基于JKSimBlast软件的露天矿爆破毫秒延期时间优化

随着数码电子雷管的广泛使用,实现逐孔毫秒精确延时爆破成为可能。为选取最优的孔间和排间毫秒延期时间,基于JKSimBlast爆破模拟软件,在给定的孔网参数和装药结构下,结合矿山常用经验公式,使用二分法设计孔间和排间毫秒延期时间的两因素三水平模拟方案,以最大起爆孔数、质点峰值振动速度和空气冲击压力等参数为指标,选择最优毫秒延期时间。然后,将模拟得到的优选方案与经验方案进行现场爆破试验对比,以爆破块度和爆破振动为指标对爆破效果进行评价。与原方案相比,优化后方案的爆堆大块率从14.30%降至7.94%,测量点爆破振动速度均值从11.682 cm/s降至6.418 cm/s,表明JKSimBlast爆破模拟软件能够较好地进行露天台阶爆破延期时间的优化设计。     

地下爆破精确延时逐孔起爆减振试验研究

为了有效控制地下爆破振动效应,改善岩石破碎效果,根据地下矿山实际生产条件,采用高精度高强度数码电子雷管,开展了精确延时逐孔起爆的现场试验研究,并运用MATLAB18.0对振动时程信号进行振动波形分析。由波形矢量合成分析结果可知,孔间延期时间为25 ms的振动速度峰值比延期时间为15 ms、20 ms、30 ms和35 ms的逐孔起爆依次降低了27%、8%、29%和52%;排间延期时间为75 ms时振动速度峰值比排间延期时间为25 ms、125 ms和200 ms的单排炮孔起爆依次降低了28%、26%和23%。由此可见,本试验条件下孔间延期时间与排间延期时间分别为25 ms和75 ms时,能够有效降低爆破振动强度。     

基于RHT模型双孔同时爆破均质岩体损伤的数值模拟

为探究双孔爆破时炮孔间距和额外自由面对爆破过程中爆破损伤的影响,基于RHT（Riedel-Hiermaier-Thoma）损伤本构建立了多组三维数值模型,利用模型损伤云图研究不同爆破条件下的岩石爆破过程,通过自定义变量—有效损伤率的变化探究炮孔周围岩石损伤的时空演化过程。结果表明：随着炮孔间距的增加,岩石有效损伤率逐渐递减,相同截面处的有效损伤率在炮孔间距最小的方案中最大,相邻炮孔间的爆破能量叠加作用随炮孔间距的增大而减弱,合适的炮孔间距可以获得更加理想的爆破效果;岩石有效损伤率随着自由面到炮孔中心处距离的增大而逐渐减小,爆破能量倾向于向自由面方向传播,额外自由面对爆破能量分布的影响随自由面与炮孔间距的增大而减弱。数值模拟结果对研究双孔爆破能量的传递法则具有一定的借鉴意义。     

深部岩体水耦合爆破裂纹扩展数值模拟研究

为认识深部高地应力岩体水耦合爆破裂纹扩展过程及机理,选择试验验证的RHT本构,采用LS-DYNA对水耦合装药单孔在不同原位应力场下的岩体爆破裂纹扩展进行数值分析。模拟结果表明：水耦合的方法延长了爆炸作用时间,提高了岩体中爆炸应力峰值和PPV（质点振动速度峰值）,增强了爆破致裂岩体的效果;原位应力在深部岩体水耦合爆破中起到增加岩体中应力和PPV的作用。研究表明：在不同的地应力条件下,均存在某一最优水不耦合系数,且最优不耦合系数随原位应力的增加而减小,水耦合时,在原位应力为0,10,20,30,40 MPa的条件下,最优不耦系数分别为5.00、3.30、2.63、1.56和1.25。     

空气间隔装药爆破模型在矿房回采中的应用

针对矿房回采时连续装药爆破造成的大块率高、振动大的问题，建立了4种不同空气柱长度和不同装药量的空气间隔装药结构爆破数值模型。通过分析各装药结构爆破时炮孔内与崩矿自由面上的爆炸应力场，得到在一定工程范围内，装药量相同的情况下，有效应力随空气柱长度的增大而减小；当空气柱长度相同时，装药量越大，有效应力越大；应力峰值呈现出在装药段处最大、空气段处减小及空气段中部应力最小的规律，与理论分析基本吻合。运用Von Mises屈服准则判断是否发生破坏，并通过分析自由面上质点的振动速度来反映爆破效果，选出最佳装药结构方案。     

