基于SPH的椭圆双极线性聚能药包控制爆破数值模拟研究

为了优化椭圆双极线性聚能药包爆破参数,基于光滑粒子流体动力学方法(SPH),研究了聚能装药聚能射流的形成并与已有试验及模拟做对比,验证所实现SPH方法的有效性,再基于SPH和相同参数及本构方程研究椭圆双极线性聚能药包爆破射流形成机理,分析外壳和药型罩对椭圆双极线性聚能药包爆破聚能射流的影响。结果表明：椭圆双极线性聚能药包通过压垮药型罩形成聚能射流,聚能射流形成的同时爆生气体不断撞击外壳向非聚能方向运动,变形到达一定程度之后外壳与药型罩连接部位断开,外壳与药型罩连接部位断开后溢出的爆生气体速度大于射流头部速度;外壳对椭圆双极线性聚能药包射流头部速度有一定影响,随着外壳厚度不断增大,射流头部速度也在增大,且不同外壳厚度的聚能药包射流头部速度随时间变化趋势趋于一致,外壳越厚越利于稳定爆轰,从而利于射流的形成,射流速度越大;当外壳厚度一定时,药型罩厚度不断减小,爆生气体用于压垮药型罩做的功越少,转换为聚能射流动能越多,聚能射流头部速度越大;当无药型罩时,无法形成明显射流,表明药型罩对聚能射流的形成起决定作用;药型罩和外壳的共同作用下使得聚能射流的效果更佳。数值分析结果对优化椭圆双极线性聚能药包...     

复杂破碎岩体矩形聚能药包预裂爆破试验研究

矿山靠帮作业中,确保节理裂隙发育地带的预裂爆破效果具有重要意义。为解决复杂破碎岩体预裂爆破效果差、半壁孔率较低的难题,以酒钢集团西沟石灰石矿西帮为例,结合炮孔特点及施工工艺,提出 了一种聚能槽角度85°、药柱与孔壁之间约有13 mm空气间隔的矩形聚能装药装置,并分析了其聚能射流定向破岩机理;建立了聚能装置ANSYS/LS-DYNA数值模型,提取分析了沿聚能槽水平方向、垂直方向的监测点应 力特征。研究表明：由于聚能药包的存在,调整了炮孔周边岩体应力分布状态,使得在与孔壁相同距离下,沿炮孔中心水平方向应力明显大于沿炮孔中心竖直方向应力,前者为后者的1.62~3.51倍,爆炸能量充分作用 于聚能槽方向,使沿炮孔中心竖直方向（即被保护岩体方向）能量减弱,有效提高了聚能成缝效果。现场进一步试验结果表明：采用矩形聚能药柱预裂爆破区域半壁孔率为64%~82%,不平整度小于20 cm,远优于普通 预裂爆破,验证了矩形聚能药柱装药结构的可行性,对于类似矿山具有一定的借鉴意义。     

双聚能槽药柱的理论研究及其工程应用

"双聚能槽药柱"在炮孔内爆炸时,可聚集炸药爆炸后的成缝能量,并使炸药爆速变小,在采用专用对中装置后可确保聚能射流能够沿着预裂(光爆)面发挥气刃作用,这样爆破应力波作用、高压气体的膨胀作用、聚能射流的气刃作用在岩体形成裂缝的瞬间能够更完美地相互作用,从而完成将预裂(光面)爆破和聚能爆破机理的完全结合。该项专利技术可以减少造孔工作量、单位面积装药量、能源消耗50%~65%,可节约成本50%~55%,同时还可以大大减小爆破对保留岩体的危害作用和增强岩石边坡的稳定性,因此加快了施工进度和提高了施工质量,推广该项技术无疑会创造极大的经济效益和社会效益。     

双向线形聚能预裂爆破技术及其降震效果研究

双向线形聚能预裂爆破技术利用聚能穴的聚能效应使聚能装药管内的炸药能量集中对称分布在沿预裂缝的方向,实现对预裂孔的预裂爆破作用,以期达到减少钻孔数量,减少矿震灾害,形成稳定采场台阶的目的。东鞍山铁矿现场爆破试验结果表明,对比得出双向线性聚能预裂爆破可以节约钻孔成本,形成显著预裂缝,并具有一定的减震、隔震作用,维护了矿山边坡的稳定性,为下一步的开采奠定了良好的基础。     

线型聚能切割器在岩石预裂成缝中的应用

聚能裂爆破与普通预裂爆破相比,爆破效果明显提高,能有效地控制预裂缝的扩展。文中根据对实验结果和线聚能装药效应机理的分析研究,提出了新的岩石聚能装药预裂切缝方法,引入了粘弹塑性断裂模型,优化了影响聚能效果的基本参数,并指出其在岩石预裂爆破中的发展方向和应用前景。     

