爆生气体对高应力低透气性煤层深孔爆破增透影响的数值模拟

考虑爆炸波和爆生气体时程荷载,采用FLAC3D有限差分动力模块,模拟了衰减规律不同的爆生气体对高应力高瓦斯低透煤层深孔爆破裂纹扩展的影响。其中,随裂纹扩展的时间和速度而衰减的爆生气体时程荷载,既作用在炮孔壁上又作用在爆生裂纹表面。研究结果表明:爆生气体在深埋高应力低透气性煤层深孔爆破致裂过程中起主要的驱动作用,煤层增透的效果随爆生气体衰减速度的降低而显著增加;高量爆生气体的低爆速炸药的研发对高应力高瓦斯低透煤层深孔爆破增透的现实意义重大。     

西北冻结立井砼井壁爆破损伤模型

为研究我国西北地区冻结立井岩石钻爆法施工时,大药量爆破对附近新浇混凝土井壁的损伤情况,根据相似理论制作了15∶1的圆柱形冻结立井模型,在爆破塔内开展了爆破模型试验研究。沿立井轴线方向,在混凝土井壁内侧面上粘贴环向和轴向共4组应变片,测定井壁在微差爆破作用下的变形情况,并根据广义胡克定律近似计算出各点应力。同时采用超声波测试方法测定井壁损伤。结果表明：井壁内侧面各点的应力应变时程曲线与爆破方案密切相关,应力应变峰值与各微段炸药量相对应。得出应力峰值与爆距、药量和岩体介质之间的拟合关系,以爆破前后的波速变化衡量井壁损伤,据此估计多次爆破对井壁累积损伤情况。     

中部空气间隔装药结构不耦合状态光面爆破效果研究

分析了5种中部空气间隔装药不耦合状态的光爆效果,运用ANSYS/LS-DYNA软件针对5种不同的不耦合系数分别建立了5种不同空气柱长度的数值模型,比较相邻周边孔1/2孔距及孔壁所选单元的有效应力时程曲线及有效应力峰值随不耦合系数变化的规律,结果表明,有效应力随轴向不耦合系数增大而减小。从减小炸药段附近单元有效应力以及保证空气柱中部裂缝贯通的角度出发,于本文模型的地质条件下较优的轴向不耦合系数为3.5~4.5。     

空孔对爆生裂纹扩展的力学行为研究北大核心

为了探究空孔对爆生裂纹扩展的影响,结合ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立了空孔爆破损伤模型,理论上推导了空孔附近的岩体质点应力分布方程,分析了空孔效应对于破碎机理与裂纹扩展的影响。结果表明:空孔自由面效应会在空孔附近引起冲击压力骤增和震速变化,出现迎爆面处岩石“片落”现象;空孔背爆面处的震速明显小于迎爆面的震速,说明空孔具有很好的泄压降震效果;通过对冲击压力和裂隙区半径的解析解计算与数值计算结果对比,冲击压力的误差11.81%,而裂隙区半径的误差9.49%,两者结果较为接近。     

爆生气体对邻近硐室背爆侧预制裂纹影响机理

采用动态焦散线实验方法,研究爆炸荷载作用下邻近硐室背爆侧裂纹扩展规律时发现,伴随爆生气体释放出现的弧线型应力集中区是爆生气体引起的主应力差峰值位置,与背爆侧裂纹的扩展有较大的关联。实验研究表明:炸药爆炸后,产生的应力波首先作用于硐室背爆侧裂纹,随后爆生气体产生的准静态应力作用于裂纹,对裂纹的扩展起主要作用,而卸载波主要作用于裂纹扩展后期,使裂纹出现翘曲现象。当弧线型应力集中区接近扩展中的裂纹时,裂纹扩展速度达到峰值,约等于弧线型应力集中区的移动速度,之后,裂纹尖端与弧线型应力集中区的相对距离基本不变,当该应力集中区越过裂纹尖端,裂纹扩展速度逐渐减小,最终止裂。裂纹尖端动态应力强度因子与裂纹扩展速度具有相似的变化规律,峰值动态应力强度因子出现在弧线型应力集中区越过裂纹尖端之前。基于该发现进行的研究证实了爆生气体对邻近巷道裂纹扩展的主导作用,深化了爆炸荷载对邻近巷道影响机理的研究。     

