基于ANSYS的耦合装药系数对煤层预裂爆破增透效应数值模拟

为研究不同耦合装药系数条件下,深孔预裂爆破对煤层增透的效果,利用ANSYS/LSDYNA建立了4组不同耦合装药系数的爆破模型并进行模拟;得出裂隙发育图、应力云图及x方向的应力时程图。分析结果得以下结论:耦合系数K=1.5时的裂隙扩展长度较K=1.0时长;不耦合装药结构使有效应力分布更均匀,随着耦合装药系数的增大,有效应力范围减小,均小于完全耦合时的情况;适当增大耦合装药系数,可提高能量利用率,增透的效果更好,继续增大耦合装药系数,则裂隙不向控制孔延伸。     

水不耦合径向装药对预裂成缝效果影响分析

摘要：为研究空气和水两种介质对预裂爆破的影响,通过LS-DYNA软件,研究不同不耦合系数情况下大理岩HJC本构模型在空气和水介质条件的单孔爆破损伤情况和多孔爆破成缝情况。结果表明：（1）不耦合系数相同情况下,水不耦合装药岩石损伤范围会大于空气不耦合装药。随着径向不耦合系数增大,大理岩在空气不耦合装药和水不耦合装药条件下的损伤范围均逐渐减小这可以有效保护孔壁岩体。（2）水不耦合装药与空气不耦合装药的应力传播规律相同,但水不耦合装药相较于空气不耦合装药,对爆炸能量的利用率更高。（3）针对于本文的岩石条件,得到了最优的爆破参数组,在现场取得较好的预裂爆破效果。     

不同耦合系数条件下岩石损伤特性的研究

在预裂爆破中,采用合理的空气比和不耦合系数能有效控制爆炸荷载对岩体的破坏。利用Autodyn有限元动力分析软件,研究预裂爆破中空气间隔不耦合装药产生的爆炸荷载对岩石的损伤特性和孔壁冲击波峰值的变化规律。通过改变装药空气比,分析空气间隔装药产生的爆炸冲击波沿孔壁的压力分布,以及间隔装药时不耦合系数对孔壁冲击波峰值和应力波传播的影响。结果表明:连续装药条件下,爆破近区的压力峰值高于岩石动态抗压强度,离炮孔越远应力波衰减的越慢;在空气间隔装药条件下,岩石的损伤深度随空气比的增大而减小,孔内空气柱周围的岩石破坏不明显;在间隔不耦合装药时,不耦合系数越大,冲击荷载的强度越低,孔壁的损伤半径也越小。     

高瓦斯低透性煤层深孔松动爆破卸压增透影响参数的数值模拟

建立了高瓦斯低透性煤层深孔松动预裂爆破的力学模型，采用ANSYS有限元模拟软件模拟了爆破孔径、爆破孔和导向孔间距以及装药耦合系数对深孔松动预裂爆破卸压增透效果的影响情况。数值模拟结果表明：爆破孔径、爆破孔和导向孔间距和装药耦合系数是影响深孔松动爆破卸压增透效果的3个主要因素。根据巷道断面情况，适当增加爆破孔和导向孔间距；增大爆破孔径；爆破孔采用完全耦合装药结构，可提高卸压增透效果，从而提高钻孔瓦斯涌出量和抽放量，起到防止煤与瓦斯突出的作用，保证工作面安全生产。     

上层煤残留煤柱预裂爆破卸压合理参数研究

针对浅埋残留煤柱下工作面开采易出现压架等问题，提出了预裂爆破残留煤柱、缓解应力集聚减灾的方法，基于冯家塔煤矿地质生产条件，采用理论分析与数值模拟相结合的方法，研究了残留煤柱的承载特性和应力分布特征，分析了不耦合系数、轴向装药系数、炮孔布置及起爆方式对残留煤柱致裂效果的影响机制，确定了合理爆破参数。结果表明，爆破煤柱可降低煤柱对上覆载荷的传递作用，进而减小对下煤层支架的作用力。     

