中部空气间隔不同比例装药对炮孔孔壁受力及碎石块度的影响

为分析装药中部不同空气间隔位置对炮孔孔壁受力的影响，以Starfield迭加法为基础，得出中部空气间隔装药爆破时整段孔壁上的冲击压力计算公式。在ANSYS-DYNA中建立多组不同中部空气间隔位置的计算模型，对孔壁及周围岩体的受力和损伤度进行分析。最后，进行现场爆破实验，使用WipFrag软件对碎石块度分布的变化规律进行分析。结果表明：中部空气间隔装药爆破时，孔壁压力整体呈现两端大、中间小的分布特征，装药段孔壁受到的冲击压力达到最大，冲击波以8字型向炮孔周围传播。当空气间隔位置在装药段中点时，上、下段药柱周围岩体受力大致相等，碎石块度相对均匀。因此，垂直台阶进行露天爆破开采时，为降低大块和粉料的产生率，空气柱上、下段可进行等比例装药，倾斜边坡可以适当向上调整空气间隔位置。     

巷道掘进药卷与钻孔直径匹配关系对爆破破裂范围的影响

为了研究炮孔不同耦合系数时的爆破效果,以满足现有煤矿岩巷掘进高效破岩的需要。通过对岩石的爆炸粉碎区和裂隙区范围进行探究,并且利用非线性动力模拟软件,模拟了在孔径32 mm、35 mm、42 mm情况下分别装入可装入的直径27 mm、29 mm、35 mm、42 mm药卷工况时的爆破效果,得到不同耦合系数装药的爆破过程和距炮孔中心不同位置的有效应力峰值;对不同时点岩石各个位置受到的有效应力峰值以及之后应力变化进行可视化表达;以及将各种情况下同一点所受到的峰值应力进行比对。结果表明：随着至炮孔中心距离的增大,应力峰值迅速衰减,且耦合装药无论在近处还是远处,其有效应力峰值的衰减程度均小于不耦合装药;耦合装药周边岩体受到的有效应力远远大于不耦合装药,且炮孔直径越大,有效应力峰值越大;耦合装药较之不耦合装药,有效应力峰值衰减相对较慢;不耦合系数相比较于炸药直径对有效应力峰值影响更大。且通过得到的裂隙圈半径,对单位炸药威力进行量化计算比对,得到采用42 mm炮孔耦合装药时,模拟单位炸药威力为447.02 mm²,更加适合施工现场采用。     

偏心不耦合装药对岩石损伤的试验研究

对露天边坡倾斜孔偏心不耦合装药光面爆破的边坡开挖壁面上按不同区域、不同岩石钻取岩芯,计算岩芯率,分析岩芯切片的微观损伤破坏规律,并在爆破孔旁侧钻孔测试声速并分析其规律.结果表明,偏心不耦合装药爆破引起边坡岩体损伤层厚度均达到1.5 m左右.还计算了水泥砂浆模型孔壁应力和模型侧面应变在孔壁不同方向的应力、应变峰值增大率.结果也表明,炸药紧贴孔壁的应力、应变峰值比其它方向高出5-10倍以上.实验结果为更合理地进行穿爆工作提供依据.     

基于炮孔不同耦合介质的孔壁爆炸载荷及比能时间函数分析

为从炮孔装药耦合介质的选取上改善爆破效果和控制爆破振动危害,应用爆炸力学的相关理论建立耦合装药、不同耦合介质（水、空气、泥土）装药条件下孔壁爆炸载荷和透射比能的计算方法,通过MATLAB编程计算得到岩石介质中炮孔孔壁爆炸载荷和透射比能的时间函数并作图比较分析。研究表明：耦合装药时,孔壁爆炸载荷的初始值最大,但是衰减也最快;水不耦合装药时,孔壁爆炸载荷的初始值次之,但衰减速度最慢,作用时间最长;水不耦合装药时,孔壁透射比能量最大,耦合装药时次之;空气和泥土不耦合装药孔壁爆炸载荷与透射比能均较小。因此水不耦合装药提高了能量利用率,更有利于改善爆破效果,但产生的爆破振动强度大、作用时间长,不利于爆破振动危害控制。     

