时间步长对爆破模拟结果的影响研究

为提高LS-DYNA软件模拟工程爆破时的精度,从理论上改进了确定极限时间步长Δte的方法,结合已有的数据对本方法的合理性进行了验证,并通过实例探讨了时间步长Δt对爆破模拟结果的影响。研究表明:Δte仅与炸药的爆速、炸药最小单元的最小边长以及计算时间步长比例因子有关,在网格划分时,炸药单元不能取过小或过于狭长;Δt对土体中爆炸空腔半径形成的影响不大,而对压力峰值的影响显著,且具有一定的规律性;随着比例距离Z的增加,压力峰值误差呈现由小到大,再由大到小的趋势。当计算区域范围在Z<0.5m·kg^(-1/3)时,Δt可取为1(-1/3)时,Δt可取为1³倍Δte;当Z≥0.5m·kg3倍Δte;当Z≥0.5m·kg^(-1/3)时,时间步长Δt可适当放宽,取为3(-1/3)时,时间步长Δt可适当放宽,取为3⁵倍Δte。对于一般的爆破模拟,考虑到经济性,Δt取为15倍Δte。对于一般的爆破模拟,考虑到经济性,Δt取为1³倍Δte即可满足大多数工程计算精度的要求。     

LS-DYNA模拟爆破中时间步长对计算结果影响探讨

为减小LS-DYNA软件模拟工程爆破时产生的误差,探讨了不同输出时间步长Δt对计算结果的影响。通过三个经典算例,数值比较不同时间步长Δt下相应的单元压力、质点速度与加速度的时程曲线的形状与峰值变化规律,并结合实例进行验证。结果表明:Δt值设置越小,绘制出的曲线越平滑,Δt值取1、2或3时的曲线几乎重合;Δt值不为1时,输出的坐标点都包含在Δt值为1的坐标点内;随Δt值增大,结果误差有增大的趋势,但并非严格递增;Δt值等于1时模拟的精确度较高,但求解时间长,且输出数据存储空间大。采用LS-DYNA模拟工程爆破中,Δt值取3~5是比较合理的。     

巷道深孔掘进不同药径比爆破动力研究

近年来,随着矿山机械化程度的不断提高,大型先进凿岩台车的普遍推广应用,某些矿山在深孔掘进爆破过程中出现了炮孔药径比不匹配的问题。为了确定合理的炮孔药径比,运用有限元数值模拟软件ANSYS/LS-DYNA构建巷道深孔爆破中装药结构的计算模型,4种炮孔药径比分别取1∶1、1∶1.2、1∶1.225、1∶1.25,对典型单元的应力云图和压力时程曲线进行对比分析。计算结果表明:当炸药与孔壁之间有空气介质存在时,应力波压力峰值会快速衰减,能够减少炮孔壁岩石的过粉碎或造成"再生岩石"现象。此外当炮孔药径比为1∶1时,单元压力峰值随着远离炮孔装药轴线衰减最快,而炮孔药径比1∶1.2时,压力峰值则衰减最慢。对于钻头直径Φ45mm的凿岩台车,合适的炸药药卷直径为Φ38~40mm,可依此指导矿山企业合理定购爆破器材。     

快速拼装式防爆墙消波性能数值模拟研究

为研究快速拼装式防爆墙墙后超压分布规律及影响因素,基于2D映射3D网格建模技术,采用AUTODYN有限元软件分别对TNT当量为6.82 kg,爆高1 m、爆距3 m、墙厚0.5 m,墙体高度为1.5 m、2 m、2.5 m的计算模型和比例爆距分别1.58 m/kg~(1/3)、1.28 m/kg~(1/3)、1.05 m/kg~(1/3)的计算模型以及比例爆距为1.05 m/kg~(1/3),爆高1 m、墙高2 m、墙厚0.5 m,爆距为2 m、3 m、4 m的计算模型进行了模拟,分析了墙体高度、比例爆距和炸药位置对墙后超压分布的影响。结果表明:墙体高度增加将显著增强防爆墙消波性能,墙体高度在1.5~2.5 m范围内变化时,墙后消波系数变化较大;随着比例爆距的减小,墙后较远处消波系数有所增大;随着测点高度和爆高增大,测点处受到的防爆墙保护效应将减小。综合考虑以上因素对墙后测点超压的影响,拟合出了计算墙后超压大小的公式,计算结果与数值模拟结果能较好的吻合。     