切缝药包爆破定向断裂机理及围岩损伤特性分析

依据弹性波动理论,结合冲击波在岩石或类岩石介质中的传播规律,建立了切缝药包爆破时切缝方向与非切缝方向的孔壁峰值应力、粉碎区和裂隙区范围之间的比例关系。利用AUTODYN软件建立了切缝药包爆破模型,在其切缝方向与非切缝方向各等间距设置5个测点,对测点处的应力峰值、爆破振动速度峰值以及峰值对应的时间进行了分析。而后基于淮南矿区顾北煤矿的巷道爆破试验,进行了普通药包、切缝药包以及不同周边孔间距的爆破试验,研究了切缝药包以及周边孔间距的大小对围岩损伤度的影响。结果表明,使用切缝药包爆破时,在其切缝方向会产生爆轰产物射流和应力集中,同时会减弱非切缝方向的应力峰值和爆破振动速度,延缓非切缝方向的能量传播速度,减弱非切缝方向的能量传播大小,从而达到定向断裂的目的;通过现场试验可以发现,使用切缝药包比使用普通药包爆破后,围岩的损伤度下降了30%以上;当使用切缝药包爆破时,随着周边孔间距的增大,爆后围岩损伤度呈下降趋势。      

爆破P波作用下直埋压力管道安全振速研究

基于爆破产生的P波入射作用下均匀内压薄壁管道的受力特点,采用拟静力分析和叠加原理建立压力管道爆破地震波作用下的应力解析计算模型;基于压力管道材料屈服特性及Tresca屈服理论,建立爆破P波作用下压力管道的振动安全判据计算模型,并结合爆炸影响的直埋压力薄壁管道工程案例进行解析验算。研究结果表明:爆破荷载施加前管道仅受均匀内压,具有初始轴向和切向应力,爆破发生后,管道同时受到内压和爆破地震波P波动荷载作用;管?土界面入射波临界角较小,管道峰值应力随入射角度增大减小,垂直入射时主要发生拉伸破坏,全反射时主要为切向破坏;压力管道安全控制振速随入射角的增大而增大,随运行内压的增大而减小,实际工程中根据管道内压实际情况,选择较小的值作为安全控制值。      

双孔聚能爆破煤层裂隙扩展贯通机理

针对双孔聚能爆破孔间煤层裂隙扩展贯通问题,基于对双孔爆破应力波叠加效应的分析,建立双孔聚能爆破数值分析模型,研究双孔同时起爆时应力波的传播特征、煤体的应力状态、煤体裂隙扩展贯通规律以及应力波叠加效应对裂隙扩展的影响。结果表明,应力波叠加效应致使两爆破孔中间截面上部分区域及其邻域内形成均压区,迫使部分径向裂隙转向,主导爆生裂隙空白带的形成;两爆破孔间的定向裂隙相互贯通后,爆生气体相互作用促进贯通区裂隙的扩展并贯穿空白带。同时,结合煤层深孔聚能爆破现场试验发现,在两爆破孔外侧,应力波叠加效应促进裂隙的扩展,该作用随着远离爆破孔呈先增加后减小之势;在两爆破孔之间,应力波叠加效应抑制部分区域裂隙的扩展,致使两爆破孔之间不同位置处煤层增透效果有起伏变化。      

露天高陡型边坡爆破振动监测和稳定性分析

采用现场爆破振动监测方法,对边坡进行爆破振动监测,并结合Geo-Studio二维仿真软件对爆破振动作用下的边坡稳定性进行研究。研究结果表明：随着边坡高程的增加,测点峰值振动速度逐渐减小,少部分存在高层放大效应;个别测点的爆破振动速度过大,即将超过爆破振动安全允许标准,主要原因是爆破单段药量过大,故需进行爆破参数优化。通过数值模拟分析,当边坡整体安全系数在1.050～1.152之间,在爆破振动作用下,边坡局部容易出现失稳。主要表现为：+202 m平台,在断层构造的影响下,边坡坡脚和坡顶瞬态变形量较大,极易在强降雨条件和爆破扰动下发生局部滑塌,需要对边坡加强监测和维护并采取一定的加固措施。     