空气间隔装药爆破条件下边坡振动规律研究

采用数值分析软件,结合大型矿山边坡工程,讨论了爆炸等效荷载的施加过程,分析了空气间隔装药条件下边坡爆破振动规律。计算表明:随着质点与爆源垂直距离的增加,爆破质点振动速度峰值整体上呈减小趋势,其中水平径向振动峰值比垂直振动速度峰值衰减慢;空气层位置变化对爆源近、中区质点振动峰值存在影响,而对爆破远区振动特性影响有限。通过坡面点和马道外侧点的振动速度对比分析得出:边坡台阶存在局部的爆破振动放大效应。另外,采用文中的荷载施加方案既可以明确炮孔近区岩体的破坏机理,也能将炮孔装药结构所对应的爆破荷载信息在后续模型计算中予以保留,为优化装药结构、提高爆炸能量利用率提供参考依据。     

水厂铁矿邻近边坡控制爆破技术研究与应用

基于相邻孔壁拉伸应力集中致裂的预裂爆破作用原理,在首钢水厂铁矿邻近边坡控制爆破试验中采用了径向不耦合装药、小孔距、多个炮孔同时起爆3项技术,同时在预裂孔与主爆区炮孔之间布置缓冲炮孔.现场试验的结果显示,采用这种预裂与缓冲相结合的边坡控制爆破技术,预裂孔壁保留比例达到了60%～85%,与采用普通台阶爆破时相比,边坡台阶坡面平整程度和岩体完整性显著提高,对维护边坡稳定具有重要意义.     

巷道深孔掘进不同药径比爆破动力研究

近年来,随着矿山机械化程度的不断提高,大型先进凿岩台车的普遍推广应用,某些矿山在深孔掘进爆破过程中出现了炮孔药径比不匹配的问题。为了确定合理的炮孔药径比,运用有限元数值模拟软件ANSYS/LS-DYNA构建巷道深孔爆破中装药结构的计算模型,4种炮孔药径比分别取1∶1、1∶1.2、1∶1.225、1∶1.25,对典型单元的应力云图和压力时程曲线进行对比分析。计算结果表明:当炸药与孔壁之间有空气介质存在时,应力波压力峰值会快速衰减,能够减少炮孔壁岩石的过粉碎或造成"再生岩石"现象。此外当炮孔药径比为1∶1时,单元压力峰值随着远离炮孔装药轴线衰减最快,而炮孔药径比1∶1.2时,压力峰值则衰减最慢。对于钻头直径Φ45mm的凿岩台车,合适的炸药药卷直径为Φ38~40mm,可依此指导矿山企业合理定购爆破器材。     

基于现场混装的宽孔距空气间隔预裂爆破技术

采用理论分析与现场试验相结合的方法研究了混装车装药条件下的宽孔距空气间隔预裂爆破技术。理论分析结果表明:空气间隔装药预裂爆破条件下,即使预裂孔间距较大,炮孔间岩体在爆生气体压力作用下产生的应力强度因子也往往大于岩石的断裂韧度,炮孔间可以形成预裂缝。结合河南经山寺露天铁矿上覆岩层剥离进行的现场试验结果显示:岩体质量较好时,采用18倍孔径的宽孔距空气间隔装药预裂爆破技术,可获得较好的边坡轮廓成型质量,但是炮孔装药段的岩体损伤较严重,损伤深度明显大于非装药段。     

相邻炮孔间隔柱位置对爆破效果的影响

炮孔内柱状不耦合装药结构可以显著降低炸药单耗和矿岩大块率,这种爆破装药结构在工程爆破中广泛使用。为了在此装药结构基础上继续降低矿岩大块率,采用AUTODYN有限元软件,研究了相邻炮孔间隔柱对称与交错布置的不同组合方式对爆破效果的影响。模拟研究表明,相邻炮孔间隔柱交错布置时岩体内应力峰值相对小且分布更均匀,被爆岩体的初始压力峰值相对小,避免了岩体的过度粉碎,同时其峰值衰减更慢,延长了被爆岩体所受应力的有效作用时间,提高了炸药能量利用率。通过对采场试爆数据分析,表明相邻炮孔内间隔柱采用交错布置后,大块率减小,块度更加集中,直径为0~15cm的矿岩块度比例提高了约4%,平均块度大小较间隔柱对称布置方式降低了约15%。     

