井工煤矿数码电子雷管爆破参数设计与优化方法研究

井工煤矿数码电子雷管爆破参数设计与优化方法研究

张爱生  刘峰

安阳永安贺驼煤矿有限公司 河南安阳

摘要：煤矿爆破参数的设计与优化对于确保煤矿生产的安全性、高效性和经济性具有重要意义。本研究旨在探讨井工煤矿爆破参数设计与优化的方法，以提高煤矿爆破的效果和效率。通过分析爆破参数的影响因素和优化要求，结合优化方法和技术，本研究提出了一套系统的井工煤矿爆破参数设计与优化方法，为煤矿爆破作业提供了理论指导和技术支持。

关键词：井工煤矿、爆破参数、设计、优化方法

1 研究背景和意义

煤矿是我国重要的能源产业之一，煤矿生产过程中的爆破作业对于煤矿的采选和生产具有重要意义。数码电子雷管的投入使用、合理的爆破设计和优化煤矿爆破参数可以提高掘进巷道成型爆破效果，降低生产成本，减少安全事故的发生。因此，研究和探讨井工煤矿新型数码电子雷管爆破参数设计与优化方法，对于改善煤矿生产的安全性和效益具有重要的应用价值和现实意义。

2 井工煤矿爆破参数设计的基本原理

2.1 井工煤矿爆破参数设计的概念和目标

井工煤矿数码电子雷管是在导爆管、顺发雷管、毫秒延期电子雷管的不断演变中研发的新技术，此技术集以往雷管的所有优点，结合现代网络技术又扩展了火工品运输定位追踪、人脸识别、爆破环境确认、授权密码使用等最近技术，可以最大限度减少无计划使用、无固定区域使用等弊端；再通过对数码电子雷管芯片的区域限制措施，更加保证了数码电子雷管的安全可靠使用。

数码电子雷管爆破参数设计旨在通过科学的方法和技术，在保证井工煤矿生产安全的前提下，实现岩石的高效破碎和煤的有效采选，以提高煤矿爆破的效果和效率。其目标是通过合理选择爆破药剂的种类、用量、装药方式和起爆序列等参数，使能量释放和传递更加集中和高效，实现岩石的有效破碎和煤的高效采选，提高生产效率和经济效益。同时，合理的参数设计可以降低爆破作业的风险，如冲击波扩散、振动对周边建筑物的影响、瓦斯爆炸等，确保煤矿生产的安全性。

2.2 爆破参数的影响因素和优化要求

爆破参数的设计与优化受多个影响因素和优化要求的制约。首先，影响因素包括煤层岩石的物理力学特性、煤与岩石的结构和性质、煤层的厚度和倾角、矿体的裂隙和节理、瓦斯含量以及地下水情况等。这些因素直接影响着爆破药剂的选择、用量和装药方式等参数的确定。例如，硬度高的岩石需要选择更强力的炸药和适当的装药方式，而存在裂隙和节理的矿体需要考虑药包密度和爆破序列等因素。

其次，以往雷管均采用串联方式，数码电子雷管采用并联方式进行连接，避免了由于个别短接、断接、虚接等情况导致的整个爆破网络的拒爆情况，通过优化连接方式使爆破网路更加简单，节约了爆破准备时间，提高了破碎效果、能源利用、振动控制和环境保护等方面。破碎效果是衡量爆破效果的重要指标，破碎效果取决于炮眼间距、炮孔深度、掏槽眼布置角度、周边眼布置间距和单孔装药当量等因素息息相关；合理布置方式可以解决包括煤与岩石的破碎度、煤层的分离度和矿石的出矿率等要求。优化设计的目标是实现最佳的破碎效果，即最大限度地破碎煤与岩石，提高掘进率和外运效率。能源利用方面，要追求最小能量消耗，通过合理的药包设计和装药方式，确保能量转化的有效利用，减少能源的浪费。此外，振动控制是关注的另一个重要方面，通过优化爆破参数，减少振动对周边巷道支护和井下安全设施保护尤为重要，开展绿色矿山环境和附近居民的安全保护。同时，环境保护也是爆破参数设计的重要要求，通过合理选择药剂和控制排放，有效减少了井工煤矿的出矸比例，间接减少了对地面水体、大气和土壤的二次污染，节约了井工煤矿的运输成本。