浅析聚能装药在预裂爆破中的应用

聚能预裂爆破与普通预裂爆破相比，爆破效果明显提高，能有效地控制预裂缝的扩展。文中根据对线型聚能经效应的分析研究，提出了新的聚 能装药预裂切缝方法及其机理，并指出了其发展前景。     

常村煤矿聚能预裂爆破弱化顶板技术研究

为缩短常村煤矿S2采区S206综放面的初次来压步距,以邻近的S208综放面为工程背景,根据聚能爆破机理分析,研究出一种聚能装药结构,利用聚能爆破的特性来提高顶板预裂效果。再通过ANSYS/LS-DYNA数值模拟,从应力云图、裂隙半径及压力-时间历程分析直接装药和聚能装药两种方式爆破的预裂效果,得出聚能装药爆破具有聚能效应,预裂效果更佳,更能弱化顶板,保障初采期安全。最终得出S208综放面初次来压步距为15.2m,与S206综放面相比,缩短了2.4m,提高了初采采出率,具有良好的经济价值和应用价值。     

低透气煤层深孔预裂聚能爆破增透试验研究

为了提高深孔预裂爆破增透的效果,基于相似模拟理论,建立低透气煤层深孔预裂爆破的试验模型,利用相似材料配比加工制备试样,试样包含4个控制孔和1个爆破孔,并采用聚能药包进行爆破模拟试验。通过监测煤层的应变信号,分析爆破载荷作用下试样的裂纹扩展特性。结果表明:爆破试样在爆炸压缩荷载作用会产生反向拉伸卸载波,造成爆破试样的裂纹扩展,沿聚能药包方向有明显侵彻效果。现场试验表明在经过深孔预裂聚能爆破增透后的煤层瓦斯抽采浓度为原来的1.18～3.05倍,瓦斯抽采流量是爆破前的1.2～3.3倍,抽采半径达到了4.5 m。     

聚能预裂控制爆破新技术在井巷施工中的应用

介绍了聚能预裂爆破技术原理和聚能药卷的研制过程,总结了各种围岩条件下主要爆破参数的选择,分析了预裂控制爆破实际应用的技术效果和经济效益。     

双聚能预裂与光面爆破综合技术

双聚能槽药卷的成形技术和确保聚能射流能够沿着预裂(光爆)面发挥气刃作用的对中技术使爆破应力波作用、爆轰气体的膨胀作用、聚能射流的气刃作用在岩体形成裂缝的瞬间能够有机结合、相互作用,从而实现预裂(光面)爆破机理和聚能爆破机理的有机结合,减少预裂(光面)爆破造孔工作量50%～65%、减少单位面积装药量50%～65%,节约成本50%～55%,还可以大大减小爆破对保留岩体的危害作用和增强岩石边坡的稳定性,并且加快施工进度.     

岩体中线型聚能爆破切割试验及损伤规律研究

线性聚能爆破在预定方向破坏岩体的同时,也不同程度地造成炮孔周围岩体的损伤。为了对岩体线型聚能爆破致裂效果和损伤范围开展研究,在井下巷道壁开展了线性聚能爆破和损伤测试实验,得到了岩体中线型聚能爆破时聚能槽方向和炮孔其它方向的损伤增量随孔深的变化情况。研究表明:岩体线型聚能爆破切割技术产生的金属射流作用于聚能槽开口方向使岩体定向致裂,损伤增量大,而聚能槽开口之外的岩体损伤增量很小。线性聚能爆破具有良好的定向切割作用,保证了切割方向岩体的平整度和块度大小,减少了岩体中的裂纹,提高了工程品质。     

间隔聚能装药爆破技术与应用

针对小直径炮孔光面，预裂爆破的特点，提出类似空气间隔装药的聚能爆破技术，并介绍该方法的基础思想及聚能药包的优化设计方法，分析间隔聚能装药爆破促使岩石定向断裂的裂的基本过程及其主要控制参数，以预裂爆破为例，给出主要爆破参数计算公式，并在花岗岩石料开采现场进行了实际应用，说明该技术在某些工程中具有实用价值。     

新型聚能药柱在东鞍山铁矿的研究及应用

新型聚能药柱爆破是利用聚能效应改变炮孔内能量分布的一种爆破方式,可以实现对金属露天矿台阶的预裂作用,从而达到更好的爆破效果。通过对其现场试验结果前后对比分析,得出新型聚能药柱预裂爆破不仅可以形成明显的预裂缝,而且形成的预裂缝对主爆有一定的减震作用。为降低边坡维护成本、提高生产率有积极的作用。并可以在其它露天矿以及其它方面推广运用。     