新桥矿爆破工艺与参数优化

为解决新桥矿大块率高、炸药单耗高及爆破效率低等问题,在对爆破工艺改进的基础上设计有限的爆破试验(13组试验)获取样本,并建立BP神经网络预测模型(隐含层节点数取9),以最小抵抗线W、孔间距a、周边孔距Z作为输入因子,以炸药单耗、大块率作为输出因子预测、优选爆破参数.优化推荐W=0.8 m、a=1 m、Z=0.8 m,对应的炸药单耗为0.2001 kg/t,仅为原工艺的50%;大块率为5.2091%,仅为原工艺的20%;生产效率提高了约65%.该方法采用有限的试验与智能预测相结合,实现低成本获取真实样本,并提高了预测精度.     

新桥矿爆破工艺与参数优化

为解决新桥矿大块率高、炸药单耗高及爆破效率低等问题,在对爆破工艺改进的基础上设计有限的爆破试验(13组试验)获取样本,并建立BP神经网络预测模型(隐含层节点数取9),以最小抵抗线W、孔间距a、周边孔距Z作为输入因子,以炸药单耗、大块率作为输出因子预测、优选爆破参数。优化推荐W=0.8 m、a=1 m、Z=0.8 m,对应的炸药单耗为0.2001 kg/t,仅为原工艺的50%;大块率为5.2091%,仅为原工艺的20%;生产效率提高了约65%。该方法采用有限的试验与智能预测相结合,实现低成本获取真实样本,并提高了预测精度。     

平行双自由面岩体爆破炮孔堵塞效应研究

为研究平行双自由面岩体炮孔堵塞效应,借助动量定理推导出炮孔堵塞长度范围计算公式;利用有限元软件LS-DYNA,采用ALE多物质算法,建立4 m深的四孔无限岩体模型。通过分析自由面附近单元应力峰值和岩体应力分布规律,得到:炸药长度为2.4 m的无堵塞炮孔爆破效果最优;1.2 m炸药长度的炮孔模型中,单向堵塞和非对称堵塞爆破对岩体的应力分布规律无影响,但岩体自由面附近单元的应力峰值增大,作用时间加长;双向对称堵塞的最佳堵塞长度为1.0~1.2 m。对比不同参数下的工程爆破效果,采用数值模拟结果的工程爆效最优,证明了数值模拟结果的正确性。     

聚能装药在水下爆破工程中的应用

众所周知,钻孔爆破要比裸露爆破节省炸药。钻孔爆破一般炸药消耗量为1公斤/米~3左右(对于水下岩石);而裸露爆破则要10公斤/米~3以上。裸露爆破药量为钻孔爆破的10～50倍。但是在水中,特别水深度较大时,钻孔比较麻烦,还需配备作业平台。因此相应增加了整个工程的经济成本,造成浪费。     

基于CAD/CAM的复杂曲面数控三坐标投影加工误差分析

两刀位点间连线与原有刀具轨迹所在平面的夹角α(或曲面上刀位数据的Z坐标增量Δz)对基于CAD/CAM的复杂曲面数控三坐标投影加工误差十分敏感.当用弦长代替弧长时,投影加工两刀位点间直线插补轨迹的法向加工误差Δt是以原有刀具轨迹走刀步长或行距加工曲面时两刀位点间直线插补轨迹的法向加工误差Δy的cos2α(0°<α<90°)倍.若α(或Δz)达到一定值,就会因原有走刀步长或行距的过渡拉伸而产生严重的过切(步长拉伸时)或欠切(行距拉伸时)现象,使被加工曲面出现明显的折面或残留面.应引入控制参数α(或Δz),根据曲面加工精度要求设定限值αmax(或Δzmax),当α>αmax(或Δz>Δzmax)时,进行刀位密化处理,以保证曲面加工精度.     

