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硬岩非爆机械化采掘技术发展与展望 被引量:4
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作者 王少锋 石鑫垒 周子龙 《金属矿山》 CAS 北大核心 2024年第5期1-15,共15页
近年来,随着地下工程建设及资源开采规模不断扩大,硬岩机械化采掘技术和装备得到不断创新和发展。传统钻爆法因其危险性高、衍生破坏大,难以满足现代岩石工程发展需求。硬岩非爆机械化采掘技术以其安全、高效、经济、智能化进程快等优... 近年来,随着地下工程建设及资源开采规模不断扩大,硬岩机械化采掘技术和装备得到不断创新和发展。传统钻爆法因其危险性高、衍生破坏大,难以满足现代岩石工程发展需求。硬岩非爆机械化采掘技术以其安全、高效、经济、智能化进程快等优势已成为现代岩石破碎工程的主要发展方向。从岩石可切割性、机械刀具(破岩工具)和机械装备3个角度对硬岩非爆机械化采掘技术的发展现状进行了论述。研究表明:岩石可切割性从单一指标评价向多指标综合评价发展;机械刀具类型呈现多样化,刀具性能伴随合金技术和涂层技术的发展而不断提质,并且刀具的设计制造注重在刀具硬度、耐磨蚀性与冲击韧性间寻找最佳平衡点来提高刀具使用寿命;破岩机械装备正在逐步向大型化、重型化、智能化、多样化、精细化发展,以更好地实现硬岩的高效、安全、经济、精细化采掘。在上述分析的基础上,展望了硬岩非爆机械化采掘技术的未来发展方向,认为未来亟须攻克的难点有:①建立深部岩石破碎力学与能量模型,探寻深部硬岩高应力诱导利用与高储能调控方法,开发硬岩诱变改性降危增割协同破岩方法与技术;②明晰硬岩破碎过程的多场多相耦合及多尺度破裂、破坏、破碎过程,开发机械刀具、水力、热力等多源联合破岩技术及装备;③揭示深部破岩扰动诱发高储能岩体动力灾害的力学及能量机制,提出针对性的防控方法;④开发与岩体特性、地应力条件、破岩需求协同匹配的精细化智能破岩技术与装备,形成非爆机械化智能采掘方法与技术体系;⑤构建非爆机械化采掘全过程管理模式,完善硬岩非爆机械化采掘作业流程。通过以上研究攻关,有望促进非爆机械化采掘技术在硬岩工程中的规模化应用,实现硬岩的安全、高效、绿色、智能采掘。 展开更多
关键词 硬岩 非爆机械化 岩石可切割性 机械刀具 采掘设备
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深部硬岩可切割性及非爆机械化破岩实践 被引量:8
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作者 王少锋 李夕兵 《黄金科学技术》 CSCD 2021年第5期629-636,共8页
为了系统地认识应力条件、矿岩特性和破岩参数等因素对深部硬岩截割特性的影响,梳理并总结了以往关于深部硬岩截割特性室内试验及非爆机械化破岩现场实践工作。根据3种应力环境对镐型截齿静态和动静组合破岩特性的影响,结合构建的截齿... 为了系统地认识应力条件、矿岩特性和破岩参数等因素对深部硬岩截割特性的影响,梳理并总结了以往关于深部硬岩截割特性室内试验及非爆机械化破岩现场实践工作。根据3种应力环境对镐型截齿静态和动静组合破岩特性的影响,结合构建的截齿破岩峰值载荷理论及回归模型,发现硬岩在较低围压或无围压条件下具有安全高效的破碎表现;根据高单轴围压下截齿破岩扰动诱发岩爆的过程和机理,揭示了采矿过程中由开采扰动诱发高应力矿柱岩爆的发生机制;基于加卸荷诱导损伤、预切槽和预钻孔等人为诱导缺陷对镐型截齿破岩特性的影响研究,得到人为诱导缺陷可有效提高硬岩的可切割性,获得了改善硬岩可切割性的成套方法;现场试验了多种机械化破岩方法,提出了基于应力解除和动静组合破岩的预切槽硬岩矿体旋转振动连续截割设备及其施工工艺。研究结果可为深部硬岩矿体非爆机械化规模开采提供理论基础和现场实践经验。 展开更多
关键词 深部高应力 硬岩 可切割性 诱导缺陷 非爆机械化开采
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深部坚硬矿体高频破碎锤非爆机械化开采试验 被引量:3
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作者 姚金蕊 李夕兵 +5 位作者 孙立成 王梅 姚华 王清平 黎文斐 王少锋 《金属矿山》 CAS 北大核心 2021年第7期27-33,共7页
随着深部硬岩矿山开采深度不断增加,钻爆法逐渐无法满足矿山开采要求。国内外提出了机械切割的破岩方式应对深部开采所带来的挑战,并在煤矿开采和隧道开挖等领域得到广泛应用。为探究非爆机械化开采在深部硬岩矿山中的应用,通过挖掘机... 随着深部硬岩矿山开采深度不断增加,钻爆法逐渐无法满足矿山开采要求。国内外提出了机械切割的破岩方式应对深部开采所带来的挑战,并在煤矿开采和隧道开挖等领域得到广泛应用。为探究非爆机械化开采在深部硬岩矿山中的应用,通过挖掘机载高频破碎锤开挖深部坚硬矿体进行机械开采试验。试验期间,通过数字钻孔电视监测试验区域松动区范围,并记录每日开采时间、破碎锤和挖掘机状态、矿柱形貌、采矿量、剥落矿石块度、粉尘情况、顶板情况以及破碎锤尖部抖齿磨损情况,通过上述参数分析机械开采在深部硬岩矿山中的应用效果。试验结果表明:试验矿柱的松动区平均厚度达2.59 m,在该范围内开挖矿柱效率较高;试验中,整体切割工效可以达到50.6 t/h,切槽后开挖矿柱的切割工效可以达到158.2 t/h,证明了非爆机械化开采在深部硬岩矿山中应用的可行性;此外,机械开采还具有工时利用率高、剥落矿石块度小、粉尘少、开挖扰动小等优点。 展开更多
