不同耦合系数条件下岩石损伤特性的研究

在预裂爆破中,采用合理的空气比和不耦合系数能有效控制爆炸荷载对岩体的破坏。利用Autodyn有限元动力分析软件,研究预裂爆破中空气间隔不耦合装药产生的爆炸荷载对岩石的损伤特性和孔壁冲击波峰值的变化规律。通过改变装药空气比,分析空气间隔装药产生的爆炸冲击波沿孔壁的压力分布,以及间隔装药时不耦合系数对孔壁冲击波峰值和应力波传播的影响。结果表明:连续装药条件下,爆破近区的压力峰值高于岩石动态抗压强度,离炮孔越远应力波衰减的越慢;在空气间隔装药条件下,岩石的损伤深度随空气比的增大而减小,孔内空气柱周围的岩石破坏不明显;在间隔不耦合装药时,不耦合系数越大,冲击荷载的强度越低,孔壁的损伤半径也越小。     

孔底真空间隔装药爆破试验研究

通过对混凝土模型进行爆破试验,对比了孔底真空间隔装药与孔底水间隔、孔底空气间隔、连续装药的爆破效果;利用测振仪采集数据,采取网筛尺寸法,以块度与爆破漏斗体积的百分比作为衡量标准,对孔底真空间隔装药技术进行初步探究。结果表明:采用孔底真空间隔装药技术爆破,模型破碎块度均匀性优于连续装药结构与其他介质孔底装药结构;孔底真空间隔装药技术有利于岩块破碎,减少爆破根底;真空间隔装置具有缓冲和滞后作用,能使炮孔中炸药能量分布更为均匀。     

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。     

水不耦合径向装药对预裂成缝效果影响分析

摘要：为研究空气和水两种介质对预裂爆破的影响,通过LS-DYNA软件,研究不同不耦合系数情况下大理岩HJC本构模型在空气和水介质条件的单孔爆破损伤情况和多孔爆破成缝情况。结果表明：（1）不耦合系数相同情况下,水不耦合装药岩石损伤范围会大于空气不耦合装药。随着径向不耦合系数增大,大理岩在空气不耦合装药和水不耦合装药条件下的损伤范围均逐渐减小这可以有效保护孔壁岩体。（2）水不耦合装药与空气不耦合装药的应力传播规律相同,但水不耦合装药相较于空气不耦合装药,对爆炸能量的利用率更高。（3）针对于本文的岩石条件,得到了最优的爆破参数组,在现场取得较好的预裂爆破效果。     

裂隙岩体空气间隔装药数值模拟研究

节理裂隙是自然岩体普遍具有的特征,工程实践与研究均表明岩体裂隙对于岩石爆破效果存在显著影响.针对空气间隔装药在裂隙岩体中的应用问题,采用有限元分析方法对不同节理间距条件下垂直节理岩体空气间隔装药爆破进行了数值模拟,分析了不同节理裂隙间距条件下爆破的损伤效果与应力分布情况,探讨了裂隙岩体对空气间隔装药爆破效果的影响作用.     

大变形巷道深孔爆破切顶卸压技术研究

针对潞安化工集团常村煤矿S6-1工作面大变形巷道爆破切顶卸压确定合理炮孔间距的问题,文章采用COMSOL数值模拟软件建立二维物理模型并通过施加动力荷载的方式模拟爆破过程,结合不同装药直径岩体内部应力峰值拟合曲线与岩石抗拉强度得到不同装药直径爆破损伤半径,对不同装药直径爆破损伤半径进行拟合得到爆炸损伤范围随装药直径的变化规律。研究结果表明:装药直径为50 mm、55 mm、60 mm、65 mm时,岩石爆炸破坏损伤半径分别为1.06 m、1.91 m、3.07 m、4.81 m。爆炸损伤范围随着装药直径的增大呈非线性增长趋势,在一定范围内可以利用拟合方程得到任意装药直径下的爆炸损伤范围。该工作面爆破选用的药卷为直径60 mm的煤矿许用3级乳化炸药,根据拟合方程确定爆破方案中炮孔间距应设为6 m。     

起爆位置对岩石破碎的影响研究

为了高效利用露天台阶爆破炸药能量,采用数值模拟与实验相结合的方法,研究了起爆位置对炸药破岩范围的影响,提出了高效利用炮孔内炸药能量和扩大破岩范围的方法;结果表明,在连续装药条件下,起爆点位置影响炸药能量在岩体中的分布,并影响岩体破碎范围,对大块和爆破根底占比有直接影响,相比孔底起爆,提高起爆点位置到药柱中下部,能够扩大台阶底部破岩范围,减少爆破根底,从总体上对改善爆破质量有利。     