同时起爆单排炮孔等效均布荷载的计算方法

针对钻孔爆破数值模拟过程中爆破荷载的计算与施加问题,对单排同时起爆炮孔的等效均布荷载计算方法进行了研究。通过理论分析和文献对比,发现许红涛提出的等效均布荷载计算方法存在理论错误。为此,通过对圆孔壁上的径向均布压力的分解与合成,推导了2个相邻炮孔远区介质中垂直于炮孔连线方向的均布应力的计算公式。通过建立脉冲荷载分别作用于含炮孔和无炮孔的长柱有限元模型,对计算模型与许红涛计算模型进行了对比。对比结果表明：当在含炮孔模型的每个炮孔壁上施加峰值为4280 MPa的均布脉冲载荷时,模拟得到炮孔远区指定单元中径向荷载峰值约为120 MPa;当在无炮孔模型平整端面上施加等效均布荷载时,采用计算方法施加的等效均布荷载峰值为111 MPa,模拟得到指定单元中径向荷载峰值约为110 MPa;采用许洪涛计算方法施加的均布载荷峰值为729 MPa,指定单元中径向荷载峰值约为725 MPa。用许红涛模型模拟得到的测点应力峰值是正确解的6倍左右,而用本文模型得到值略低于正确解10%左右。因此,本文提出的炮孔等效均布荷载模型具有更高的计算精度,可用于炮孔远区复杂爆破荷载的近似计算。     

义海木里露天煤矿冻土爆破实验研究

为确定适用于义海木里露天煤矿地区的冻土爆破参数,采用现场实验的方法,研究了钻孔设备的选择、炮孔防护方法、起爆器材和炸药的爆炸性能以及爆破参数之间的关系等。结果表明:钻孔设备宜选用阿特拉斯D9钻机或更先进的钻机;利用PVC管做防护器材,炮孔利用率提高20%以上;导爆管应提前泄压才能在高原环境下使用;采用药壶爆破实验评估炸药爆炸性能,结果显示乳化炸药的作功能力强于铵油炸药。得出适用于义海木里煤矿地区的冻土爆破参数:孔径为80~120mm,孔深不大于6m,孔距和排距的组合取(4~5)m×(2.5~3.5)m,炸药单耗为0.28~0.3kg/m~3,底盘抵抗线不宜超过2.8m,采用斜线起爆网路。     

液态CO2爆破系统压力动态响应及爆炸能量分析

为了研究液态CO_2爆破系统的压力响应特性和爆炸能量,通过实验室测定液态CO_2爆破系统爆破管内压力,获得压力与时间关系曲线,分析了压力曲线变化规律,结合SpanWagner CO_2状态方程,对常用的两种爆炸能量公式进行了分析与讨论,给出了液态CO_2爆破系统的爆炸能量的计算方法。结果表明:整个液态CO_2汽化过程的时间为0.026~0.086 s,高压流体释放时间约为0.18~0.26 ms。对外做功过程是一个压力值动态震荡衰减过程:首先高压流体以峰值压力作用于介质,随后以70%~80%峰值压力对介质产生二次破坏作用,最后以较低水平压力对介质产生气楔作用。两种常用的爆炸能量公式可以在一定程度上评估液态CO_2爆破系统爆炸能量产生的危害级别,但准确性不够,结合SpanWagner状态方程和爆破管内压力可以提高计算液态CO_2爆破系统的爆炸能量的准确性。     

精细爆破发展现状及展望

"精细爆破"作为一个有别于传统"控制爆破"的概念,被认为是工程爆破发展新阶段的标志。简要介绍了精细爆破的定义、内涵和技术体系,以及自提出以来在我国的应用与发展现状。关于精细爆破的未来发展,建议从4个方面开展研究:加强多学科的基础理论研究,为精细控制炸药爆炸能量的释放和定量化爆破设计提供理论支撑;以爆破对象的数字化研究与应用为切入点,开展精细爆破与信息化技术的融合研究;加强数值模拟精细化研究,为爆破方案的优化和爆破危害效应预测预报提供更有力的技术手段;加强精细爆破施工现代化和标准化建设。     

孔底惰性介质间隔装药爆破实验

为减少岩石大块率和粉碎率,增强爆破效果,采用LS-DYNA数值模拟的方法对连云港核电扩建山体爆破工程爆破碎石的力学过程和能量利用率进行了理论分析,并通过对各模型进入岩石总能量峰值的对比,分析了孔底惰性介质间隔装药对能量利用率的影响趋势,然后依托工程开展全尺寸实验。实验结果表明:孔底适量惰性介质间隔装药可以改善应力波的传播条件,使爆炸能量更均匀、充分地传入岩石中,使岩块的破碎效果得到有效改善;实验工况下,孔底间隔80、100cm空气柱,炸药单耗分别下降11.5%、13.5%;孔底间隔80、100cm水柱,炸药单耗分别下降17.3%、19.2%。     

