基于有限元数值计算的爆破振动速度分析

爆破振动速度的预测一直是爆破震动危害控制的前提和基础,也是其研究的一个重要课题。本文在基于有限元数值模拟方法的基础上,对反映爆破震动强度的重要指标———质点振动速度的计算方法进行了探讨,并对空气和水两种不同间隔装药结构下的振动速度计算结果进行了对比分析。数值模拟结果表明,在爆心距不太大的情况下,计算结果与实测结果吻合较好,这对爆破设计与施工有一定的指导意义。     

基于流固耦合的光面爆破不同空气间隔装药分析比较

针对光面爆破应采用何种空气间隔装药方式为宜的问题,采用流固耦合分析算法,分别对顶部空气间隔装药、底部空气间隔装药、中部空气间隔装药以及分段空气间隔装药4种光面爆破空气间隔装药结构进行了数值模拟,并分析比较了4种不同空气间隔装药条件下的孔壁峰值应力、光爆压力破岩能力、爆破减振效果。4种装药结构的现场试验结果表明:分段空气间隔装药具有孔壁应力分布均匀、破岩能力较强、减振效果理想、实际爆破效果好等优点,值得在光面爆破中推广应用。     

基于岩粉分段装药的爆破技术研究

采用LS-DYNA动力有限元分析程序,模拟计算了深孔台阶爆破条件下炮孔连续装药和采用岩粉作为间隔介质的分段装药爆破效果。对比分析了连续装药和三种不同分段比例的装药结构爆炸后孔壁的压力极值和压力衰减程度,以及通过Von Mises有效应力极值判别自由面单元是否发生破坏。计算表明,炮孔上部装药40%,下部装药60%,中间采用岩粉作为间隔介质的分段装药结构能够提高炸药能量的利用率,更有利于中上部岩石的破碎。通过对青海威斯特铜矿的爆破试验,进一步验证采用岩粉作为间隔介质的分段装药结构不仅可以降低大块率和爆破振动强度,同时还能够减少爆破综合成本。     

矿山爆破震动速度的测试与分析

减轻矿山生产爆破所造成的地面震动强度一直是矿山安全生产中的一个重要课题。在对矿山生产爆破震动速度进行现场测试的基础上,采用数据统计分析理论和数值计算两种方法对不同间隔装药条件下的爆破震动速度的变化规律进行了分析研究,研究结果对矿山的安全生产具有重要意义。     

切缝药包空气间隔装药爆破的动态测试

为了研究不同装药结构的爆破效应，利用超动态应变测试系统，研究了水泥砂浆中切缝药包空气间隔装药爆破介质的动态响应。研究结果表明:采用空气间隔装药后，与连续装药相比，试件内同一位置应变峰值降低，空气柱起到了缓冲和储能的作用；切缝药包爆破中，切缝方向应变衰减速度较快，而随着距炮孔距离的增加在平行和垂直切缝方向的应变值则越来越接近；轴向不耦合系数在1.5～2.0之间爆破效果较好，间隔长度过大时，切缝方向和垂直切缝方向应变的比值有降低的趋势，影响定向爆破效果。研究结果为实际工程爆破提供了实验依据。     

孔底空气间隔装药改善爆破震动和效果的研究

在保证矿岩充分破碎的前提下,采用孔底空气间隔装药可有效降低爆破震动的峰值质点振速、降低大块率和减少根底.无孔底空气间隔装药和有孔底空气间隔装药的对比试验研究结果表明,孔底空气间隔装药能使爆破平均降震率达到10%～15%,大块降低率达30%以上.研究结果为凿岩爆破机理和设计提供了理论依据,并可为类似爆破工程提供参考.     