硬厚致灾岩层预裂爆破防冲参数优化及工程实践

针对彬长矿区某矿硬厚粗粒砂岩致灾层预裂爆破效果不佳的问题,采用数据分析、数值模拟及工程试验等方法研究了预裂爆破关键参数,模拟分析了岩石抗拉强度、炸药装药密度、不耦合系数及爆破孔间距对预裂爆破效果的影响,优化了针对粗粒砂岩层的爆破参数。结果表明：开展预裂爆破工程时,应当考虑爆破参数与岩层抗拉强度相适应,避免炸药能量浪费在破碎区、削弱裂隙区裂纹扩展尺度;较小炸药装药密度下,增大装药密度明显促进爆破裂纹扩展,而较大装药密度下促进作用不明显,易导致破碎区范围明显增大,浪费炸药能量;不耦合系数的最佳区间为1.42～1.58,此区间外裂纹扩展尺度较小,爆破效果不理想;增大炮孔间距,孔间裂纹贯通趋势减弱,爆破效果变差,较优的炮孔间距为10 m。优化了粗粒砂岩层的爆破参数,现场试验后工作面来压步距与支架阻力明显降低,大能量微震事件总能量与事件数占比显著降低,卸压效果较好。研究结果可为硬厚岩层预裂爆破参数设计提供参考。     

光面爆破椭圆双极线性聚能药柱有效功及不耦合系数模拟研究

基于动力学仿真软件AUTODYN,对椭圆双极线性聚能药柱(EBLSC)进行了数值模拟。采用二维面对称计算方法,花岗岩岩体,空气夹层不耦合装药条件,研究了EBLSC结构及不耦合系数对光面爆破效果的影响,并建立有效体积功模型以评价爆破效果。结果表明,炮孔连线方向和垂直方向上的比冲量相近,偏差10%,故总能量沿周向近似均匀分布,但炮孔连线方向产生明显侵彻裂隙,且粉碎圈厚度和腔体扩张程度要小得多,表明该装药结构能够明显提高炸药能量的利用率和爆破效果;随着不耦合系数增大,炮孔连线方向上的损耗体积功先减小后增大,存在最大有效功。利用曲线拟合,得到最优不耦合系数约3.62,与相关文献的试验结果相近。     

煤层深孔聚能爆破致裂增透工艺研究

针对低透气性煤层瓦斯抽放率低问题,将聚能爆破技术应用于煤层增透中,制定了聚能爆破增透工艺,并将增透工艺分为选址、打钻、装药、封孔、引爆5个步骤.在深孔聚能爆破致裂机理研究的基础上,进一步分析了煤层深孔爆破影响半径及其与装药不耦合系数的关系.以郑州大平煤矿13091工作面为例,对煤层深孔聚能爆破增透瓦斯抽放工艺技术可行性进行了验证.     

耦合装药特性对深孔预裂爆破应力波能量衰减的影响

针对利用深孔预裂爆破技术对低透气性煤层进行强化增透过程中爆生应力波能量弱、衰减快、信噪比低的现状,对爆破孔装药结构提出了改进方案,建立了耦合装药对爆破孔孔壁透射波能量和爆炸载荷影响特性的数值计算模型,利用Matlab编程技术对此数值计算模型进行了计算并获得解析解。在淮南矿业集团顾桥矿进行了爆生应力波能量受耦合装药系数ξ变化的影响特性的现场实验,对基于功率谱的能量分析法进行了改进,并利用此分析法对实验数据进行分析。数值计算和现场实验均表明:随ξ的增大应力波总能量反而减小;当ξ为1.5时,应力波信号在10~50 Hz频段的能量最强,且信噪比也最高。因而在爆破增透实施过程中应将耦合装药系数ξ设计为1.5左右,从而获得最佳的增透半径和增透效果。     