减震带对台阶爆破地震效应的影响

采用动力有限元方法,利用ANSYS/LS-DYNA软件建立了无减震带和有减震带的爆破地震效应的数值模型,研究了质点振动速度与爆破应力波的变化,分析了减震带对台阶爆破地震效应的影响。结果表明,质点振动速度随着爆心距的增加而减小,但有减震带的原点振幅较小,振幅平均降低84%;应力波传播过程中,从减震带的底部绕射,减震带对地震波有阻隔延迟作用,可将其应用到露天爆破工程。     

瓦斯抽放煤层增透深孔聚能爆破钻孔参数

以焦作煤业集团九里山矿煤层深孔聚能爆破试验为基础,利用数值模拟分析了爆破煤体应力变化规律,发现聚能爆破效应导致应力峰值增大,扩大了煤体裂隙区范围.同时对聚能爆破钻孔参数进行优化,确定了合理的炮孔直径、爆破孔间距、爆破孔与邻近抽放孔及煤层顶底板间距.现场试验结果表明:优化的钻孔参数不仅使聚能爆破增透效果显著而且保证了爆破过程的安全.      

不同地应力下爆破振动效应分析

为研究岩石在不同地应力下的爆破振动效应，选择经验证过的岩石本构，利用ANSYS/LS-DYNA隐式—显式序列求解方法，对不同侧压力系数下岩石爆破过程进行数值分析。分别构建了侧压力系数为0.1、0.5、1.0、2.0、4.0条件下的计算模型，数值模拟结果表明：初始地应力对爆破有较强的抑制作用，岩石破碎区受侧压力系数的影响较小，爆破裂纹优先向较大的地应力方向延伸；岩石质点振动速度峰值（PPV）到达时间不受侧压力系数的影响；当侧压力系数小于1.0时，水平方向的质点振动速度峰值大于竖直方向;当侧压力系数大于1.0时，竖直方向的质点振动速度峰值大于水平方向。     

掏槽孔超深深度对爆破效果的影响

煤矿岩巷钻爆施工中,速度的关键在于掏槽。随着岩巷掘进工程量不断增大,虽然炮孔深度逐渐增大,但是掏槽孔超出普通孔的长度并没有改变,基本保持在200 mm及以下。针对掏槽孔超深与炮孔利用率这一问题,本文在超深系数η的基础上,引入裂隙区重合度φ的概念,利用数学建模方法,分析了不同超深深度爆破时的岩石应力状态,建立了超深深度及岩石碎胀系数之间的关系,并确定了掏槽槽腔主要参数的计算公式及取值范围,发现存在最优掏槽孔超深系数η和裂隙区重合度φ,使得炮眼利用率最高。利用LS-DYNA数值模拟分析了掏槽孔超深爆破时爆炸应力波的传播规律和孔底岩石的受力特征,并比较了200、300、400和500 mm不同超深深度的应力波强度变化特征并应用于岩巷掘进现场,对比了超深爆破方案和普通爆破方案的单循环进尺、炮孔利用率、眼痕率及大块率等爆破效果指标。结果表明,当超深深度为400 mm时,炸药爆破能量充分用于破岩,能量利用率最高,爆破后形成重叠的裂隙区,增大了后续爆破的自由面,提高了爆破破岩的效率,对岩巷钻爆法施工的参数优化有一定的指导意义。      

地下廊道爆破开挖与减振技术

为了确保地下廊道爆破施工安全,提出了先机械开挖斜廊道创造自由面,后深孔台阶微差爆破的方案。为了避免爆破飞散物对邻近板房、井架设备造成损害,设置了双层隔离排架进行防护。在廊道三侧各布置 1 排减振孔,减振孔距离边缘爆破孔 2.5m,减振孔间距 0.6m,深度 10m,以减小爆破振动波对临时建筑物和设备部件造成的损伤。廊道基坑爆破块度较好,开挖顺利,双层板房及附近建筑物完好,可为类似工程提供借鉴。     

黑沟露天矿逐孔爆破降震技术的应用

露天矿山爆破单孔装药量较大,随着人们对爆破震动危害的重视,爆破降震技术的研究已成为矿山生产的重要课题。文章针对镜铁山矿黑沟露天矿爆破距2#溜井近、爆破规模大、爆破对溜井震动影响大的问题,开展了逐孔爆破降震技术研究,通过爆破计算及试验,详细合理地设计了2#溜井附近台阶爆破方案。爆破结果表明,采用逐孔爆破降震技术在降低爆破震动、保护溜井工程设施的安全稳定方面具有良好应用效果,这是一种简便、易行、可靠、经济的降震方法。