提高块煤率的爆破参数的数值优化

为了提高煤炭块率,炮孔间距的合理选取是提高块煤率的关键。通过有限元软件LS-DYNA2D,对封闭煤体中爆炸过程进行了数值模拟,研究表明,煤体中质点压应力、速度随着径向半径增大与时间的推移迅速减小。离爆心近处,质点的压应力与速度很大,但持续时间较短;离爆心远处,质点的压应力与速度较小,但持续时间较长。同时通过对提高块率爆破机理研究,得出了采用小药卷,控制眼距和爆破微差时间是提高爆破块率的主要途径。从而为提高煤块率的参数优化提供了一种切实可行的研究方法。     

填充比对隔爆腔内瓦斯爆炸的影响

隔爆外壳隔爆腔内的不同填充比在爆炸时产生的最大爆炸压力及最大爆炸压力速率是不同的,为了研究隔爆腔内不同填充比条件下瓦斯爆炸的变化特征,使用隔爆腔尺寸为750mm×750 mm×600 mm的隔爆外壳为试验容器,在腔体2个壁面分别布置有5个压力传感器,分别进行0、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%填充比条件下的试验,得到了隔爆腔内爆炸压力、压力上升速率等特征参数。试验结果表明：在隔爆腔中,空腔状态下的爆炸压力峰值最大,最大值出现在距点火位置最远的PRU压力测点处;随着填充比的增大,最大爆炸压力上升速率也会随之增大。     

瓦斯剧烈爆炸隧道衬砌损伤数值模拟与机理分析

洛带古镇隧道瓦斯爆炸致灾为近年来唯一、典型的公路隧道内剧烈爆炸案例,为探究隧道衬砌在剧烈爆炸效应下的损伤机理,对爆源进行等效、量化研究,采用RHT模型模拟衬砌并修正部分关键参数,在LS-DYNA中使用ALE技术建立与隧道横断面尺寸一致的流固耦合数值模型,模拟了隧道衬砌的损伤过程并分析其受力状态。研究表明:爆心距0~5.1 m范围的衬砌在爆炸冲击波剧烈冲压作用下由局部破坏发展为完全破坏;爆心距5.1~10.9 m范围衬砌上密集的损伤裂缝在拉、压交替作用下扩张将衬砌分割成块状结构形成严重破坏区;爆心距10.9 m以外衬砌主要在拉应力下产生纵向、环向损伤裂缝,为一般损伤区;衬砌受损部位主要位于拱部、曲边墙处,曲边墙脚处的“犄角结构”使得该处破坏尤为严重。数值模拟结果与隧道实际损伤调查情况及基于SDOF法对隧道损伤评价结果基本一致,表明研究方法合理、计算参数取值可靠,可为大型复杂结构体内爆炸或可燃气体爆炸问题研究提供参考。     

矿井瓦斯爆炸火焰传播试验研究

通过数值模拟与实际试验,研究了瓦斯爆炸火焰在管道内传播的结构变化特性及其相应的传播规律.研究结果表明:数值模拟结果与试验结果走向基本一致,火焰传播速度随着距离爆源距离的增大,呈现出先增大后减小的规律.     

大直径药卷在爆破中的优越性

在岩石爆破工程中,药卷直径是一个重要的参数。炸药的爆炸性能、炮眼数目、爆破效果以及管道效应都与药卷直径有关。下面就药卷直径对上述各种因素的影响作一些分析。一、药径对爆炸性能的影响爆破效果的好坏与炸药的爆炸性能(爆速、爆力、猛度、殉爆度等)有直接关系,而药卷直径的大小对爆炸性能又有一定的影响。试验得知,增大药卷直径可使爆速、爆力、猛度、殉爆度等指标有不同程度的提高     

节理岩体中爆炸应力波传播规律的研究

为了研究爆炸应力波在岩体中的传播过程,建立了基于ABAQUS/EXPLICIT的有限元数值模型,采用ricker子波作为爆炸场源,并将得到的数值结果与现有文献相比较,充分说明了采用ricker子波作为爆炸源模拟爆炸应力波传播问题的可行性。研究结果表明：炸药起爆后,按照时间顺序,岩体中先后呈现3种应力状态,即径向压应力与环向压应力形成的复合压剪应力场、径向拉应力与环向拉应力形成的复合拉剪应力场、径向压应力与环向拉应力形成的复合拉剪应力场。爆炸应力波在节理两端产生的反射波和衍射波与爆炸应力波的相互叠加使节理两端的应力显著增强,并最终促使爆生翼裂纹从节理两端起裂扩展。     