双极聚能射流数值模拟研究

三维动力学软件ANSYS/LS-DYNA具有强大的前后台处理功能、丰富的单元类型和材料库,可以准确地进行聚能射流分析,但目前国内外还未见低爆速的双极聚能现象的数值模拟研究。运用该软件对双极聚能射流进行数值模拟分析,得出射流形成的过程,运动及侵彻混凝土目标的破坏效果。从而验证了低爆速的聚能现象是存在的,并能通过数值模拟得到相应的物理现象。     

坚硬顶板深浅孔组合聚能爆破技术研究及应用

针对坚硬顶板条件下实施定向预裂聚能爆破技术后存在钻孔浅部裂缝率低、架后悬顶大的难题，通过理论分析、数值模拟及现场监测，提出了深浅孔组合聚能爆破技术。分析了坚硬顶板单一深孔聚能爆破存在的问题，指出优化钻孔布设及爆破参数是提高爆破效果的主要途径。研究了深浅孔组合聚能爆破技术原理，提出了深浅孔组合能量场理论和组合导向孔力学机制。深浅孔爆破时可形成深部和浅部聚能爆破应力场，同时深孔浅部又对浅孔爆破起到了导向孔的效果，最终可形成切顶范围内的预裂面。现场爆破效果监测，孔内裂缝率提高了30%，并得到了顶板压力变化规律。架后顶板及时垮落充填，消除了坚硬顶板的断裂冲击，降低了留巷围岩控制难度。研究成果可为坚硬顶板条件下切顶留巷的定向预裂高效聚能爆破提供参考。     

聚能光面爆破光爆层参数优化研究

结合聚能爆破对光面爆破光爆层参数进行优化分析，分析了聚能爆破初始裂纹的形成机理，提出了采用双孔聚能方向裂纹贯通时和非聚能方向主裂纹与反射拉伸波引起的拉伸裂纹贯通时的时差作爆破效果评价标准，结合裂纹最终扩展效果进行分析，并将研究结果应用于实际工程中。研究表明：仅从裂纹贯通时差的角度分析，在一定范围内光爆层厚度越小，炮孔间距越大，效果越佳；在相同炮孔间距下，随着光爆层厚度的增加，光爆层的裂纹密度逐渐减小，为保证炮孔间裂纹的有效贯通及有效控制破碎块度大小，炮孔间距不宜大于700 mm、光爆层厚度不宜小于500 mm且不宜大于700 mm；当药型罩为PVC的椭圆双极线性聚能药包装药结构，炮孔直径为42 mm时，聚能光爆层最优爆破方案为“炮孔间距为700 mm，光爆层厚度为600 mm”。研究结果为类似工程光面爆破周边眼参数的设计提供参考。     

聚能管在光面爆破中的应用

运用ABS聚光能管的聚能作用原理 ,控制爆轰波的传播方向 ,达到定向预裂爆破目的 ,从而保证巷道成型规整 ,提高经济效益     

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。     

综采工作面采用聚能管预裂爆破提块研究

本文针对综采工作面采用微差预裂爆破的方法，存在作业时间较长，影响工作面的出煤时间，产量受影响，难以充分发挥爆破提块的优势作用。本文根据聚能管定向控制爆破机理，首次提出采用聚能管对工作面煤层进行预裂爆破，形成长的分布裂缝，在割煤机的扰动下，以提高开采的块率。试验表明，聚能管能够比原先爆破方法提高块率5％，可为矿取得良好的经济效益；同时该技术也是首次应用到综采工作面，丰富了爆破理论。     

多孔同段聚能爆破煤层增透数值模拟及应用

构建三维多孔同段(多个炮孔同时起爆)聚能爆破模型,利用ANSYS/LS-DYNA软件再现聚能射流及爆炸应力波传播与叠加的过程,探讨应力波的传播规律;同时对多孔同段聚能爆破下不同间距炮孔间的煤体单元应力进行了分析。研究结果表明,炸药爆炸后形成聚能射流侵彻煤体,随后形成的爆炸应力波沿着各自的方向传播,之后相遇叠加,相邻炮孔间距越大,应力波叠加所需时间越长且叠加应力越小;比较不同间距相邻炮孔间煤体单元应力,发现裂隙首先在炮孔周围产生,随着爆轰气体的传播,裂缝将主要沿着炮孔连线扩展。只要相邻炮孔间距得当,相邻炮孔间煤体区域相当于受到2次爆破作用,使得煤体裂隙充分发育并相互贯通,提高瓦斯抽采率。同时在平顶山开展了煤层多孔聚能爆破现场实验,结果表明多孔聚能爆破能有效提高煤体致裂程度,同时确定了多孔聚能爆破最佳相邻炮孔间距。