爆破荷载作用下新建与既有隧道支护结构动力响应研究

系统研究爆破冲击同时对新建隧道和既有隧道支护结构动力影响具有重要意义。以某隧道接近既有隧道为例,建立爆破施工对既有隧道和新建隧道支护结构的影响三维模型,利用高能炸药材料模型及JWL状态方程来模拟爆破荷载作用下既有隧道的动力响应特性,结合LS-DYNA显式动力分析程序和多物质流固耦合算法较为准确地对新建隧道的爆破机理进行数值模拟,对爆破荷载作用下既有隧道二次衬砌与新建隧道初期支护的动力响应规律展开研究,得到了不同工况下新建隧道二衬和既有隧道初支在不同时刻的振速分布规律、位移变化云图。结果表明:不同围岩等级既有隧道二次衬砌的动力响应规律十分相似,爆破冲击波最先传到既有隧道二次衬砌上迎爆侧边墙上,既有隧道二次衬砌结构上质点沿X方向振速峰值最大,衰减较快。当距离掌子面一定距离后,新建隧道拱脚处振速峰值超过拱顶位置,不同位置振速大小依次是拱脚拱顶拱腰。初期支护上质点X、Y、Z 3个振动方向中沿Z方向即隧道中心线方向振动较大,衰减较快。炸药起爆后,新建隧道初期支护上不同位置在爆破冲击波的作用下,沿着掌子面往洞口方向依次发生振动,同一断面上,拱顶和拱脚位置振速较大,施工中应加强监测。     

爆破荷载作用下新建与既有隧道支护结构

系统研究爆破冲击同时对新建隧道和既有隧道支护结构动力影响具有重要意义。以某隧道接近既有隧道为例,建立爆破施工对既有隧道和新建隧道支护结构的影响三维模型,利用高能炸药材料模型及JWL状态方程来模拟爆破荷载作用下既有隧道的动力响应特性,结合LS-DYNA显式动力分析程序和多物质流固耦合算法较为准确地对新建隧道的爆破机理进行数值模拟,对爆破荷载作用下既有隧道二次衬砌与新建隧道初期支护的动力响应规律展开研究,得到了不同工况下新建隧道二衬和既有隧道初支在不同时刻的振速分布规律、位移变化云图。结果表明：不同围岩等级既有隧道二次衬砌的动力响应规律十分相似,爆破冲击波最先传到既有隧道二次衬砌上迎爆侧边墙上,既有隧道二次衬砌结构上质点沿X方向振速峰值最大,衰减较快。当距离掌子面一定距离后,新建隧道拱脚处振速峰值超过拱顶位置,不同位置振速大小依次是拱脚＞拱顶＞拱腰。初期支护上质点X、Y、Z 3个振动方向中沿Z方向即隧道中心线方向振动较大,衰减较快。炸药起爆后,新建隧道初期支护上不同位置在爆破冲击波的作用下,沿着掌子面往洞口方向依次发生振动,同一断面上,拱顶和拱脚位置振速较大,施工中应加强监测。     

巷道掏槽爆破影响因素分析

在总结爆破理论和实践研究基础上,探讨了巷道掏槽爆破的作用机理,简述冲击波、应力波和爆生气体在掏槽爆破中的作用,并分析了岩石性质、炸药性能、设计计算和施工工艺4方面对巷道掏槽爆破效果的影响。详细分析了岩石应力应变特性、斜眼和直眼掏槽设计、爆速等因素,提出了应力应变特性和岩石性质与炸药性能匹配对掏槽的重要影响,并根据4方面的影响因素总结和提出了一些实际操作建议。     

爆破振动作用下台阶边坡的动力响应及稳定性分析

运用FLAC^3D软件建立了某含夹层的双台阶顺层边坡数值模型, 分析了爆破振动作用下边坡动力响应规律, 并根据爆破后的塑性区分布图、剪应变增量图、水平方向位移云图对边坡的破裂面进行了分析, 研究了关键点位移、最大拉应力、抗剪屈服函数对边坡稳定性的影响, 结果表明, 随着爆心距增大, 振动幅值衰减规律为近大远小, 坡面以及坡内局部存在高程放大效应; 夹层影响着边坡动力响应规律, 爆心距相近时, 夹层之下的振幅大于其上的振幅; 夹层影响着边坡的变形和破坏方式, 分析岩体内部各点的最大拉应力和抗剪屈服函数可知, 对每级台阶而言, 坡脚是最容易受拉和受剪破坏部位, 坡顶后缘容易受拉破坏; 边坡动力稳定性可以通过对剪出口附近监测点的水平位移时程曲线进行判断, 发散则失稳, 收敛则稳定。研究结果对矿山边坡的减震与防护有一定指导意义。     

