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...     

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。     

提高岩石爆破效果

露天开采时有各种控制炸药爆破能的办法能提高矿岩的爆破效果。其中之一是用改变炸药装药结构来调整爆破脉冲参数。常用的炮孔装药结构有:连续柱状装药、空气间隔分段装药和带气垫的连续柱状装药(图1)。     

云浮硫铁矿底部间隔装药技术的应用

装药结构可以改变炸药爆炸性能,从而提高炸药能量的利用率.矿山深孔爆破一般采用连续装药或中间间隔装药,易导致炮孔底部过度粉碎和大块多等问题.云浮硫铁矿在台阶深孔爆破实践中大胆探索,进行了底部间隔装药的理论分析和工业试验,收到较好的爆破效果.     

水间隔装药降尘爆破技术在高村铁矿的应用

露天矿山爆破粉尘含大量微细颗粒,严重污染采场环境。通过分析水雾除尘机理,自主设计并建立爆破粉尘测试系统,在高村铁矿进行水袋间隔装药结构与岩粉间隔装药结构的爆破粉尘对比试验,结果表明：采用水袋间隔装药,粉尘吸附效果较好,吸附率达到46.72%～51.20%;同时在改善破碎块度方面也优于岩粉间隔装药。水间隔装药降尘爆破技术在露天采矿以及非矿山领域的工程爆破中具有广阔的应用前景。     

装药结构对台阶爆破粉矿率的影响研究

分析了台阶爆破粉矿产生的原因,认为台阶爆破的粉矿控制应从改变装药结构着手。采用数值模拟,对台阶爆破采用不同装药结构时的炮孔内的应力等值线、孔壁应力和粉碎圈范围进行了对比研究,发现与耦合装药相比,采用不耦合不均匀装药时,炮孔壁岩体应力明显变小,炮孔壁的应力波的幅值降低,炮孔压碎圈半径减少。通过试验和实践,确定了不耦合装药的相关参数,提出了降低台阶爆破粉矿的建议。     

装药结构对深孔爆破粉矿产出率的影响研究

针对南方某矿大直径深孔爆破生产过程中因粉矿产出量过高而导致的矿石损失问题,开展了不同装药结构对粉矿率的影响研究。基于ANSYS/LS-DYNA软件建立了6种装药结构模型,从模型单元失效比例和爆后块度分布两个方面进行了分析比较。结果表明,在炮孔、炸药直径不变的情况下,通过改变单层药包条数和空气间隔距离的方式,得到装药结构2(1条炸药-1.0 m间隔-1条炸药)的粉矿比例为11.53%、大块比例为5.43%,且其单个区域失效比例方差和单个区域与整体区域失效比例差值方差均较小,为最优炮孔装药结构。工程实践结果表明,装药结构2可以有效降低矿石粉矿率和大块率,提高矿石资源回收率,提高矿山经济效益。     

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。     

孔内分段爆破特性研究

在分析炮眼柱状装药爆破作用特性的基础上,对垂直炮孔装药分段微差爆破特性进行了理论分析和模型试验研究。结果表明,此种爆破技术可提高破岩深度,增大破岩体积和改善破碎块度等。     

地下矿山大直径深孔分层崩矿水封孔装药结构的应用

地下矿山大直径深孔分层装药爆破时，每个炮孔要分段多次利用。固体封孔的装药结构频繁发生炮孔堵塞，水封孔爆破可有效地解决这一问题，但水封孔可能引起装药结构产生位移或泄漏本文列举了一些解决对策。     

降低台阶爆破大块率的数值模拟研究与应用

利用有限元软件LS-DYNA对两种装药结构的岩石爆破过程进行了数值模拟,揭露了宜春钽铌矿原矿山台阶爆破装药结构的不合理性。在总装药量不变的情况下,优化装药结构能提高装药重心,使得岩体受力合理,能有效降低大块率。通过力学对比分析,解释了优化装药结构降低台阶爆破大块率的原因,为爆破理论的研究提供理论依据。现场工程实践表明,通过优化装药结构明显降低了大块率,为矿山生产解决了实际问题,对类似矿山具有借鉴意义。     

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。     

151m超深孔连续柱状装药水压爆破

介绍了超深孔连续柱状装药水压爆破技术的实验研究和在 15 1m深孔预碎裂爆破中的实际应用。在实验的基础上进行了非金属装药外壳的全长密封连接工艺设计 ,使普通工业爆破器材在注水超深孔中得到了可靠应用     

磷铁矿床中深孔爆破设计方案优化研究

针对应用无底柱分段崩落法开采的某磷铁矿床在爆破作业中存在的问题,对爆破能量的释放过程和由爆炸引起的岩石裂隙的生成过程进行了研究,进而优化了该矿无底柱分段崩落法采区中深孔内的装药结构、装药方式和起爆方式。工程实践结果表明:优化后的装药结构能够显著提高爆破对岩体的爆破效果,并有效地降低爆破大块产出率,从而能够为该磷铁矿床确定合理的中深孔爆破方案提供依据。     

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。     

低能量密度炸药连续装药光面爆破技术研究

为了提高光面爆破成型质量，提出了一种低能量密度炸药连续装药光面爆破技术，利用LS DYNA进行数值模拟，对比2#岩石乳化炸药间隔装药和低能量密度炸药连续装药的应力场，然后将此技术用于长九（神山）灰岩矿四号隧洞控制爆破和露天边坡光面爆破。结果表明：2#岩石乳化炸药间隔装药模型中，装药段与非装药段测点应力峰值相差很大；而在低能量密度炸药连续装药模型中，沿炮孔轴向相同爆心距的测点应力峰值保持一致；使用低能量密度炸药进行连续装药，能够避免装药段的过度破坏和非装药段的欠挖，提高残孔率，且省去了导爆索捆绑时间，提高周边孔装药效率，节省了爆破成本。     

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。     

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。     

水介质爆破模型试验研究

以水泥砂浆试块为试验模型,进行空气耦合装药及水介质耦合装药爆破试验,分析出不同情况下的爆破后试块的粒度分布特征。对试验结果分析研究表明,水介质耦合装药与空气耦合装药相比,在药量相同的条件下,水介质爆破的粒度更加均匀,大块率降低很多,表明水介质耦合装药的爆破作用强度大、能量利用率高。