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。     

装药结构对孔壁压力影响的理论探讨

对炮孔耦合装药、空气不耦合装药、水不耦合装药等几种装药结构形式爆破时孔壁的透射压力进行了理论分析，结果表明：同等炸药和岩石条件下，耦合装药，爆轰波直接冲击孔壁，孔壁透射压力最大；水不耦合装药，爆轰波冲击压缩水介质激起水中冲击波，由水将爆炸压力传递给岩石，孔壁冲击压力降低；而空气不耦合装药，爆轰产物则膨胀充满炮孔后再作用于孔壁，孔壁压力最小。且随着装药不耦合系数值增大，孔壁压力降低，空气不耦合装药时孔壁压力下降速率更快。     

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。     

不同水量下不耦合装药混凝土试件爆破对比分析

为了研究不同水量条件下预裂爆破破坏机理,基于现有的爆破理论,对空气和水不耦合装药爆破进行了理论分析,得出空气和水不耦合装药的孔壁初始压力。在此基础上,应用LS-DNAY(非线性有限元)动力学分析软件,建立三维双孔不耦合装药爆破模型,分析在相同不耦合装药结构条件下,不同水量炮孔孔壁初始压应力;并依据Von Mises破坏准则,分析了炮孔连心线上的有效应力变化过程。在理论和数值模拟的基础上,进行混凝土试件不耦合装药爆破试验。结果表明:在相同的装药条件下,炮孔中水量越少,炮孔壁处产生的初始压力越小,炮孔连心线上的有效应力越小;预裂面平整度越好;同时空气和水混合不耦合装药时,空气部分的预裂面平整度优于含水部分。     

裂隙岩体不耦合装药爆破技术研究

武钢乌龙泉矿地质条件复杂，岩体中裂隙较多。在生产爆破过程中，大块率和粉矿率都较高。为解决这个问题，本文提出采用不耦合装药爆破技术。本文首先探讨了不耦合装药的爆破作用，从增加应力波作用时间、降低作用在炮眼壁上的冲击压力峰值和增大应力波传给岩石的冲量三个方面分析了它改善爆破效果的原理，然后在乌龙泉矿进行了现场工业试验，通过比较耦合装药和不耦合装药的爆破效果和技术经济指标，得出不耦合装药不但可以降低大块率和粉矿率，取得较好的爆破效果，而且在经济上也是合理的。     

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。     

炮孔空气不耦合装药爆破的孔壁冲击压力初探

从理论上分析探讨了炮孔空气不耦合装药爆破时孔壁初始冲击压力的计算方法。研究结果表明：一方面孔壁冲击压力值随着装药不耦合系数值的增大而呈指数规律衰减：另一方面类似于炮孔耦合装药，不耦合装药爆破同样存在着较坚硬致密的高阻抗岩石，孔壁冲击压力值较高，较松散软弱的低阻抗岩石，孔壁冲击压力值较低。     

环形不耦合空气间隔分段装药的研究和实践

为了减少粉矿、上部大块,对环形不耦合空气间隔分段装药的原理进行分析、对其爆破数值模拟深入研究,并在露天台阶爆破过程中结合应用空气间隔器中间间隔加以实践,取得了好的爆破效果和经济效益,达到降低粉矿、上部大块和爆破成本的目的。     

基于ANSYS/LS-DYNA的聚能结构两侧空孔合理半径数值模拟

运用ANSYS/LS-DYNA对不耦合系数1.70下聚能结构的爆破过程进行数值模拟,并分析了炮孔壁及周边围岩的应力状态。通过分析得出了装药半径与两侧空孔半径比值的合理数值;聚能结构改变了炸药的能量分布,随着半径比值的增大,聚能方向炮孔壁上所受压力逐渐降低且半径比为3时,显示了良好的聚能效果跟裂隙扩展能力。     

露天矿含水炮孔爆破的数值模拟分析

针对巴润露天矿深部开采炮孔含水的实际情况,研究铵油炸药代替防水炸药进行台阶爆破可行性,设计了水、空气耦合孔底间隔装药法。采用ANSYS/LS-DYNA模拟了水、空气耦合装药结构在孔内水深不超过4.0 m条件下台阶深孔爆破后岩体的受力状况,选取台阶顶部、台阶坡底和两孔中间剖面3个特定部位,得到了不同时刻的Von Mises应力云图和特定监测单元的Mises等效应力图,以动态抗拉强度为岩石破坏判据,分析了特定单元的岩石有效应力大小及分布特征。结果表明,采用水、空气耦合装药结构在一定水深条件下装填成本低廉,不防水的铵油炸药能够实现台阶顶部、台阶底部和孔间充分破碎岩石的目的,有效缓解了巴润矿防水炸药短缺和爆破单耗高的情况。     

巴润矿水介质间隔装药数值模拟分析

在深凹露天矿山台阶爆破过程中,炮孔含水现象普遍,含水炮孔可能会引起顶部大块率高、底部根底多等不良爆破效果。在进行水孔爆破时,不同的水层位置会对爆破结果产生一定的影响。结合巴润矿的实际生产情况,针对水层位于底部、中部时的两种情况,基于非线性动力学分析软件LS-DYNA,采用流固耦合算法模型,从数值模拟角度对不同的装药结构进行了分析计算。对比分析了两种情况的计算分析结果,综合分析了单元有效应力云图以及炮孔底部、台阶边坡节点的有效应力最大值,讨论了爆炸后应力波的传播特点以及不同装药结构的优缺点,得出了一些有意义的结论,并给出了完善水孔爆破作业的建议。     