基于数值模拟的岩石巷道深孔分段装药掏槽爆破研究

随着炮孔深度增加,炮孔底处岩石夹制作用增强导致破岩效率和炮孔利用率较低,原有的连续装药方式不能解决上述问题。在这个基础上,研究了岩石巷道深孔分段装药掏槽爆破技术来提升掏槽爆破效率。使用光滑粒子流体动力学-有限元方法（SPH-FEM)建立了不同分段装药结构的单孔掏槽爆破模型,分析了不同模型爆破过程中岩石粒子抛掷速度、岩石抛掷数量以及爆破腔体特征。结果表明：不同装药结构会影响炮孔附近岩石的损伤范围,传统的连续装药结构在炮孔径向形成的损伤区域比分段装药结构大。此外,连续装药结构由于炸药集中在炮孔底部使得炸药能量分布不均匀,导致掏槽爆破效果差;采用分段装药结构可以增加岩石破碎数量和优化爆破腔体,岩石粒子在飞散过程中会产生2次加速现象;第一段装药比例较大或者较小会明显造成炸药能量利用不合理以及爆破腔体效果差。在模拟中设定的炮孔长度、岩石参数以及炸药性能条件下,当第一段装药比例为0.4时,深孔岩石巷道掘进掏槽爆破能够充分利用炸药能量,达到较好的掏槽爆破效果。将数值模拟得到的最优分段比例应用到现场巷道掘进爆破施工中,并利用数码电子雷管实现掏槽孔内2段炸药的延时起爆。现场试验结果表明分段装药能够在深孔...     

混装炸药与水及岩屑混合装药试验研究

露天台阶爆破过程中,混装乳化炸药的爆破效果与炮孔内的积水量密切相关。通过改变不同炮孔内水位高度和岩屑混合工况,开展了相似试验研究,并对不同装药速度下的装药过程进行了数值仿真模拟。结果表明:含水、岩屑炮孔内,炸药入水后被水整体切断形成断层,水位越深孔底留有水团概率越高,岩屑越不容易被扰动与炸药混合,孔内积水会使炸药运动速度变慢,装药射流的最大有效射程及最小有效射程均减小,通过增加装药速度,能在一定程度上增加炸药连续状态,保证混装乳化炸药爆炸效果。     

露天矿深孔底部间隔装药结构的研究

本文分析了露天矿深孔爆破长期沿用的连续装药结构存在的问题，论述了底部间隔装药结构的特点和爆破作用原理，指出采用底部间隔装药结构可使炸药能量分布趋于合理，同时降低爆炸压力，延长爆破作用时间，提高爆破能量利用率，改善爆破效果。通过现场爆破漏斗对比试验、小台阶模拟试验和工业试验与应用，证实了底部间隔装药结构优于连续装药结构，得出了最佳间隔系数＝20％～25％；     

基于压电信号的水下钻孔爆破损伤监测试验

借助水下爆炸容器模拟40 m水深环境，通过两组不同装药结构的水下混凝土模型进行同药量的单次爆破损伤试验。在爆破前、后分别采用压电陶瓷传感器主动监测法对混凝土试样沿炮孔中轴线方向进行了关键点的主动信号采集。通过对监测点信号的峰值、能量统计分析发现，沿炮孔方向接收信号逐渐增强，在炮孔底部近区接收信号的峰值和能量出现明显突变，对比不同装药结构下的突变点位置可看出炮孔底部装有高阻抗球和粗砂的试样,其突变点明显提前，表明其对炮孔下部保留混凝土部分的损伤深度小。最后结合EMD方法探究了爆破前后压电信号的频率规律。研究表明：水下消能爆破技术能够有效减弱钻孔爆破对基岩岩体的损伤，基于压电信号的损伤监测方法可用于水下钻孔爆破中岩体损伤深度监测。     

炸药与岩石的全过程匹配

本文从爆破过程能量分配和利用的角度出发,分析提高能量利用率的途径。通过研究认为,应力波能和气体能大小以及它们之间的比例将影响能量利用率的高低,而这些又受岩石、炸药和孔网参数等综合因素的制约,因此,在合理匹配炸药与岩石时,应考虑炸药与岩石相互作用全过程的能量传递关系,从而提出炸药与岩石全过程匹配的观点。     

既有溶洞岩体爆破装药结构优化及数值模拟

为降低溶洞等不良地质条件对于台阶爆破作业的负面影响,基于既有溶洞露天爆破作业工况,运用 AUTODYN 数值仿真软件,建立二维有限元模型,针对孔身、孔底、孔间溶洞模型进行装药结构优化及仿真分析,重点对比 分析了不同模型岩体损伤、孔壁压力和飞石速度差异。 结果表明:对于孔身溶洞,相较于普通 PVC 管装药结构,采用 尼龙编织袋装药爆破可有效提高爆炸冲击波对孔壁的压力,降低大块率,改善岩体松动效果;孔底溶洞采用底部填塞 +上部装药外加台阶底部钻水平孔装药方式,可有效破除残留根底;对于贯通型孔间溶洞,采用底部装药+中间填塞+ 上部装药+顶部填塞的分段装药结构,并在前排钻辅助孔进行孔底装药,可有效改善岩体损伤破碎效果。     