直孔掏槽爆破中空孔效应的数值模拟研究

空孔在直眼掏槽爆破中具有重要作用。为研究不同空孔直径对首响掏槽爆破效果的影响,利用数值模拟手段对150,200,250mm 3种不同直径空孔下的单空孔掏槽方案进行掏槽对比分析。在确定数值模拟所需的材料模型及参数的基础上,建立不同空孔直径的单空孔掏槽爆破模型。模拟结果发现空孔具有反射应力波和聚集爆炸能量的作用,且其作用随着空孔直径的增大而更为明显,但其凿岩成本也会随空孔增大而相应升高,综合考虑后推荐的直孔掏槽爆破最佳空孔直径为200mm。     

长径比对束状炮孔端部裂纹力学特征影响的研究

采用动态焦散线实验方法和损伤破坏数值模拟,对平面模型中束状炮孔端部爆生裂纹 扩展规律和介质中拉／ 压损伤区进行了研究。实验结果表明,随着长径比的增大,爆生裂纹的 扩展长度增大,扩展角度减小,用于产生端部裂纹的爆炸能量增多,有利于炮孔端部区域岩石 破碎。当长径比为５／ ５时,裂纹扩展最大长度为５５ｍｍ,裂纹扩展角约为９０° ;长径比存在一定 值,即当长径比增加到２０（３０／ １５）时,爆生裂纹扩展长度较大,裂纹扩展角减小到 ４０° ,爆生 裂纹扩展速度和裂纹尖端应力强度因子整体为最大值;随着长径比的再次增加,扩展角不再变 化。数值模拟结果与实验结果一致,炮孔柱部区域形成小面积的“椭圆状”压缩损伤区,而炮 孔端部形成“Ｘ”形拉伸损伤区,容易形成爆生裂纹,拉伸损伤区半径约为压缩损伤区半径的 ５倍     

大变形巷道深孔爆破切顶卸压技术研究

针对潞安化工集团常村煤矿S6-1工作面大变形巷道爆破切顶卸压确定合理炮孔间距的问题,文章采用COMSOL数值模拟软件建立二维物理模型并通过施加动力荷载的方式模拟爆破过程,结合不同装药直径岩体内部应力峰值拟合曲线与岩石抗拉强度得到不同装药直径爆破损伤半径,对不同装药直径爆破损伤半径进行拟合得到爆炸损伤范围随装药直径的变化规律。研究结果表明:装药直径为50 mm、55 mm、60 mm、65 mm时,岩石爆炸破坏损伤半径分别为1.06 m、1.91 m、3.07 m、4.81 m。爆炸损伤范围随着装药直径的增大呈非线性增长趋势,在一定范围内可以利用拟合方程得到任意装药直径下的爆炸损伤范围。该工作面爆破选用的药卷为直径60 mm的煤矿许用3级乳化炸药,根据拟合方程确定爆破方案中炮孔间距应设为6 m。     

基于LS-DYNA与PFC联合的岩体爆破数值模拟方法分析

岩体爆破过程中,爆炸应力波的加载率大,而爆生气体的加载率小,导致在炸药爆炸过程中爆炸应力波和爆生气体的作用时间存在明显不同.依据这一认识将岩体爆破过程分为2个阶段,即"动压作用"阶段和"准静压作用"阶段.基于LS-DYNA和PFC程序,建立了改进的岩体爆破离散元模拟方法.采用PFC程序建立岩体模型,实现岩体破裂、抛掷的模拟;采用LS-DYNA动力有限元程序获得炸药爆炸所产生的爆炸应力波,实现动压作用过程的模拟;采用Weibull分布函数建立爆生气体压力加载曲线,实现准静压过程的模拟.以山东黄金某金矿为依托,采用该方法开展单自由面球状药包爆破模拟,分析了爆破过程中的裂纹产生、发展过程以及速度场的演化规律,并开展了现场爆破漏斗试验,试验结果表明采用该方法所得到的数值计算结果与现场爆破试验结果相吻合,验证了本文所提出的岩体爆破模拟方法的可行性与合理性.     