炮孔水介质不耦合装药爆破的研究

基于现有爆破理论和爆破技术,对钻孔爆破中水和空气不耦合装药爆破进行了研究,从理论上推导了采用不同耦合介质时炮孔孔壁初始压力,得到的结论是水介质不耦合爆破对爆炸能量的利用率更高,形成的准静态应力场强度更强,作用也更均匀持久。现场试验表明水不耦合装药爆破装药量少,爆破震动低,围岩稳定好,成孔率高,并可大大地节约施工成本、降低爆破烟尘和提高施工循环进度。     

某铁矿大孔径中深孔爆破装药结构对比试验

针对混装乳化炸药在大孔径高台阶露天矿山爆破中耦合装药导致爆炸能利用不充分、爆破成本高、作业效率降低的问题,分析了炮孔中爆炸能作用特征,提出了径向不耦合装药方法及操作要点,并与耦合装药、轴向不耦合装药开展了对比试验。试验结果表明,径向不耦合装药能让爆炸能更好作用于破岩过程,爆后大块率、根底、挡墙下降超过2%,挖装效率提高26%,爆破成本对比耦合装药及轴向不耦合装药分别降低0.898 5,0.487 5元/m~3,爆破效果较好。     

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。     

软垫层装药在岩巷掘进中的应用

软垫层装药是光面爆破施工中采用的一种有效的装药结构。软垫层介质降低了爆轰波和爆生气体压力,又可减少其对孔壁岩石的冲击压缩破坏,延长了炮孔中爆生气体的存在时间,从而提高光面爆破的成型质量。从理论上探讨了空气柱垫层装药的轴向不耦合系数的计算方法,并以新桥煤矿南三采区内水仓的岩性特点为例进行了实例计算。     

紫金山地下采场深孔爆破轴向不耦合系数的研究

为确定采场深孔爆破轴向空气间隔装药不耦合系数,借助Starfield迭加法,对轴向空气间隔装药结构条件下孔壁应力分布情况进行研究。结合应力波传播规律和岩体基本参数,得出轴向空气间隔装药合理不耦合系数取值范围应为1~1.41。根据现场作业实际情况,取不耦合系数为1.3和1.25,在耦合装药条件下分别进行工业试验,并在临近巷道内布置测点监测爆破振动速度峰值;对采集到的振动数据进行整理和分析,得出当质点距离爆源60 m,不耦合系数分别为1.25和1.3时的质点振动速度峰值分别为耦合装药结构的85.68%和68.31%,表明轴向空间间隔的存在能够显著降低爆破引起的振动。结合紫金山地下采场现有生产工艺和钻孔设备,轴向不耦合系数最终确定为1.3。     

水耦合装药爆破荷载与岩石介质相互作用研究

在分析炮孔水耦合装药爆破时孔壁岩石上的初始透射压力和投射能量的基础之上,研究了爆破荷载与岩石介质的相互作用,得出其初始透射压力和投射能量不仅与炸药性能和岩石性质有关,还与不耦合系数有着密切的关系,并通过工程应用计算实例证明了其合理性.研究成果对于水耦合装药爆破应用予工程爆破是有理论指导意义和参考价值的.     

不耦合装药结构爆炸孔壁压力分布特性的数值模拟

针对爆破周边孔理论装药结构为同心不耦合装药而实际装药结构为偏心不耦合装药的现象，利用ANSYS/LS-DYNA建立数值模型，对测点孔壁压力进行仿真计算。结果表明，偏心不耦合装药中，测距不大于0.5 m时，孔壁压力峰值分布随垂直于轴向截面上半径与方向向下的竖直线之间的夹角β增大而增大；测距大于0.5 m时，相同截面孔壁压力峰值近似相等。然而，同心不耦合装药中，相同截面孔壁压力相等；偏心不耦合装药沿轴向分布的孔壁压力峰值衰减较同心不耦合装药孔壁压力峰值衰减快。     

炮孔底部水介质在台阶爆破中的作用

运用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,对炮孔底部水间隔装药结构与正常装药结构做了对比数值模拟分析。结果表明：台阶炮孔底部的水垫层使得炮孔中的炸药爆炸时能量分布更加均匀,延长了应力波在岩体中的作用时间,更有利于破碎台阶的岩体。通过在现场进行具体应用实践,取得了良好的爆破效果,对进一步研究含水炮孔水压爆破和现场应用推广具有一定借鉴意义。     

应用底部间隔装药爆破技术提高石灰石矿块矿率

通过爆破提高石灰石矿块矿率一直是熔剂石灰石矿的研究课题之一本文结合酒泉钢铁公司西沟石灰石矿的实际进行了爆破技术诊断，指出了目前露天石灰石矿台阶深孔爆破中普遍存在的问题。论述了底部间隔装药爆破技术提高石灰石块矿率的爆破作用原理，进行了水泥砂浆小台阶模型试验，在西沟石灰石矿应用了底部间隔装药爆破技术，实现了小超深爆破，采用单孔顺序起爆方法，降低矿岩之间的挤压作用，有效地减缓了台阶顶部粉矿层的厚度，提高