关键词 深部开采 非爆机械化开采 深部硬岩矿山 高频破碎锤 松动区 切割工效 开采效率
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矿岩开挖松动区厚度预测及非爆机械化开采判据 被引量:2
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作者 景岳 王少锋 鲁金涛 《黄金科学技术》 CSCD 2021年第4期525-534,共10页
非爆机械化开采的可行性与待截割矿体周围松动区的厚度之间有着密切联系,研究待截割矿体周围松动区厚度对于合理进行机械化开采具有重要意义。综合考虑松动区厚度的成因及特点,选取了单轴抗压强度、岩体质量等级、埋深、岩石容重和开挖... 非爆机械化开采的可行性与待截割矿体周围松动区的厚度之间有着密切联系,研究待截割矿体周围松动区厚度对于合理进行机械化开采具有重要意义。综合考虑松动区厚度的成因及特点,选取了单轴抗压强度、岩体质量等级、埋深、岩石容重和开挖跨度5个影响因素作为指标。首先利用从多个矿山现场收集的69组数据,建立了松动区厚度的回归预测模型,并通过熵权法评价5个影响因素对于松动区厚度的影响权重;然后根据所得的松动区厚度预测模型对开磷马路坪矿开采现场松动区厚度进行预测,并依此建立了基于矿岩开挖松动区厚度的非爆机械化开采判据;最后对现阶段开磷马路坪矿非爆机械化开采的可行性进行评价。结果表明:本研究得到的基于矿岩开挖松动区厚度的非爆机械化开采判据,可以较好地评判开磷马路坪矿非爆机械化开采的可行性和合理性。 展开更多
关键词 深部开采 开挖松动区 非爆机械化开采 回归分析 熵权法 开采判据
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深部硬岩截割特性及可截割性改善方法 被引量:11
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作者 王少锋 李夕兵 +1 位作者 王善勇 姚金蕊 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期895-907,共13页
深部硬岩的截割特性受到岩石特性、截割参数、应力环境等众多因素影响。利用TRW−3000型岩石真三轴电液伺服诱变(扰动)试验系统研究了受限应力条件、截齿加载方式、岩石力学特性、人为诱导缺陷等对硬岩截割特性的影响。研究发现:在单轴... 深部硬岩的截割特性受到岩石特性、截割参数、应力环境等众多因素影响。利用TRW−3000型岩石真三轴电液伺服诱变(扰动)试验系统研究了受限应力条件、截齿加载方式、岩石力学特性、人为诱导缺陷等对硬岩截割特性的影响。研究发现:在单轴受限应力下,随受限应力增大岩石截割由易变难再变易,高单轴受限应力反倒有利于截齿破岩,但当单轴受限应力过高时,截齿破岩扰动易引发岩爆;动静组合破岩时,截齿预静载越大破岩能力越强;随着岩石脆性指数的增大,岩石可截割性先降低后升高;诱导加卸荷损伤、临空面切槽、临空面钻孔等人为诱导缺陷可提高硬岩的可截割性。同时,获得了深部硬岩可截割性改善方法,提出了深部硬岩矿体非爆机械化开采模式。采矿试验证明,开挖诱导巷道致裂矿体形成松动区后利用掘进机破岩和在矿柱底部开挖预切槽后利用高频破碎锤破岩,可将非爆机械化采矿效率从32.6 t/h分别提高到107.7 t/h和158.2 t/h。 展开更多
关键词 硬岩截割 动静组合破岩 人为诱导缺陷 可截割性改善 非爆机械化开采
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单向受限应力下镐型截齿破岩特性及其影响因素分析 被引量:2
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作者 唐宇 王少锋 《黄金科学技术》 CSCD 2021年第5期669-679,共11页
基于刀具破岩的非爆机械化开采有望成为深部矿山开采的主要替代方法之一。矿岩可切割性是制约刀具破岩的关键因素,其受到受限应力条件和岩石性质的影响。因此,研究不同种类岩石在不同受限应力条件下的可切割性,可为机械刀具破岩提供理... 基于刀具破岩的非爆机械化开采有望成为深部矿山开采的主要替代方法之一。矿岩可切割性是制约刀具破岩的关键因素,其受到受限应力条件和岩石性质的影响。因此,研究不同种类岩石在不同受限应力条件下的可切割性,可为机械刀具破岩提供理论依据和关键技术参数支撑。首先在不同受限应力条件下,对花岗岩、大理岩、红砂岩和磷矿石进行了截齿破岩试验。然后,以试验结果为基础,对脆性指数、受限应力条件与截齿破岩峰值载荷和破岩比能之间的关系分别进行了回归分析。最后,利用熵权法评价了岩石强度特性和受限应力条件对截齿破岩峰值载荷和破岩比能的影响权重。结果表明:所建立的回归模型具有良好的预测精度,单向受限应力和脆性指数对截齿破岩峰值载荷和破岩比能的影响均呈非线性变化;单向受限应力和岩石强度特性对截齿破岩性能均有显著影响,且单向受限应力的影响权重略大于岩石强度特性。研究结果可为深部矿山非爆机械化开采可行性判别以及破岩参数设计提供理论依据。 展开更多
关键词 深部开采 非爆机械化开采 截齿破岩 单向受限应力 可切割性 熵权法
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