凸形地貌对爆破震动传播影响的试验分析与探索

基于实测数据,对同一水平平台爆破震动监测的数据进行线性回归分析,得到爆破震动在水平地形上传播的萨道夫斯基衰减公式。在相似地质条件下,将不同高程的实测数据与该点使用水平地形上衰减公式计算的数据进行对比,验证凸形地貌对爆破震动传播产生的放大效应,并将获得的结论通过经验公式进行了验证;试验分析发现,相近高程、相同最大段装药量条件下,随着爆心距的增加,爆破震动的放大系数逐渐减小,超过一定距离后高程放大效应消失;在相近高程、相同爆心距条件下,随着最大段装药量的增加,高程放大系数反而逐渐减小;爆破震动垂向速度的高程放大系数随爆心距的增加逐渐减小,径向速度的高程放大系数随爆心距的增加表现较为稳定。     

空气间隔装药的工程应用

介绍了常见空气间隔装药结构,从理论和实践上分析了空气间隔装药爆破技术在不同开挖工程中的应用,并对降低爆破单耗、震动、提高爆破破碎效果和经济效益作了评价。     

不同介质间隔装药爆破数值模拟

为研究间隔介质对间隔装药爆破效果的影响,利用非线性动力分析软件LS-DYNA,建立单炮孔模型并进行模拟。观察水、空气间隔时爆破过程中应力发展,分析孔壁压力的变化,孔口有效应力分布及岩石中应力衰减过程。研究表明:水间隔爆破时,作用在间隔段孔壁上压力比空气间隔时大,但水间隔时岩石中爆炸应力衰减速度更快,当爆心距超过一定范围后,不同间隔介质装药爆破在岩石中产生的应力趋于一致;水间隔爆破时,炮孔孔口处有效应力峰值略小,但其峰值脉冲时间更长,更有利于孔口岩石破碎,降低大块率,改善爆破效果。     

长岭山采石场硐室爆破震动测试分析

以具体硐室爆破为背景,结合现场震动测试,对测得的震动速度进行了回归分析,得到了场地爆破震动衰减规律。分析结果还表明:在爆源近处,质点震动速度峰值垂向大于径向,在爆源远处,质点震动速度峰值径向大于垂向;质点垂直向的震动频率随爆源距的增加而减小,质点水平向的震动频率随爆源距的变化没有规律性;质点持续震动时间,随爆源距的增加而增加。     

延时间隔对爆破破岩的影响机制及应用研究

为优选适宜的微差延时间隔，指导生产爆破参数控制，采用仿真分析软件建立了二维和三维数值计算模型，研究了不同延时间隔对破岩量的影响规律，分析了延时间隔与破岩量和振动速度的关系，并开展了现场应用试验。研究表明：前后排起爆顺序不影响最佳延时间隔，但影响最终破岩量大小；随着延时间隔的增大，爆破破岩量呈现波动变化趋势，且延时10 ms时可以获得最大破岩量以及较大的振动速度；应综合考虑振动速度和破岩量两个指标，在建(构)筑物安全振动速度范围内，宜优先考虑爆破破岩量，以提高采场生产效率。现场应用后，爆破块度较为均匀，有效验证了优选参数的可行性和可靠性。     

爆破振动作用下岩质边坡振动预测新模型#br#

台阶状地形爆破振动的放大与衰减效应是影响边坡及周围构筑物稳定性的重要因素。利用数值程序建立边坡模型，对其地形效应的产生及变化规律进行研究。试验结果表明：台阶状地形岩体表面质点振动速度分布存在明显的非线性放大与衰减效应，放大效应的变化特征与振动频率紧密相关，衰减效应与岩体夹制作用和振源距有关。岩体表面质点的竖直方向振动速度在较低振动频率时呈现出放大现象；台阶状地形条件下，振动频率增强了振动波的地形放大效应。结合萨道夫斯基公式，提出了影响爆破振动速度的高程放大因子和岩体夹制作用因子，完善了边坡地形振动预测方法，为工程爆破施工设计奠定基础。     