爆破参数对预裂爆破裂纹扩展规律研究

预裂爆破是一种控制爆破,为保证预裂爆破的良好效果,需要对岩石裂纹扩展情况进行研究。通过数值模拟的方法,对孔距和不耦合系数等爆破参数对岩石双孔爆破裂纹扩展规律进行研究。研究发现：随着不耦合系数的增加,主裂隙的平均长度先增大后减小,孔壁所承受的冲击压力显著减小;双孔连线中点处的拉伸应力随孔间距的增大而降低。但是随着不耦合系数及孔距增大,双孔裂纹难以贯通,不能够达到预期的预裂效果。合理确定不耦合系数以及孔距,这对矿山爆破严格控制装药量,科学布置炮孔等采取合理的爆破参数精确的控制爆破效果具有重大意义。     

岩石爆破损伤中水不耦合系数变化效应研究

为研究水介质不耦合装药时不耦合系数变化对爆破损伤的影响,通过理论分析、相似模型实验和数值模拟相结合的研究方法,对水介质不耦合装药下混凝土模型中爆炸所产生的损伤效果进行分析。研究结果表明:在相同药量下,不耦合系数K分别为1.25、1.5、2.0、2.5、3.0和3.375时,其对应的爆破应力波的衰减速度整体呈现先增加后缓慢的趋势,爆破漏斗的体积大小随着K值的增加呈现减小的趋势。通过分析爆破后粉碎圈和裂隙圈随不耦合系数变化而变化的规律,结果表明水不耦合系数K为1.5时爆破效果达到最佳。     

缝槽水压爆破导向裂缝扩展实验研究

针对西南地区薄煤层在使用传统深孔预裂爆破技术增加煤体透气性时,爆生裂缝无序扩展至顶底板引发顶底板失稳破断的技术难题,结合刻槽爆破裂缝导向性和水压爆破高效性,提出缝槽水压爆破技术。通过实验对比分析了耦合装药爆破、缝槽空气不耦合爆破、缝槽水压爆破形成的裂缝特征及应力演化规律。结果表明：缝槽水压爆破能大面积定向预制二维平面裂缝;在相同装药量下,缝槽水压爆破制造的煤体暴露面积是缝槽空气不耦合装药爆破的1.42倍、耦合装药爆破的11倍;其爆炸应力峰值略高于耦合装药爆破,达到割缝空气不耦合装药的1.5倍。而且,缝槽尖端方向应力变化大于其他方向,引起更大的质点振动,利于煤岩体破断,导向裂缝起裂和扩展,更有利于保护煤层顶底板。     

不耦合装药结构下底板岩石松动爆破技术研究

通过刘庄煤矿煤层综采面底板岩石松动爆破现场试验,确定E121105工作面的炮眼均采用水轴向不耦合分段装药结构,反向起爆技术,同时对爆破技术参数(炮眼深度、炮孔装药量、抵抗线、炮眼密集系数和炮孔堵塞等)进行了优化设计,取得了良好的爆破效果。     

软岩巷道光面爆破技术的研究与应用

在分析松软岩石的爆破破坏特征的基础上,根据岩石光面爆破理论,建立了软岩巷道掘进时光爆参数的理论计算结构模型,燕在工程实践中进一步优化与完善。结果表明,软岩（f=3-5)巷道掘进较为合理的光面爆破参数：炮眼间距E＝400－500mm;光爆层厚度W＝450－550mm,炮眼密集系数m=0.8-1.0;装药集中度q1=100-150g/m;较为理想的光面爆破装药结构是径向空气间隙不耦合装药（径向不耦合系数Kd=1.5-2.5)和轴向空气垫层不耦合装药（轴向不耦合系数K1＝5.6-9.2).     

