摘 要

在石灰石骨料矿山，对矿石产品的块度有严格的要求，在爆破过程中要求严格控制岩石破碎的块度，粉矿率的多少直接影响着矿山企业的经济效益，减少粉矿率尤为重要。

针对华新武穴骨料矿山的生产爆破现状，从岩石破碎机理和爆破工艺方面分析了生产过程中粉矿产生的原因，并提出了通过合理选择炸药、调整装药结构、选择合理的毫秒延期时间等优化措施来降低爆破过程中的粉矿率。通过理论分析和数值模拟相结合的研究方法，使用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对不同装药结构和不同毫秒延期时间进行数值模拟，根据模拟结果确定最佳的装药结构和最佳延期时间，达到降低粉矿率的目的。

关键词：骨料矿山；爆破；粉矿率；数值模拟；优化

Abstract

In limestone aggregate mines, strict requirements are placed on the ore product blockage. In the blasting process, strict control over the fragmentation degree of the rock is required. The percentage of the ore fines content directly affects the economic benefits of the mining enterprise, and it is particularly important to reduce the rate of ore fines.

In this paper, according to the current situation of production blasting in Huaxin Wuxue Aggregate Mine, the reasons for the occurrence of fine ore in the production process are analyzed from the aspects of rock crushing mechanism and blasting process, and a reasonable millisecond delay is proposed by selecting the explosive reasonably, adjusting the charge structure, and other optimization measures to reduce the rate of fines in the blasting process. Through the combination of theoretical analysis and numerical simulation, ANSYS/LS-DYNA finite element software was used to simulate different charge structures and different millisecond delay times, and the best charge structure and the best delay time were determined based on the simulation results. To achieve the purpose of reducing the rate of ore fines.

Key Words：aggregate mines；blasting；rate of ore fines；Numerical Simulation；optimization

目录

第1章 绪论 1

1.1 选题的背景及研究意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 研究内容和研究方法 2

第2章 矿山爆破现状 4

第3章 骨料矿山粉矿产生原因分析 6

3.1 地质条件 6

3.2 爆炸过程的内部作用 6

3.3 爆破过程的外部作用 8

3.4 爆破工艺 8

3.5.1. 炸药特性 8

3.5.2. 装药参数 8

3.5.3. 起爆参数 9

第4章 数值模拟 13

4.1 软件概述 13

4.2 模型材料和参数 13

4.2.1. 岩石材料 13

4.2.2. 炸药材料 14

4.2.3. 堵塞材料 14

4.2.4. 空气材料 15

4.3. 建立模型 15

4.3.1. 装药结构模型 16

4.3.2. 毫秒延期模型 16

4.4. 空气间隔装药爆破岩体损伤 17

4.4.1. 岩体损伤云图 17

4.4.2. 最大应力分析 18

4.5. 毫秒延期爆破最大有效应力分析 19

第5章 结论 22

参考文献 23

致谢 24

绪论

选题的背景及研究意义

华新水泥（武穴）有限公司和华新骨料（武穴）有限公司位于湖北省武穴市，均是华新水泥股份有限公司旗下最有影响力的分、子公司之一。水泥公司现有两条日产分别为4800吨、6000吨新型干法水泥熟料生产线，年生产熟料380万吨，水泥250万吨，还拥有可替代燃料（AFR）在生产线上的应用，利用大窑协同日处理市政垃圾系统，城市污染土处理项目等，能创造极大的社会效益，是具有国际竞争力的现代化企业。骨料公司目前的生产规模为500万吨/a。矿区大地构造位置处于扬子准地台下扬子台坪大冶台褶束之海口湖-马口湖复式向斜东南端，区域总体构造线方向呈北西南东向，褶皱及断裂构造发育。

在石灰石骨料矿山，对矿石产品的块度有严格的要求，在爆破过程中要求严格控制岩石破碎的块度，粉矿率的多少直接影响着矿山企业的经济效益，减少粉矿率尤为重要。华新武穴骨料矿山岩体节理裂隙发育，爆破过程中极易产生粉矿，造成粉矿率过高，骨料产品减少，影响矿山企业的经济效益。若爆破过程中粉料率过高的话，则在骨料加工过程中会出现大比例的压滤土，该压滤土目前是无法充分完全利用，势必会往排土场等地排放，于是会导致既增加了排土场的堆排量的压力，同时因为压滤土的性能不同于露天矿的废石，对排土场的安全稳定性又带来了新的未知的安全隐患。因此，要对爆破工艺进行优化，减少粉矿率，增加资源利用率，提高经济效益。

国内外研究现状

自上世纪中期以来，国内外学者对爆破过程时应力波在岩体中的作用做了大量研究，20世纪60年代日野氏提出冲击波拉伸破坏理论和U.兰格福斯等人提出爆炸气体膨胀压缩理论，70年代L.G朗提出爆破作用三阶段理论，这些理论基本可以解释均质岩体爆破过程岩石破坏的机理^[1]。80年代以来，随着数值模拟技术的发展，裂隙岩体爆破研究得到迅速发展。

在采石场和骨料矿山，对爆破后岩石的块度有严格要求，粉矿率过高会影响矿山的经济效益，很多学者和矿山企业从理论和实践中对减少粉矿率做出了大量的研究和实验。首先从粉矿产生的原因进行了分析，从岩石破碎机理方面来看，爆破过程中粉矿的产生是不可避免的，而爆破工艺对粉矿率的影响可以通过优化调整来减少粉矿率。

刑光武^[2]在对特大型采石场粉矿率控制的研究中表明，各项技术措施对粉矿率的贡献从高到低是：装药结构，装药线密度，岩石炸药单耗，炸药爆速，抵抗线，孔间距。爆破时，如果爆破线路的各项指标不变时,上部炸药单量越大，产生的粉矿呈指数倍扩大,下部炸药单量减小时，粉矿率显著减小，装药结构与过粉矿密切相关。炸药爆速越大,对炮孔孔壁周围破坏的范围也越大,爆破形成的粉状物质就越多。要降低过粉矿,孔距和排距的比值应该在1.2到1.5之间。