Current Situation and Prospect of Precision Blasting

Precision blasting, regarded as the symbol of a new stage of development in engineering blasting, is different from the traditional controlled blasting. Its definition, connotation, technology system and current situation of application and development were introduced briefly. With regard to the development of precision blasting in the future, the following aspects should be studied in depth: (1) In order to provide the theoretical basis for explosive energy release and quantitative blasting design, research on the multidisciplinary basic theory should be conducted; (2) Taking the digitalization research and its application in blasting objects as the starting point, syncretic studies of precision blasting and information technology should be conducted; (3) Numerical simulation being an important method for the optimization of engineering blasting schemes and the forecast of blasting adverse effect, numerical simulation of precision blasting should be studied in depth; (4) The modernization and standardization in the precision blasting construction should be enhanced.     

模糊多元分析法在隧道爆破参数优化中的应用

为了优化爆破参数,提高工程开挖的爆破效果,运用模糊多元分析法对隧道爆破参数进行优化,进而借助LS-DYNA模拟分析优化前后的爆破参数对爆破振动的影响。结果表明:优化后的爆破参数降低了装药量,单位炸药消耗量从1.627 kg/m~3变为1.020 kg/m~3降低了37.3%;模拟分析得知,优化后的爆破参数明显减弱了对围岩和衬砌的振动影响;最后将优化后的爆破参数应用到具体工程实例中,经统计得到炮眼利用率达到92%,眼痕率达到94%以上,最大超欠挖值为50 mm,与模糊多元分析法得到的超欠挖指标的输出值45 mm基本相同,各爆破效果指标均能满足该工程的实际要求。该工程实例能为其他相关类似工程提供可靠的数据和合理的建议。     

中国工程爆破与爆破器材的现状及展望

以典型的工程爆破实例,从露天深孔台阶爆破、水下爆破、冻土工程爆破、硐室爆破、城镇拆除爆破及爆炸加工等几方面,阐述了我国工程爆破技术现状与取得的丰硕成果;从爆破器材的产品种类与产量,工业炸药尤其是粉状乳化炸药和乳化炸药现场混装车新技术,以及起爆器材特别是数码雷管和塑料导爆管等方面,介绍了我国爆破器材生产技术的现状与发展历程。作者结合国情,展望了各技术的发展前景与重点攻克的课题,激励业界人士正视现状、展望未来、抓住时机,努力实现21世纪爆破技术的跨越式发展。     

基于样条插值的爆破振动时域波形预测方法

针对现有的爆破振动预测方法存在工程现场适用性差,不易于应用,无法准确预测完整的爆破振动信号在爆破时间段内的振动历程等问题,提出了一种基于样条插值的爆破振动预测方法。通过爆破中质点峰值速度、炸药量与爆心距的关系式,建立监测波形与预测波形的关系,对实测数据波形时域部分进行三次样条插值得到插值函数和预测目标点波形。通过实验和工程实践对该方法进行验证,并与传统的爆破振动预测方法进行质点峰值速度比对,结果表明:该爆破振动预测方法能够完整且较好地预测振动信号在爆破时间段内的振动历程,预测效果优于传统的爆破振动预测方法。     

基于样条插值的爆破振动时域波形预测方法

针对现有的爆破振动预测方法存在工程现场适用性差,不易于应用,无法准确预测完整的爆破振动信号在爆破时间段内的振动历程等问题,提出了一种基于样条插值的爆破振动预测方法。通过爆破中质点峰值速度、炸药量与爆心距的关系式,建立监测波形与预测波形的关系,对实测数据波形时域部分进行三次样条插值得到插值函数和预测目标点波形。通过实验和工程实践对该方法进行验证,并与传统的爆破振动预测方法进行质点峰值速度比对,结果表明:该爆破振动预测方法能够完整且较好地预测振动信号在爆破时间段内的振动历程,预测效果优于传统的爆破振动预测方法。