切缝药包在露天控制爆破中的应用研究

为解决传统预裂爆破与光面爆破技术难以满足现如今高质量、高标准施工要求的难题,根据切缝药包的作用机理,对切缝药包在边坡预裂爆破中的应用进行研究。根据现场施工情况,设计相应爆破参数,进行切缝药包预裂爆破参数优化试验,并对切缝药包预裂爆破和传统预裂爆破的工程应用进行对比研究。试验结果表明:在中硬岩、90 mm直径预裂孔的条件下,采用外径40 mm、内径36 mm,切缝长度0.8m,切缝宽度10mm的PVC管作为切缝管进行切缝药包预裂爆破,其爆破效果较好;通过与传统预裂爆破相比,切缝药包预裂爆破后预裂缝宽度增加了1.12倍,预裂面不平整度减少了52.8%,半孔率提高了21%,振动速度峰值降低了29.02%,有效减少了爆破能量对保留边坡与周边构建筑物的损害,显著提高了爆破施工的质量。     

定向断裂控制爆破机理及应用

综合运用高速激光纹影仪、超动态应变测试技术、数字激光动态焦散线试验系统等试验手段,着重研究了切缝药包定向断裂控制爆破机理,通过纹影试验多角度观测了爆轰波动的传播过程,实现了爆炸应力波与爆生气体的分离;分析了切缝药包径向不耦合装药爆破爆生裂纹动态断裂效应,对比了不同装药结构对爆生裂纹扩展的影响,确定了径向不耦合系数为167时定向断裂控制爆破效果最佳;开展了切缝药包轴向不耦合装药爆破水泥砂浆模型试验,揭示了爆炸应力场的空间分布规律;研究了双炮眼切槽方式下同时起爆,两炮眼间贯穿裂纹和炮眼外侧裂纹扩展的动态行为。最后,将切缝药包定向断裂控制爆破技术应用于煤矿岩巷、立井、隧道和边坡工程的爆破施工中,取得了较好的效果。研究成果可为工程实践提供试验依据和理论指导。     

大半径装药土中爆炸的数值模拟

为研究大半径装药在土中爆炸后的扩腔过程、压力变化、能量利用情况,应用ANSYS/LS-DYNA软件模拟了大半径耦合、不耦合装药两种情况下的土中爆炸扩腔过程。利用其后处理软件分析了固定单元的位移、速度、能量及爆轰过程的压力变化等,分析了耦合、不耦合装药两种情况下的爆扩效果,并与理论计算进行对比。模拟结果与理论计算基本吻合,证明所建立的模型、采用的算法合理,同时得出对于破碎性爆破应采用耦合装药方式,对于光面爆破等成型控制爆破应采用不耦合装药方式的结论,该模型和结论可应用于工程爆破优化设计。     

安庆铜矿富水炮孔导爆索起爆冲击波分析

安庆铜矿的VCR采矿法大直径深孔采用导爆索起爆。爆破过程中,通常会遇到一些地下水丰富的炮孔即使在装药前用高压风去处理孔内的积水,然而吹完后很快又出现积水,因此需要采用水孔爆破技术。借助ANSYS有限元数值软件模拟导爆索在空气中和水中起爆,由计算结果可知：导爆索爆炸后在水中产生冲击波的超压值要比在空气中爆炸后产生的冲击波超压值显著加大,起爆后在炮孔内经过反复反射与叠加,使冲击波的超压最大值及作用时间都提高,使爆破效果更好。     

基于爆破漏斗试验的大直径深孔爆破参数研究

根据利文斯顿爆破能量平衡准则, 在安庆铜矿生产现场, 进行了系列单孔爆破漏斗试验以及变孔距多孔同段爆破漏斗试验。对现场应用的两种炸药爆破漏斗特性曲线、爆破漏斗体积与炸药埋深及其与漏斗半径关系、爆破漏斗的最佳埋深与临界埋深、爆破漏斗的炸药单耗等内容进行了分析研究。据此, 确定了与矿岩条件相匹配的炸药类型, 计算选择了安庆铜矿采矿生产所需的大直径深孔爆破参数, 推荐安庆铜矿1^#矿体深部矿房采场大直径深孔爆破采用MRB乳化岩石炸药, 钻爆设计参数为: 单层药包重量: 中间排孔29～34 kg; 边排孔24 kg。单层药包最佳埋深: 中间排孔1.78～1.89 m; 边排孔2 m。分层装药高度: 中间排孔1.23～1.44 m; 边排孔1 m。分层爆高: 2.5 m。最佳漏斗半径: 1.69 m。炮孔间距: 3.2 m。 单孔控矿面积: 10.24 m²。平均炸药单耗: 0.33 kg ～0.365 kg/t 。     