煤矿异常爆破的研究

煤矿炸药发生拒爆、半爆等异常爆破现象是煤矿井下发生瓦斯、煤尘爆炸事故的主要引燃源之一;拒爆的炸药埋在煤、矸堆中,对于作业人员具有极大的威胁。因此,研究煤矿炸药发生异常爆破的原因,以便有针对性地采取有力措施,对保证爆矿安全生产是有重要意义的。本文介绍了有关这方面研究的以下内容:乳化炸药在静压下的爆轰和复原性;煤矿炸药在管道内的爆炸性能;电气爆破网路发生成组拒爆的原因。     

瓦斯爆炸冲击载荷下管道壁面动态响应数值分析

为了研究井下巷道内瓦斯爆炸冲击载荷对壁面的动态响应,利用ANSYS/LS-DYNA建立圆形管道模型,在管道封闭端填充长度为5 m浓度为9.5%的瓦斯混合气体,对瓦斯爆炸冲击载荷作用下管道壁面的动态响应进行了数值模拟.得到管道壁面各测点速度、位移、超压随时间变化曲线.结果表明:距离爆源前方一定的距离,管道壁面响应更为强烈;从爆源处至开口端整体上壁面响应情况是先增大后减小的.研究成果能够对煤矿井下瓦斯爆炸源的确定和瓦斯爆炸事故调查提供一些理论指导和技术依据.     

爆炸荷载作用下岩石介质中大跨度被覆结构动力响应分析

为研究大跨度洞库围岩内常规武器爆炸作用下复合式混凝土拱形被覆的动力响应,利用LS-DYNA有限元程序计算了不同跨度 D 和厚度 h的拱壳结构在不同爆距 H 及爆炸偏角 α 爆炸工况下的结构位移与结构内力时程。结果表明：大跨度拱壳结构动力响应是结构尺寸效应与空间爆炸综合作用效应的结果。同一爆距下,结构上各点的振动周期和动位移峰值随着结构跨度的增大而增大,随结构厚度的增大而减小;同一跨度结构,结构上各点动力响应峰值随爆距加大呈现先增大后迅速衰减的趋势。当爆心位于结构正上方结构跨度 D 为24 m且爆距 H 为4.5 m时,位移及内力峰值达到最大。综合分析各因素影响,给出大跨度被覆结构动力响应峰值的拟合计算公式。     

爆破振动对边坡稳定影响研究

应用动力响应的时程分析原理,采用动力有限元数值模拟方法,以某具体工程为例,分析岩石边坡在爆破振动下的扰动作用,不同部位对振动加速度、位移及其应力的响应特点。结果表明,采用时程分析法提出的边坡速度、位移、应力能比较真实地反映动力响应结果以及爆破振动的扰动作用。     

约束条件对乳化炸药殉爆距离影响的研究

介绍了影响炸药殉爆距离的两个主要因素,通过对国内外学者关于炸药冲击起爆机理的研究,总结归纳出气泡敏化类乳化炸药冲击起爆的机理。在爆破专用实验室内,将2号岩石乳化炸药分别置于露天沟槽、PVC管、不锈钢管、Φ40mm低碳铁管和Φ50mm低碳铁管中进行殉爆试验,以此为该类乳化炸药分别提供不同的约束条件和不同的不耦合系数。试验得出了该类炸药在以上不同约束条件下的殉爆距离以及两种不耦合系数下的殉爆距离。使用BC-6型秒量爆速仪测得Φ40mm低碳铁管中,不同装药间隔距离下的被发药卷的爆速值,得到了被发药卷爆速随间隔距离的变化规律。     