电子雷管在岩巷爆破中掏槽孔微差时间试验研究及数值模拟

为研究直眼掏槽爆破掏槽孔与辅助孔间延期时间对掏槽爆破效果的影响,通过电子雷管的模型试验对不同延期条件下的槽腔形成过程和特点进行了研究。试验采用高速摄影仪对试块槽腔的形成过程进行观测,并利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对槽腔裂纹扩展进行了数值模拟分析。结果表明：① 在本模型试验条件下,延期时间为1~3 ms时掏槽孔与辅助孔之间的爆炸能量相互作用最紧密,并为辅助孔起爆提供了新自由面,降低了辅助孔起爆受到的夹制作用,爆破效果最佳。② 同时起爆时,相邻掏槽孔与辅助孔之间的岩体比掏槽孔包含的槽腔岩体破碎更充分。延期1 ms起爆时,掏槽孔与辅助孔之间的岩石受辅助孔爆炸冲击波作用瞬时移动速度达到最大,辅助孔起爆产生的裂隙范围也最大,掏槽效果最佳。③ 掏槽孔起爆超过1 ms后对槽腔岩体的影响逐渐消失,此时起爆辅助孔不利于掏槽孔与辅助孔之间爆炸能量相互叠加,降低了掏槽爆破效果。     

提高坚硬致密矿岩中大直径深孔侧向崩矿质量的分析

本文分析了爆炸能中冲击能与膨胀能的分配、起爆方式及炮孔装药结构等三个方面。以坚硬矿岩中大直径深孔侧向崩矿质量的影响。指出对坚硬致密矿岩体应选用波阻抗值较高的炸药进行爆破,并选择增大起爆能与合理起爆方式,以增大冲击能比例,提高破碎质量。在装药结构方面,应尽量试验采用柱状中空药包或采用连续装药方式进行爆破作业,少用甚至取消轴向间隔装药方式。     

兰尖铁矿爆破参数优化

针对兰尖铁矿采场岩体结构、爆破条件等的变化及新型炸药的使用 ,开展了装药结构、爆破孔网参数及爆破方法试验 ,优化确定了合理的爆破参数 ,使爆破效率大幅提高 ,取得了良好的经济效益     

露天矿台阶爆破水炮孔深度测量流量尺技术

在露天矿台阶爆破和边帮预裂爆破中,炮孔深度测量工作对装药和控制爆破效果尤为重要。大多数深凹露天矿炮孔都存在孔内渗水情况,不同岩种不同水环境下炮孔孔底存在不同深度的矿泥或岩碴。矿山孔深测量一般采用加配重的测绳,到达孔底与否以绳是否变松通过测量员感观判别,误差较大。在连续快速多孔深测量时,测量含水含泥或含碴炮孔非常麻烦并且耗时,测绳易沾泥浸水不便清洗,甚至无法准确使用(比如冬季测绳沾水易冻硬)。描述了流量尺的结构组成,阐述了测量原理,建立了流量尺操作规范。露天台阶爆破中炮孔含泥碴含水时,将炮孔深度、炮孔含水高度、孔底泥碴深度和炸药陷入泥碴深度一次性在炮孔外流量尺上可读出。流量尺可反复使用,较测绳操作简单、数据准确、效率高,流量尺制作材料来源广泛、造价低廉,为爆破前装药作业提供准确的炮孔状态数据。     

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。     

基于ALE算法的单孔台阶爆破数值模拟研究

岩石在炸药爆炸荷载作用下,其瞬态破坏过程难以用现有的技术进行有效的监测。为研究在台阶爆破中岩石的破碎及抛掷过程,采用LS-DYNA建立单孔台阶爆破三维数值计算模型,通过ALE算法并结合流固耦合定义岩石和炸药的接触,模拟炸药在炮孔内爆炸的全过程。分析了炮孔内炸药的爆轰过程及其压力极值分布、岩石裂纹的形成和拓展的宏观现象、岩石的块度分布及其抛掷过程。模拟计算结果显示,炮孔粉碎区半径为装药半径的3.9倍,坡面破碎岩石的最大抛掷速度为73.8m/s。采用ALE法模拟单孔台阶爆破,其爆破效果与现有工程实际相吻合,可以为工程爆破参数的设计和优化提供参考。     

不同装药结构爆破掘进时巷道围岩损伤规律分析

为应对煤矿巷道耦合连续装药爆破掘进时围岩损伤较大的问题,通过理论分析,得出有限长柱状装药爆破时岩石的损伤范围计算公式。利用LS- DYNA数值软件,对不同柱状装药结构爆破时的围岩损伤规律进行研究。结果表明：耦合连续柱状装药时,槽腔半径和炮孔周围围岩的损伤半径最大,分别为81mm和311mm。不耦合不连续柱状装药时,槽腔半径和裂纹长度最小,分别为41mm和200mm。在裂隙区内,距炮孔壁距离120mm的测点,采用不耦合不连续柱状装药时的损伤因子为0.194,分别为耦合连续、耦合不连续和不耦合连续装药的42%、50%和53%。综上,煤矿泥质粉砂岩巷道爆破掘进时,采用不耦合不连续柱状装药既能充分利用爆破时的能量,又能降低爆破荷载对巷道围岩的损伤。