减振孔参数降振作用的灰色关联度分析

矿山和隧道爆破会对邻近建筑物产生一定的振动危害，有必要在施工过程中探索可行的减振措施。在工作面设置减振孔是一种新型的主动减振技术，通过对减振孔的研究能够为矿山和隧道爆破设计提供合理的减振方案。结合现场实测和数值计算，对爆破施工过程中减振孔的减振作用规律进行了分析，运用灰色关联度理论，确定了减振孔参数对减振效果的影响程度，各参数影响减振作用的主次关系为：减振孔孔缘距＞减振孔距爆源的距离＞减振孔孔径＞减振孔孔深＞双排减振孔排距。结合数值计算和现场施工效果的综合分析，发现施工过程中减振孔孔缘距120 mm、减振孔距爆源的距离2 000 mm、减振孔孔径120 mm以上、减振孔孔深1 200~1 500 mm、双排减振孔排距50~100 mm，能够取得较好的减振效果。数值模拟、灰色关联度分析和实测数据的分析结果在减振效果方面表现出了很好的一致性，能够为矿山和隧道爆破施工提供一种可供参考的减振技术，对于类似工程的爆破方案设计与振动控制有一定的参考意义。     

综掘硬岩段深孔超前爆破研究与应用

针对硬岩巷道综掘施工难度大的问题,提出采用深孔超前爆破技术,以增大岩体内裂隙和损伤范围,降低综掘机切割难度。以淮北矿业集团桃园煤矿为例,进行了原岩应力作用下爆破裂隙和损伤范围的理论分析和数值模拟研究,据此设计了大直径深孔超前爆破参数,并进行现场试验研究,研究结果表明:炮孔直径75 mm、药柱直径63 mm的爆破炮孔周围0.424 m范围内的Von Mises应力在177 MPa以上,形成破裂区;损伤范围0.424~2.3 m;爆破后综掘机施工速度提高了40%~50%、而截齿消耗降低了52.4%;对爆破振动实测并分析得出爆破振动能量集中在50~160 Hz频带范围内,没有对巷道围岩及支护结构造成破坏。     

基于Autodyn数值模拟的卡钻处理技术研究

为了解决卡钻实际操作存在的问题，采用了理论分析与数值模拟相结合的方法。通过理论分析，以应力波原理为基础，研究了选择装药的形状以及装药的半径；采用Autodyn软件进行数值模拟。研究得出:选择半径60 mm、高150 cm的炸药，在距离钻头100 cm处安放，可以在钻机薄弱位置形成应力集中，进而使钻头与加重杆有效分离；选择合理安排药包药量和安装位置，产生冲击加载，可以在钻具薄弱部位形成应力集中，实现准确断裂。     

风火山冻土隧道爆破技术研究

以青藏高原风火山隧道常年冻土（岩）爆破技术为研究对象,运用理论分析、试验研究、数值模拟和现场测试等方法,对冻土爆破技术进行了系统研究.通过对隧道数值模拟发现隧道轮廓顶部震动速度最大,温度变化比较明显.分析了影响冻土热平衡的外部热源因素,并完成了NaCl水溶液降低爆生气体温度试验,在周边炮眼采用盐水炮泥解决了爆生产物热源问题;针对隧道围岩性质,提出了不同围岩条件下开挖方案,最后对隧道爆破振动进行了监测.     

既有溶洞岩体爆破装药结构优化及数值模拟

为降低溶洞等不良地质条件对于台阶爆破作业的负面影响,基于既有溶洞露天爆破作业工况,运用 AUTODYN 数值仿真软件,建立二维有限元模型,针对孔身、孔底、孔间溶洞模型进行装药结构优化及仿真分析,重点对比 分析了不同模型岩体损伤、孔壁压力和飞石速度差异。 结果表明:对于孔身溶洞,相较于普通 PVC 管装药结构,采用 尼龙编织袋装药爆破可有效提高爆炸冲击波对孔壁的压力,降低大块率,改善岩体松动效果;孔底溶洞采用底部填塞 +上部装药外加台阶底部钻水平孔装药方式,可有效破除残留根底;对于贯通型孔间溶洞,采用底部装药+中间填塞+ 上部装药+顶部填塞的分段装药结构,并在前排钻辅助孔进行孔底装药,可有效改善岩体损伤破碎效果。