不同装药结构对孔壁压力影响的分析

在某些假设条件下,运用爆轰气体动力学理论与应力波理论,推导出间隔装药和连续装药结构时孔壁所受压力的表达式。比较表明,间隔装药爆炸时作用在孔壁上的初始压力是连续装药爆炸时的1/8。实际爆破试验证明,缓冲孔采用间隔装药时,台阶坡面的裂隙率为0 30%～3 33%,而采用连续装药时,裂隙率为2 40%～3 85%。这说明,间隔装药结构可减小炮孔周围岩石的破坏范围,从而有利于边坡的完整和稳定。     

偏/同心不耦合非装药段孔壁压力分布规律研究

孔壁压力是分析爆炸载荷在隧道掘进过程中对围岩损伤破坏的重要参数，针对隧道周边孔理论装药结构为同心不耦合装药，而实际装药结构为偏心不耦合装药的问题，采用模型试验方法，研究偏心与同心不耦合装药结构爆炸非装药段的孔壁压力。结果表明：偏心装药非装药段测距在0.2 m内的同截面，上孔壁峰值压力大于下孔壁；超过0.2 m时，炮孔同截面孔壁峰值压力近似相等。测距在0.2 m内时，偏心装药非装药段上孔壁峰值压力较同心装药大，偏心装药下孔壁峰值压力较同心装药小；测距大于0.2 m时，同心装药非装药段孔壁峰值压力均大于偏心装药。偏心装药非装药段上孔壁峰值压力随测距衰减最快，下孔壁次之，同心装药孔壁峰值压力衰减最慢。研究结果可为合理设计装药结构提供参考。     

水介质不耦合装药爆破岩石破坏范围的研究和应用

根据水中爆炸理论和爆炸应力波理论,探讨了水介质不耦合装药爆破孔壁初始冲击压力和岩石内的动态应力分布,并以强度理论求算出了炮孔周围岩石中粉碎圈和裂隙圈的范围。在某立井掘进爆破中依据炮孔周围裂隙圈半径理论计算的结果进行掏槽炮孔布置参数设计,从工程实践上进一步验证了炮孔水介质不耦合装药爆破时岩石破坏作用范围理论分析的正确性。     

不同装药结构光面爆破对岩石的损伤研究

介绍了光面爆破的偏心不耦合、中心不耦合和护壁不耦合等3种不同装药结构,并从理论上分析了3种不同装药结构爆破对孔壁的压力情况.通过声波对比检测试验研究了3种不同装药爆破对边坡保留岩体的损伤作用,结果表明,护壁光面爆破对边坡保留岩体的损伤作用最小,是一种值得推广的爆破方法.     

轴向不耦合装药结构形式优化仿真研究

为了改变某隧道平导爆破效果差、爆炸能量利用率低的现状,采用ANSYS/LS-DYNA模拟不同轴向不耦合装药结构形式对爆破效果的影响,优化装药结构,以期达到增强爆破效果,降低粉尘量和岩石大块率的目的。合理的选择数值模拟中的材料模型和算法,是高效模拟分析轴向不耦合装药结构爆破的关键,因此采用ALE算法对孔口空气填塞不耦合,孔口炮泥填塞、上部空气间隔不耦合,孔口水介质填塞、底部水介质间隔不耦合,孔口炮泥填塞、上部水介质间隔不耦合,孔口水介质填塞、中部水介质间隔不耦合和孔口炮泥填塞与中、上部水介质间隔不耦合的装药结构进行数值模拟,并以爆炸应力波云图和最大拉应力来评价炸药爆破效果。数值模拟结果表明:水介质可以降低炮孔壁附近岩石的压力。装药长度1.25m时,孔口炮泥填塞、上部空气间隔不耦合装药结构较孔口空气填塞不耦合装药结构,能提高爆炸能量的利用率;孔口水介质填塞、底部水介质间隔不耦合装药结构和孔口炮泥填塞、上部水介质间隔不耦合装药结构,爆炸能量利用率基本相同;孔口水介质填塞、中部水介质间隔不耦合装药结构的炸药爆炸能量利用率较其余5种装药结构都大,能提高爆炸应力波对岩石的作用,使得爆炸应力波更加均匀作用于岩体,降低大块率产生。此数值模拟结果可为现场爆破方案设计与实施提供依据。     