邻近矿柱浅孔落矿不耦合装药爆破损伤控制的数值模拟研究

采用ANSYS/LS-DYNA三维非线性动力有限元软件对浅孔落矿邻近矿柱炮孔不耦合装药结构进行了数值模拟, 引入岩体爆破损伤的质点峰值震动速度安全判据及爆破损伤范围计算式, 分析了矿房和矿柱的爆破损伤范围, 采用爆破荷载下岩石Von Mises屈服准则分析了矿柱与其邻近炮孔的安全距离。结果表明: 随着炮孔不耦合系数增加, 爆破对矿柱损伤范围逐渐减小, 不耦合系数为1.38(炮孔直径为44 mm)时, 爆破对矿柱的损伤范围约为0.15 m, 相对于其他孔径的炮孔对矿柱的爆破损伤范围较小。邻近矿柱炮孔合理的装药结构能有效控制爆破损伤范围, 不同耦合条件下炸药爆炸矿柱稳定性与炮孔的距离有关。该研究为优化类似矿山的安全开采爆破参数具有一定参考依据。     

高阶段采场深孔爆破质量控制技术研究

针对高阶段采场深孔爆破中存在的炸药单耗高、爆破质量差、爆破危害效应得不到有效控制等问题,从装药结构设计优化、孔网参数设计优化、凿岩质量控制、施工管理等几个方面提出了对爆破质量进行控制的具体举措,改善了高阶段采场深孔爆破质量,有效解决了实际问题。研究发现,设计合理孔网参数,采用轴向不耦合空气间隔装药结构,严格控制钻孔精度,能够有效降低炸药单耗,降低爆破大块率,提高爆破质量。     

轴向不耦合装药爆破应用研究

轴向不耦合装药是一种有效的爆破装药技术。以往研究显示,轴向不耦合装药在减少炸药用量同时,能够改善爆破效果。为了取得良好效果,轴向不耦合装药必须采用适合的爆破参数。采用数值模拟及现场试验,研究了轴向不耦合装药的间隔位置及间隔长度对爆破效果的影响,并探讨了合理参数范围。该研究结果可以为工程爆破施工提供参考。     

高阶段采场爆破危害效应控制与参数优化研究

针对高阶段采场深孔爆破中存在爆破危害效应得不到有效控制的问题,从凿岩硐室设计、爆破网络连接设计、装药结构设计、孔网参数设计等几个方面进行了优化,有效控制了高阶段采场深孔爆破产生的爆破危害效应,解决了实际问题。研究发现,设计合理的凿岩硐室方案,调整孔网参数,采用不耦合空气间隔装药结构,控制最大单响药量,能够有效降低爆破后冲作用,控制爆破危害,降低爆破大块率,提高爆破效果。     

缓冲光面爆破技术在露天边坡中的应用

尽最大可能减少靠帮爆破对边坡的直接破坏与扰动，远比减小爆破振动的影响更为重要。在大量生产实践的基础上，提出了靠帮控制爆破的施工思路、原则和新的靠帮爆破技术方法一缓冲光面爆破技术，其核心是利用主炮孔、缓冲孔的联合作用，边孔的不装药或少量不耦合装药，最大限度保护边坡。     

大倾角煤层无人工作面深孔爆破技术研究

为解决大倾角煤层无人工作面深孔爆破落煤技术中存在的钻孔精度差、装药速度慢、装药难度大、施工效率低等问题,本文依托大量深孔爆破工程案例,系统分析了造成钻孔轨迹偏差及深度偏差的原因,总结了钻孔塌孔原因及深孔装药难点。通过现场试验,提出了包含钻孔纠偏、防塌孔及深孔上行装药工艺的大倾角煤层无人工作面深孔爆破技术,并研制了一种能够满足药包在炮孔内自稳的装药爆破筒。现场应用表明,钻孔纠偏可以通过合理布置炮孔、合理设计孔径及孔深、合理选择钻机以及强化现场操作培训的方式解决;通过钻孔后立即插入柔性套管可有效避免塌孔;通过设计上行装药爆破筒可解决深孔装药的难题。该技术可有效提高爆破进度,大大减小了施工过程中与原设计的偏差,对于大倾角煤层无人工作面开采工艺起到了积极的推动作用。