深孔台阶爆破近区振动强度分布的模拟研究

为了探索深孔台阶爆破近区振动强度的分布规律,基于现场单孔爆破试验,在爆区后方构建5排×17列的测点方阵模型,在考虑震波频率随传播距离衰减的基础上,利用Anderson线性叠加模型来模拟单排炮孔在不同爆破条件下振动“场”的变化情况。结果表明:随炮孔数目的增多,振速等值线外移,等值线中心逐渐与炮孔连线平行,平行炮孔连线方向上振速的增加幅度逐渐减小,垂直炮孔连线方向上振速沿传播距离的衰减速度逐渐增大;随炮孔距离的增加,炮孔连线方向上地震波能量流动比例增加,流动方向从近似沿小球面逐渐变为大球面扩散,振速等值线变得粗糙,平行炮孔连线方向上爆破近区中心一定范围内测点的振速减小,两边振速增大,垂直炮孔连线方向上近区测线振速沿传播距离的衰减速度加快,远区则减慢并最终趋于一致;随炮孔装药量的增加,炮孔连线上能量密度增加,振速等值线的强度增大,平行炮孔连线方向上爆破近区中心测点振速的增长幅度明显大于两边,垂直炮孔连线方向上振速沿传播距离的衰减速度逐渐增大。     

爆破振动小波包时频特征提取与发展规律

对爆破振动波形信号进行小波包分析，建立预测单段，多段波形的小波包分析模型。结果表明，各细节信号的峰值质点振速随段药量增加而增加，和比例距离对数坐标呈线性关系，细节信号的主振频带分布受段微差间隔的强烈影响。小波包细节信号主振频带分布范围及优势频率随岩土体完整性系数减小而增大，小波包分析模型。可有效预测爆破振动波形的峰值质点振速，主振频带分布及衰减特征。     

台阶与预裂爆破岩体振动特征的对比研究

基于萨道夫斯基公式,对台山核电站一期工程核岛区台阶爆破和预裂爆破的岩体振动监测数据进行分析,结果表明：在20~200 m的监测范围内,预裂爆破岩体振动速度的 K , α 值均大于台阶爆破。通过量纲分析,建立了台阶爆破和预裂爆破岩体振动频率与起爆段药量及爆源距的函数关系,并通过回归分析,对比研究两种爆破类型的振动主频,结果表明：主频随最大段药量或爆源距的增大均减小;对于相同的爆源距,预裂爆破产生的振动主频高于台阶爆破,且随着最大段药量的增大两者差距逐渐变小;对于相同的最大段药量,预裂爆破主频随爆源距的衰减比台阶爆破要迅速。     

矿山掘进爆破周边孔轴向间隔装药数值模拟及应用*

在岩石坚硬的巷道掘进爆破时，常采用周边孔连续装药形式，针对装药量过大而导致的炸药周围超挖严重及孔口因岩石强度较大却出现欠挖的问题，提出采用轴向空气间隔装药结构。根据理论计算爆破后粉碎区的长度，并结合类似矿山相关经验，确定装药间隔长度40 cm，并对40 cm间隔长度数值模型模拟分析。结果表明，40 cm空气间隔装药能保证良好的爆破效果，使炸药下部岩石在充分破坏的前提下能保护上部围岩不受破坏，且能保证孔口岩石产生受拉破坏。通过现场试验，验证了在坚硬岩石中采用空气间隔装药爆破，相比无空气间隔的爆破，在保证巷道整体成型的情况下，周边孔的半孔数量增加，爆破效果显著提升。     

单孔爆破振动不耦合效应试验研究

单孔爆破是各种爆破技术研究的基础,通过改变不耦合系数1.0~1.7,对距炮孔中心不同距离进行爆破振动测试,研究了单孔爆破振动的不耦合效应。不耦合装药能够显著地降低振动速度峰值,相同耦合系数条件下爆破振动速度随着距离增加而成指数衰减,在相同距离时最大降振率可以达到80%。在单孔爆破振动测试试验基础上,给出了不耦合系数与振动强度及距爆源距离的关系。