轴向不耦合装药结构形式优化仿真研究

为了改变某隧道平导爆破效果差、爆炸能量利用率低的现状,采用ANSYS/LS-DYNA模拟不同轴向不耦合装药结构形式对爆破效果的影响,优化装药结构,以期达到增强爆破效果,降低粉尘量和岩石大块率的目的。合理的选择数值模拟中的材料模型和算法,是高效模拟分析轴向不耦合装药结构爆破的关键,因此采用ALE算法对孔口空气填塞不耦合,孔口炮泥填塞、上部空气间隔不耦合,孔口水介质填塞、底部水介质间隔不耦合,孔口炮泥填塞、上部水介质间隔不耦合,孔口水介质填塞、中部水介质间隔不耦合和孔口炮泥填塞与中、上部水介质间隔不耦合的装药结构进行数值模拟,并以爆炸应力波云图和最大拉应力来评价炸药爆破效果。数值模拟结果表明:水介质可以降低炮孔壁附近岩石的压力。装药长度1.25m时,孔口炮泥填塞、上部空气间隔不耦合装药结构较孔口空气填塞不耦合装药结构,能提高爆炸能量的利用率;孔口水介质填塞、底部水介质间隔不耦合装药结构和孔口炮泥填塞、上部水介质间隔不耦合装药结构,爆炸能量利用率基本相同;孔口水介质填塞、中部水介质间隔不耦合装药结构的炸药爆炸能量利用率较其余5种装药结构都大,能提高爆炸应力波对岩石的作用,使得爆炸应力波更加均匀作用于岩体,降低大块率产生。此数值模拟结果可为现场爆破方案设计与实施提供依据。     

非对称不耦合装药结构对预裂爆破效果的影响

为降低爆破开挖对保留区岩体的损伤,采用数值模拟的方法,研究不同装药结构对预裂爆破效果的影响,发现相比于中心单药卷和偏心双药卷,偏心单药卷装药结构下的预裂缝成型效果最佳,且其炮孔壁上的爆炸荷载在保留区一侧较小,在开挖区一侧较大,能在降低爆破开挖对保留区岩体损伤的同时将爆炸能量更多的作用于开挖区岩体。基于偏心单药卷装药结构,在综合考虑预裂缝成型效果和保留区岩体损伤程度的情况下,通过数值模拟的方法研究了爆破参数对预裂爆破效果的影响,结果表明:在不耦合系数为1.68,炮孔间距为70 cm的条件下,预裂爆破效果最佳。     

层理发育软硬层叠岩体大密集系数爆破技术研究

为了解决露天台阶传统爆破方法难以克服的诸多困难,依据黑岱沟露天煤矿岩体层理发育、软硬岩层叠置的实际条件,提出了利用空气间隔装药技术均衡炮孔内爆轰压力、毫秒延时逐孔起爆和大密集系数爆破技术方案。用三维数值模拟了双排多炮孔在爆炸荷载作用下逐孔起爆时,台阶爆破困难部位的岩体受力状态,证实了方案的可行性,并用现场试验验证了数值模拟确定的主要爆破技术参数的可用性。空气间隔装药、毫秒延时逐孔起爆和大密集系数布孔等技术的综合利用,实现了层理发育、软硬岩层叠置复杂岩性条件下,露天台阶深孔爆破爆堆松散、无根(拉)底和岩石破碎块度均匀、大块率低的良好效果,经济效益显著。     

露天矿边坡大孔径预裂爆破研究与实践

在总结国内类似矿山边坡预裂爆破成功经验的基础上,对预裂爆破炮孔直径、孔距、线装药密度3个参数之间的关系进行了统计分析,针对某铁矿提出了两种炮孔直径条件下混合岩和片麻岩的预裂爆破技术参数,并在该铁矿边坡控制爆破中进行了试验应用,半孔率达90%以上,对于维护边坡岩体稳定具有重要意义。     

露天矿边坡大孔径预裂爆破研究与实践

在总结国内类似矿山边坡预裂爆破成功经验的基础上,对预裂爆破炮孔直径、孔距、线装药密度3个参数之间的关系进行了统计分析,针对某铁矿提出了两种炮孔直径条件下混合岩和片麻岩的预裂爆破技术参数,并在该铁矿边坡控制爆破中进行了试验应用,半孔率达90%以上,对于维护边坡岩体稳定具有重要意义.     

水不偶合装药爆破时的破岩特征

根据水中爆炸冲击波理论和流体力学理论,分析探讨了炮孔水不偶合装药爆破时孔壁初始冲击压缩作用和由其引起的岩石破坏特征,以及这种装药结构条件下的炮孔准静压力和由其引起的炮孔周围岩石中的准静态应力场。结果表明,不偶合装药系数是影响水不偶合装药爆破作用的主要因素。