2.3 爆破参数设计的基本方法和流程

爆破参数设计的基本方法和流程包括实地调查与采样、实验室试验与分析、数值模拟与计算等步骤。首先，进行实地调查与采样，通过对煤层和岩石进行现场观察和采样，获取有关地质结构、煤与岩石特性、裂隙系统等信息。然后，进行实验室试验与分析，通过对采集的样本进行物理力学、炸药特性等试验，获取更加准确的参数数据。在此基础上，进行数值模拟与计算，利用计算机模拟软件进行爆破过程的数值模拟，通过调整和优化参数，预测和评估爆破效果。根据模拟结果和分析，进行参数调整和优化，反复迭代，最终确定最佳的爆破参数组合。这一流程综合了实地观察、实验测试和计算模拟的方法，确保了参数设计的准确性和可行性，以达到优化爆破效果和保证安全生产的目标。

3 井工煤矿数码电子雷管爆破参数设计与优化方法

3.1 数码电子雷管爆破参数设计的优化目标和指标

数码电子雷管爆破参数设计的优化目标是通过合理选择和调整参数，以实现以下几个方面的优化：破碎效果、能量利用、振动控制和环境保护。破碎效果是关注的主要指标，包括岩石和煤层的破碎度、分离度和出矿率等。优化设计的目标是达到最佳的破碎效果，即最大限度地破碎煤与岩石，提高出矿率和选矿效果。能量利用方面，追求最小能量消耗，通过合理的药包设计和装药方式，确保能量的有效利用，减少能源的浪费。振动控制是另一个重要的优化指标，通过调整参数，减少爆破产生的振动对周边建筑物和地下设施的影响，保护矿山环境和附近居民的安全。同时，环境保护也是重要的考虑因素，通过选择合适的药剂和控制排放，减少对水体、大气和土壤的污染。

3.2 优化方法和技术

优化方法和数码电子雷管并联技术在爆破参数设计中起着关键的作用。常用的优化方法包括试验方法、经验方法和数值模拟方法。试验方法通过实验室试验和现场试验获取数据，评估爆破参数的效果，并通过观察和测量结果进行参数的调整和优化。经验方法基于过去的经验和工程实践，通过总结与归纳，提供参数设计与优化的参考依据。通过借鉴类似矿山的经验，可以快速确定初始参数，并根据实际情况进行微调和优化。数值模拟方法基于计算机仿真，模拟爆破过程中的动力学行为，通过参数调整与优化，实现设计要求。通过建立准确的数值模型，可以预测爆破效果、振动特性和能量传递等，为参数设计提供定量的参考。

此外，现代数码电子雷管技术的应用对火工品防丢失、防误用等提供了安全管理环境，也对爆破参数的优化、现场雷管段别的设置等都提供了新的技术要求。配套使用激光测量技术和无线传感技术可以实时监测爆破过程中的振动、位移和应力变化，提供准确的数据支持，从而指导参数的调整和优化。同时，计算机辅助设计软件和模拟工具的使用，可以对不同参数组合进行模拟和分析，快速评估不同方案的效果，并进行参数优化。此外，基于人工智能和机器学习的方法也将在不久将来被很快应用于爆破参数设计与优化中，通过分析大量数据和模式识别，为参数选择和优化提供更加智能化的支持。

结束语：本研究提出了一套井工煤矿数码电子雷管管理系统，通过研究应用数码电子雷管爆破参数设计与优化方法，系统分析了爆破参数的影响因素和优化要求，并结合优化方法和技术，可以为井工煤矿爆破作业提供有效的设计和优化方案。为井工矿井数码电子雷管新技术在煤矿的长远发展奠定了坚实的基础，无论从运输、安全、使用、系统验证等环节，还是从现场安全管理角度都能做到有迹可循、安全可靠等方面得到安全保障；进一步研究和应用这些方法和技术，将有助于提高煤矿爆破的效果和效率，促进煤矿生产的安全、高效和可持续发展。

参考文献：

1.张宝华，王涛. 煤矿井工爆破参数设计与优化方法[J]. 煤炭学报，2019，44(2)：51-56.

3.王凯，杨静，史长义. 井工爆破参数优化方法综述[J]. 矿业安全与环保，2018，45(4)：65-71.

2.刘洪斌，刘兴贵，史永红. 基于数值模拟的井工爆破参数优化[J]. 矿山压力与顶板管理，2020，37(3)：142-147.