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.     

椭圆双极线性聚能药柱聚能预裂特性研究

针对用于民用低爆速炸药的椭圆双极线性聚能药柱,从装药利用率、爆炸应力测试和爆炸数值模拟3个方面分析研究该药柱的聚能预裂性能,研究分析表明椭圆双极线性聚能药柱的具有明显的预裂爆破特性,能够达到安全、经济、环保的效果。     

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。     

聚能射流破岩的数值模拟及其应用

为解决地下矿开采中二次爆破的炸药单耗高,爆能利用率低、对巷道破坏大等问题,提出了聚能射流爆破不合格大块矿石的方案。利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对聚能射流的形成过程进行了数值模拟,模拟了药型罩锥角,药型罩壁厚及普通民用炸药和药型罩材料对聚能射流形成的影响。结果表明,聚能射流速度随锥角增大而减小,药型罩最佳壁厚随着药型罩锥角的增大而增大。进行了聚能射流破碎大块的现场试验,试验证实用较低爆速的民用炸药替代高爆速炸药、塑料药型罩代替金属药型罩可形成有效射流,可满足地下矿二次爆破破碎不合格大块的要求。     

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。     

“聚能管+水沙袋”定向切割光面爆破新技术研究

通过使用研发的聚能管装药起爆,使炸药爆炸在聚能管内产生高速、高压、高能射流,形成气刃,通过聚能槽沿设计的巷道轮廓进行定向切割岩石,从而实现井巷工程光面爆破的目的,同时改进炮孔封堵材料,采用水沙袋替代传统的黏土炮泥,根据非牛顿流体原理,提高了炮孔封堵质量,进一步增强了光面爆破效果,研究成果可有效指导各类矿山巷道及地面岩石隧道爆破施工,另外矿山切顶留巷、卸压、及地面岩土边坡处理均可采用本技术。     

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。     

试论聚能装药的作用原理与射流参数的计算

论述了聚能装药的基本类型及其应用条件，并对各种聚能装药的聚能效应的基本原理作了分析和论证。通过对聚能装药射流参数的计算及实验研究，为爆破工程设计提供了，更经济更有效地利用炸药爆炸能指明了方向。     

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。     

高地力环境下聚能爆破动、静作用对岩石内裂纹起裂与扩展机理研究

深部硬岩深孔爆破弱化是一个爆炸动静荷载与地应力耦合作用下的无自由面爆破过程，地应力对爆破裂纹扩展具有很强的抑制作用，这极大地限制了深孔爆破在工作面硬岩的预弱化及切顶卸压等工程中的应用。为了探索地应力影响下的无限岩石爆破中应力波与爆生气体二者对裂纹起裂与扩展的作用机理，采用爆炸力学与断裂力学理论推导了聚能爆破动作用阶段的裂纹长度，利用LSDYNA软件研究了地应力作用下聚能爆破动、静作用下的岩石内裂纹起裂与扩展过程。结果表明：(1)数值模拟结果指向动、静作用的时间分界点为32μs，聚能爆破动作用阶段对裂纹的起裂及初始扩展占主导地位，爆生气体静作用对裂纹的后期扩展占主导。(2)无地应力作用时，静作用阶段裂纹扩展长度是应力波动作用阶段的11倍。地应力为20 MPa时，聚能爆破中动作用阶段裂纹长度被抑制了12.4%，静作用阶段裂纹长度被抑制了86.3%，地应力主要对后期爆生气体静作用阶段的裂纹扩展起抑制作用；侧向地应力垂直于裂纹扩展方向时，其抑制作用随侧向地应力增大而减弱；(3)依托古城矿N1302工作面切顶卸压工程背景，在考虑现场地应力及施工条件下，通过数值模拟最终确定最佳不耦合系数为1.3，...     

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...     

煤层深孔聚能爆破致裂增透机理研究

针对高瓦斯低透气性煤层钻孔瓦斯抽放效率低的问题,以郑州煤炭工业（集团）有限责任公司大平煤矿为例,提出了煤层深孔聚能爆破致裂增透方法.利用爆破特殊装药结构积聚爆炸能量,驱使聚能罩侵彻煤体形成初始裂隙,并在爆生气体的二次驱动下扩大煤体断裂带范围.现场爆破试验及瓦斯抽放效果证明,煤层深孔聚能爆破裂隙有效影响半径为5~6 m,钻孔瓦斯抽放浓度平均提高200%~300%.     

