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。     

坚硬岩石聚能爆破破岩效果数值分析

结合平煤股份四矿硬岩巷道地质条件,采用理论分析和LS-DYNA数值模拟软件,分析了聚能装置锥角对聚能射流效果的影响,并对聚能爆破的破岩效果进行了模拟分析。分析结果表明,锥角为50°的聚能罩形成的射流稳定,聚能效果好,比常规爆破破岩能力可提高50%以上,同时抑制了非聚能方向裂纹的扩展,破碎圈范围减小30%以上。     

药型罩结构对聚能射流影响的数值模拟

为了研究石油射孔弹聚能装药引爆后药型罩在爆轰波驱动下对聚能射流的影响,通过分析聚能射流形成的机理,利用显式动力有限元分析程序对聚能射流形成过程进行了数值仿真模拟,且针对药型罩的结构参数(锥角、壁厚和形状)对聚能射流的影响分别做了数值计算,分析得到了聚能射流头部速度与药型罩结构参数之间的关系,结果表明,不同锥角装药形成射流时,射流头部形状只存在微小的区别,但头部速度相差较大;同锥角药型罩,随着药型罩壁厚的增加,射流速度反而降低;药型罩为喇叭形时,所形成的金属射流头部速度最高。     

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。     

Ls-dyna在聚能射流模拟中的应用

采用Ls-dyna软件模拟了聚能装药金属射流,得出了射流形成的过程以及相应的物理现象.数值模拟结果表明,Ls-dyna得到的结果真实、有效,为聚能射流研究提供一种有效的分析手段.     

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...     

复合射孔聚能射流速度场变化的数值模拟

分析了复合射孔聚能射流衍化的物理过程,利用Fluent软件模拟不同孔径下聚能射流速度场的变化情况。研究表明:射孔弹在φ18 mm的孔径下射流效果最好。孔径过小,射流速度快但连续性差;孔径过大,射流连续性好但速度降低。孔径大小应与所用射孔弹尺寸相适应。     

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。     

不同起爆点聚能装药爆破射流的数值模拟分析

采用有限元程序对聚能爆破形成射流的过程进行二维仿真模拟,在药型罩、炸药等参数相同的条件下,对起爆点的不同对爆破形成射流的形态和射流基本参数的变化进行了对比分析。结果表明,起爆点的不同对射流形成初期的形状、长度均有较明显的影响;采用双起爆点起爆后最终所形成的射流无论是从射流拉伸的长度上,还是射流头部速度都与单点起爆形成的射流基本相同。     

煤层深孔聚能爆破裂隙扩展数值模拟

在煤层深孔聚能爆破现场试验的基础上,应用非线性动力分析有限元软件ANSYS/LS-DYNA对煤体致裂过程进行了模拟,探讨聚能爆破作用下煤体力学行为及裂隙扩展机理。研究表明,爆破改变了煤体应力状态,聚能效应导致煤体力学性质在聚能方向发生显著变化。此外在聚能方向上煤体粉碎区范围相对较小,而裂隙扩张半径明显大于非聚能方向。     

基于LS-DYNA的射孔弹侵彻煤层可行性探究

为了解决高瓦斯低透气性煤层的瓦斯预抽问题,采用LS-DYNA3D非线性动力学有限元分析软件对射孔弹压垮药型罩形成射流过程和侵彻煤层进行了数值模拟,分析了金属射流的形成以及侵彻煤层作用范围,侵彻深度1.4 m。并与无药型罩射孔弹侵彻煤层即切缝药卷爆破进行了对比。结果表明,侵彻深度较无药型罩射孔弹提升了250%,作用面积提升了2592%。     

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。     

采场轮廓预裂爆破成缝数值模拟及应用

结合山东新城金矿矿岩的物理力学性质和凿岩爆破参数, 运用非线性有限元软件LS-DYNA建立了16组预裂爆破成缝模型, 模拟了预裂爆破成缝的整个过程。选取五组预裂成缝效果较好的模拟参数, 运用Lsopt软件拟合出试验采场关于孔径和孔间距的预裂孔线装药密度公式, 并根据此公式在该矿试验采场结合生产进行预裂爆破试验。爆破后的采场两帮平整光滑, 预裂炮孔清晰可见, 验证了通过预裂成缝控制采场轮廓的可行性和有效性。该研究为其它矿山对采场轮廓的控制提供了一条新途径, 具有广阔的推广应用前景。     

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。     

切顶沿空留巷双向聚能爆破关键参数研究北大核心

通过理论分析与数值模拟相结合的方法,分析双向聚能爆破作用下岩石的定向断裂规律、不同间距下双孔聚能爆破的岩石裂纹扩展规律。结果表明:双向聚能爆破能有效的定向断裂顶板,双孔聚能爆破中,由于相邻炮孔的应力波叠加作用,促使裂纹进一步的扩展;炮孔间距500mm时,两炮孔间能形成良好的贯通裂纹。综合数值模拟结果、前人的研究成果、工作面的工程地质条件制定了现场的爆破试验方案,试验结果表明:4+4+3+3+2的单孔装药结构能够有效的预裂顶板;通过钻孔窥视显示间距500 mm时,顶板断裂效果最佳;对爆破切顶后工作面倾向不同位置处液压支架工作阻力进行观测,结果显示距离切顶线越近的支架最大工作阻力越小,验证了爆破参数的可行性。     

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。     

超深预裂孔底部加强装药高度试验研究

本次研究以传统预裂爆破技术为基础,以西北某露天铁矿并段超深孔预裂爆破项目为背景,在工程实例的基础上提出了超深孔底部加强装药公式,即底部加强装药高度L1取值范围0.1 L～0.2 L,其中L∈(15,30)为孔深,m。以底部加强装药的超深孔预裂爆破参数设计为基础,运用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件进行数值模拟,对比模拟结果,分析底部加强药区域部分节点应力场分布以及压力峰值。结果表明底部加强药高度为4～4.5 m时预裂爆破效果最好。提出了底部加强装药高度L1取值范围0.15 L～0.17 L。并进行了现场试验,试验效果均较理想,底部成缝效果较好,证明了超深预裂孔底部加强装药技术可行,有效地指导了矿山生产。     

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。