间设置柔性气囊,通过柔性气囊通气将上下支撑板撑开,利用复合支撑柱将上下支护板支撑,本发明容易传递、支护效果好，便于推广使用。本专利可解决塌孔支护问题，不具备炮孔失稳模式判断功能，无法针对不同失稳模式进行针对性防护。

技术实现思路

1、影响挡渣桶对爆破效果约束的因素主要为挡渣桶的厚度、材质、以及侧向结构，本发明的目的是专注于挡渣桶侧向结构优化，提出了一种露天矿爆破挡渣桶结构及其优化方法。

2、本发明的目的是这样实现的。

3、本发明的一种露天矿爆破挡渣桶结构，包括筒状挡渣桶，其特征在于，在筒状挡渣桶的侧面开有至少一个侧向开孔，其筒状挡渣桶侧向开孔的分布形式为沿筒状挡渣桶径向均等分布或轴向间距递增分布两种。

4、优选地，所述的侧向开孔为矩形、圆形或三角形。

5、本发明的露天矿爆破挡渣桶结构优化方法，采用上述露天矿爆破挡渣桶结构，其特征在于，包括以下步骤：

6、步骤1：确定筒状挡渣桶侧向开孔结构的最优形状

7、采用下式计算挡渣桶侧向开孔形状局部应力承受系数a，

8、

9、其中：max(p)为挡渣桶承受向下的最大压力，pn为每种开孔形状顶点系数，顶点的平方，圆为1，若a≥1，则a值最大的开孔形状为最优开孔形状；

10、步骤2：确定挡渣桶侧向开孔最优分布形式

11、基于ls-dyna通用显式动力分析数值模拟软件，建立矩形露天台阶计算模型，采用八节点六面体单元solid164对矩形露天台阶计算模型进行网格划分，以现有炮孔孔径为准，在矩形露天台阶计算模型中心开出炮孔，在炮孔内壁分别安装步骤1确定的最优侧向开孔结构的筒状挡渣桶，并分别制成两种筒状挡渣桶侧向开孔的分布形式的露天矿爆破挡渣桶，模拟用露天矿爆破挡渣桶支护，在炮孔垂直距离为1米处，分别竖直等距设立5个爆破监控点，基于控制变量法进行爆破模拟，爆破过程中监控5个监控点的爆破振动速度，若5个点振动速度标准差δ≤0.1，则此种筒状挡渣桶侧向开孔的分布形式为最优分布形式；

12、步骤3：根据筒状挡渣桶侧向开孔系数计算模型，确定筒状挡渣桶侧向开孔面积

13、筒状挡渣桶轴向受压压力为f，炮孔内壁碎渣平均粒度为q，筒状挡渣桶侧向总面积为s，单一开孔面积为d，开孔个数为n，则总开孔面积d＝n×d，则筒状挡渣桶侧向开孔系数定义为总开孔面积与侧向总面积比值，即：以d<q，n×a×s＞f为约束条件，以k为依据进行筒状挡渣桶侧向开孔面积确定，为反推计算挡渣桶侧向开孔的个数及大小奠定了基础；

14、步骤4：建立单孔爆破数值模拟模型，

15、基于ls-dyna通用显式动力分析数值模拟软件，建立矩形露天台阶数值模拟计算模型，采用八节点六面体单元solid164对计算模型进行网格划分，以矩形露天台阶中心点为圆心，以露天矿标准孔径为250mm，标准孔深为17.5m，建立三维模型，将三维模型与矩形露天台阶数值模拟计算模型进行布尔运算，得到单孔爆破数值模拟模型；

16、步骤5：以挡渣桶侧向开孔系数k为基准，在满足d<q，n×a×s>f前提下，以步骤3得出的分布模式，根据挡渣桶侧向总面积s、长l，反推计算出d和n值，至此得出挡渣桶最优结构。

17、本发明所述的确定挡渣桶侧向开孔系数k是基于步骤4建立单孔爆破数值模拟模型，在距离炮孔中心，径向2米处设置监测点，采用控制变量法，监测该点的振动速度及位移，在满足d＜q，n×a×s＞f为约束条件的前提下，模拟出监测点振动速度和位移均最大的挡渣桶侧向开孔系数k。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

19、本发明的露天矿爆破挡渣桶结构优化方法，能够在保证轴向抗压强度，保证碎渣不落入孔内的前提下，寻找到对爆破束缚作用最小的挡渣桶结构参数，以此解决挡渣桶对爆破效能的抑制作用，改善含水破碎带的爆破效果。

20、本发明通过计算挡渣桶侧向开孔形状局部应力承受系数，可确定侧向开孔的最佳形状，使其既能承受挡渣桶轴向压力，又能减弱挡渣桶爆破效能束缚作用。

21、通过数值模拟计算，可确定出挡渣桶侧向开孔最优分布形式，使挡渣桶对爆破效果抑制作用各向同性，减少爆破能量耗散。

22、通过建立挡渣桶侧向开孔系数计算模型，为反推计算挡渣桶侧向开孔的个数及大小奠定了基础，确保在能够承受支护压力，防止碎石掉落，起到支护炮孔作用的前提下，最大限度减小了挡渣桶对爆破的束缚作用。

23、建立的单孔爆破数值模拟模型，可真实完整的还原具有挡渣桶支护的单一炮孔爆破过程，为确定挡渣桶侧向开孔系数k奠定了基础。

技术特征：

1.一种露天矿爆破挡渣桶结构，包括筒状挡渣桶，其特征在于，在筒状挡渣桶的侧面开有至少一个侧向开孔，其筒状挡渣桶侧向开孔的分布形式为沿筒状挡渣桶径向均等分布或轴向间距递增分布两种。

2.根据权利要求1所述的露天矿爆破挡渣桶结构，其特征在于，所述的侧向开孔为矩形、圆形或三角形。

3.一种露天矿爆破挡渣桶结构优化方法，采用权利要求1-2的任意一种露天矿爆破挡渣桶结构，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求1所述的露天矿爆破挡渣桶结构优化方法，其特征在于，所述的确定挡渣桶侧向开孔系数k是基于步骤4建立单孔爆破数值模拟模型，在距离炮孔中心，径向2米处设置监测点，采用控制变量法，监测该点的振动速度及位移，在满足d<q，n×a×s＞f为约束条件的前提下，模拟出监测点振动速度和位移均最大的挡渣桶侧向开孔系数k。

技术总结本发明涉及一种露天矿爆破挡渣桶结构及其优化方法,包括筒状挡渣桶，在筒状挡渣桶的侧面开有至少一个侧向开孔，其筒状挡渣桶侧向开孔的分布形式为沿筒状挡渣桶径向均等分布或轴向间距递增分布两种。其优化方法包括以下步骤：1)确定筒状挡渣桶侧向开口孔结构的最优形状，2)确定挡渣桶侧向开孔最优分布形式，3)根据筒状挡渣桶侧向开孔系数计算模型，确定筒状挡渣桶侧向开孔面积，步骤4：建立炮孔单孔爆破数值模拟模型，5)以挡渣桶侧向孔系数k为基准，根据挡渣桶侧向总面积S、长L，得出挡渣桶最优结构。其优点是：该挡渣桶结构能够承受支护压力，防止碎石掉落，最大限度减小了挡渣桶对爆破的束缚作用。技术研发人员：傅国辉,刘小刚,徐连生,王怀远,曹洋,柴青平,岳星彤,吕蒙受保护的技术使用者：鞍钢集团矿业有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/4