摘要
我国为了应对气候变化、调整能源结构、完成经济转型以及实现“碳达峰”“碳中和”的目标，限制了国内煤炭资源的开发。但是煤炭在我国能源结构中仍占有重要地位，在这其中，露天煤矿的开采量占比已从2003年的4.36%增长至2022年的23%，已然成为我国能源版图中不可或缺的一部分。但是目前国内对于露天矿山的煤层爆破机理研究仍处于相对落后的水平，矿山开采过程当中爆破参数设计不合理的问题日益突出，导致煤层开采当中块煤率偏低，减少了矿山的经济收益。对煤层爆破机理进行研究，针对不同的矿山地质、生产情况对爆破参数进行优化，有助于增加矿山经济收益，具有实际工程意义。 本文基于爆破力学理论研究了爆破对于煤层破坏的三种形式，分析了煤层破坏的各区域特征，探究了露天矿山深孔台阶爆破效果的影响因素。对胜利一号露天矿山6#煤层进行取样，测定其物理力学性质。利用LS-DYNA仿真模拟软件分别研究了装药结构、间隔介质等参数对于爆破质量的影响，确定爆破优化方案。在胜利一号露天煤矿进行现场工程试验以验证优化方案的可靠性。具体结论如下： （1）基于静力学理论，分析了应力波以及爆生气体在爆破过程中对于煤层的破坏作用。对于坚硬煤层、高爆速炸药配合耦合装药情况下，应力波对煤层的破坏占据主导地位；对于非坚硬煤层、低爆速炸药配合不耦合装药系数较大的情况下，爆生气体膨胀做功对煤层的破坏占据主导地位。 （2）对胜利一号露天煤矿进行取样，制成样品后进行室内试验，测得其抗压强度均值为5.20MPa，煤样强度较低，密实度较差；平均抗拉强度为0.86MPa；内聚力为1.08MPa，内摩擦角为36.35°。 （3）利用LS-DYNA软件，采用ALE算法，对不同装药结构、不同间隔介质、不同炸药种类以及不同孔网参数进行模拟，选取监测点分析其受力过程。最终确定排距7m，孔距11m，装药结构为堵塞长度5m，上部装药长度4m，中间煤粉间隔长度2m，下部装药长度5m，采用低密度炸药的爆破优化方案。 （4）在胜利一号露天煤矿进行现场试验，分析对照组和试验组的挖掘断面块度分布以及破碎站的块煤率统计，结果表明试验组相比于对照组，末煤以及大径煤比例均下降，块煤率上升。此外对矿区在使用优化方案前后破碎站的块煤率进行平均数值差异性检验以及对地面生产系统主要生产指标进行对比，进一步验证优化方案的可靠性。
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