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。     

松软低透煤层深孔微差聚能爆破致裂机理

针对松软低透煤层微差聚能爆破致裂增透问题,在分析微差聚能爆破作用过程及影响因素的基础上,利用流固耦合算法建立了微差聚能爆破数值模型,研究了煤体单元应力及裂隙发育特征,并通过煤层深孔微差聚能爆破现场试验探讨了微差聚能爆破致裂机理及对煤层增透的影响。结果表明:深孔微差聚能爆破的新自由面和应力波叠加效应是促进爆生裂隙扩展、衍生裂隙形成的关键因素,炮孔间煤体在短时间内经两次爆破作用使裂隙进一步发育和扩展。先爆炮孔为后爆炮孔提供了新的裂隙面,爆炸应力波经裂隙面绕射、反射并与入射波叠加,使裂隙面附近煤岩体处于拉伸应力状态并促进衍生裂隙的形成;后爆炮孔利用先爆炮孔形成的残余应力场使爆生裂隙密度增加,扩大了煤体致裂范围。微差时间与炮孔间距是影响爆生裂隙扩展特征的重要因素,在其他条件不变的情况下,两者共同作用决定了爆生裂隙的发育形态。当先爆炮孔产生的应力波在微差时间内传播距离小于炮孔间距时,爆炸应力波在两炮孔间煤体中相互叠加增强,随后在裂隙面之间发生反射形成拉伸应力波对煤岩体产生复杂的破坏作用,在原有爆生裂隙间形成新的裂隙。煤层实施深孔微差聚能爆破后增透效果显著,先爆炮孔附近煤体裂隙在后爆炮孔作用下进一步发育,炮孔间煤体裂隙随孔间距减小更易贯通。     

小直径炮孔点聚能爆破技术

本文介绍了适用于小直径炮孔爆破的岩石聚能切割爆破技术。其聚能药包能产生两股方向相反的锥形金属射流，在炮孔壁上形成两个相对的“占状”穿孔。每个炮孔装有若干个聚能药包，起爆后在孔壁上形成一排聚能穿孔，从而使岩石在此方向上产生裂缝并扩展、断裂。文中根据脆性断裂力学理论建立了装药参数设计公式，并以实例说明此聚能爆破技术方便易行，可用于预裂爆破，光面爆破和石料开采。     

露天矿高台阶预裂爆破技术的发展及应用

随着岩石爆破理论研究的深入,露天矿高台阶、大孔径的边坡预裂控制爆破逐渐采用分段装药、径向不耦合装药以及超低密度炸药等新的技术,这些新技术改善了预裂爆破产生的冲击波的能量分布状态,促使爆生气体更有效地作用于爆区周围的岩体,这样就大大促进了预裂缝的形成和贯通,同时也可以减小爆破对炮孔周围岩体的破碎作用。基于国内外矿山预裂爆破参数计算的经验公式,运用VB语言、ADO技术和Access数据库开发了预裂爆破参数智能化设计软件,运用设计软件为黑岱沟露天矿大孔径、高台阶预裂爆破设计出了合理的参数。     

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。     

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。     

基于煤岩深孔爆破问题的液体炸药研发与技术

针对煤岩深孔爆破技术工艺问题,以及炸药爆炸瞬间威力高,但致裂围岩范围有限,破岩"后劲"不足的缺陷,提出了一种液体炸药深孔爆炸压裂技术。基于液体炸药优越的流动性及小临界直径起爆特点,以三级煤矿许用型水胶炸药配方为基底,通过除去炸药组分中的胶凝剂与交联剂,改变硝酸甲胺、硝酸铵、硝酸钠等成分比例,研发了一种煤矿用水胶液体炸药配方,药液性能稳定、感度低,具有良好的流动物理形态,解决了岩体大角度深孔装药难题,为岩体单孔重复爆破提供了条件。研究表明,煤矿用液体炸药析晶点温度控制在15.0～16.9℃,适应煤矿井下温度环境;采取亚硝酸钠化学发泡方式调节液体炸药密度为1.2 g/cm~3,实测炸药平均爆速为3 852 m/s,基于此分析得到的炸药爆炸力学性能达到了煤矿安全炸药标准。以大同煤矿集团云冈矿新408轨道巷坚硬顶板深孔爆破测试为背景,实测得到的液体炸药性能稳定,能用导爆索可靠起爆;深孔爆破测试液体炸药、水胶炸药、乳化炸药的爆炸威力相当,坚硬顶板深孔致裂效果一致,满足煤矿安全炸药性能要求;液体炸药配合爆破聚能管使用,流动的药液能与聚能管真正实现耦合装药,使得爆炸冲击波在预定切缝方向精准碰撞,增强了硬岩在致裂方向的炸药能量利用率,取得了坚硬顶板大间距深孔定向爆破效果。     

气相聚能压裂煤层的三维效应研究北大核心

液体二氧化碳相变气爆是一种点式气相聚能压裂技术,其对煤体致裂的三维效应是探究增透效果的重要判据。基于自主设计搭建的物理实验平台,实验研究得出了气爆压降的时空演化规律,气爆气体压力峰值与爆破口距离的空间关系呈二次抛物线形式,拟合关系式为y=0.04x2-5.86x+227.6;气爆气体压力上升时间与爆破口距离的时间关系呈幂函数形式,拟合关系式为y=8.78x0.143 7。数值模拟分析得出气相聚能压裂煤体的塑性区呈现以爆破孔轴向为长轴的近似椭圆体发育的分布规律;当气爆峰值压力为160 MPa和200 MPa时,2种工况对应的最大有效致裂半径分别为0.50 m和0.60 m,最大致裂半径增加约20%;致裂体积分别为0.50 m3和0.95 m3,致裂体积增加近1倍。