断层硬岩超深孔预裂爆破分析研究

以巴彦高勒煤矿311202工作面为背景,采用理论分析、数值模拟等手段对断层硬岩超深孔预裂爆破进行研究,研究结果表明:断层硬岩深孔爆破过程中,呈现"近-中-远"3个区域分布特征,结合311202工作面过断层实际情况,采用钻爆法施工炮孔,裂隙区半径为15～30倍的炮孔半径为0.5～1.2 m。爆破孔内炸药起爆瞬间,爆炸波的传播速度比爆生气体传播速度要快,爆炸波优先对岩石起破碎作用。随着爆炸波的传播与反射,应力波出现叠加卸载效应,降低爆破孔周围岩石应力强度,导致试块在沿对边中心连线方向发生破坏。炸药起爆时炸药爆炸的内能会转化为岩石试块破裂块体的动能及爆破孔周围岩石裂隙发育所损耗的能量,系统的总能量呈现降低趋势。     

基于ANSYS的JDC调度绞车减速器箱体的瞬态动力学分析

利用ANSYS软件建立JDC110调度绞车变速器箱体的简化模型,并用此软件对箱体进行瞬态动力学分析,得到箱体最大等效应力节点、最大向量位移节点的时间响应曲线以及不同时刻的应力云图。分析结果表明在瞬间冲击载荷的作用下,箱体的强度、刚度满足许用要求,验证了箱体设计的可行性。     

松软低透煤层深孔微差聚能爆破致裂机理

针对松软低透煤层微差聚能爆破致裂增透问题,在分析微差聚能爆破作用过程及影响因素的基础上,利用流固耦合算法建立了微差聚能爆破数值模型,研究了煤体单元应力及裂隙发育特征,并通过煤层深孔微差聚能爆破现场试验探讨了微差聚能爆破致裂机理及对煤层增透的影响。结果表明:深孔微差聚能爆破的新自由面和应力波叠加效应是促进爆生裂隙扩展、衍生裂隙形成的关键因素,炮孔间煤体在短时间内经两次爆破作用使裂隙进一步发育和扩展。先爆炮孔为后爆炮孔提供了新的裂隙面,爆炸应力波经裂隙面绕射、反射并与入射波叠加,使裂隙面附近煤岩体处于拉伸应力状态并促进衍生裂隙的形成;后爆炮孔利用先爆炮孔形成的残余应力场使爆生裂隙密度增加,扩大了煤体致裂范围。微差时间与炮孔间距是影响爆生裂隙扩展特征的重要因素,在其他条件不变的情况下,两者共同作用决定了爆生裂隙的发育形态。当先爆炮孔产生的应力波在微差时间内传播距离小于炮孔间距时,爆炸应力波在两炮孔间煤体中相互叠加增强,随后在裂隙面之间发生反射形成拉伸应力波对煤岩体产生复杂的破坏作用,在原有爆生裂隙间形成新的裂隙。煤层实施深孔微差聚能爆破后增透效果显著,先爆炮孔附近煤体裂隙在后爆炮孔作用下进一...     

不同角度预制裂隙条件下双孔爆破裂纹扩展规律

隧道等地下工程爆破施工中,节理、裂隙等缺陷的存在往往对最终的爆破效果起到至关重要的作用,尤其倾斜缺陷存在时,超欠挖现象十分突出。基于含倾斜缺陷模型裂纹动态扩展的复杂性,采用新型数字激光动焦散线试验系统,在双孔同时起爆条件下,研究不同倾斜角度预制裂隙条件下爆生裂纹的扩展规律。研究结果表明:爆生主裂纹与衍生裂纹分别相向扩展,最终二者非直接相遇,而是以"勾连"形式贯通;裂纹扩展前期,爆生裂纹尖端同时受到压缩波及剪切波的作用,剪切波开始作用时间晚于压缩波,裂纹尖端主要以压缩波产生的拉应力作用而扩展,同一时刻爆生裂纹尖端应力强度因子K_Ⅰ大于K_(Ⅱ);裂纹尖端的裂纹扩展速度、应力强度因子及能量释放率等特征量整体呈先增大后减小的趋势。裂纹扩展后期,裂纹尖端主要受爆生气体的准静压作用,特征量呈振荡式变化;在一定范围内,随着预制裂隙倾斜角度的增加,特征量峰值更高,爆生主裂纹和衍生裂纹扩展的时间更长,扩展的距离更远;随着预制裂隙倾斜角度的增大,爆生主裂纹与衍生裂纹尖端之间最终围成的破坏面积更大,爆炸荷载与预制裂隙相互作用更加明显。本试验的研究成果为分析介质存在节理、裂隙等缺陷时,爆破裂纹扩展的物理过程提供了参考。     

药包间安全殉爆距离的确定方法

作者研究了炸药威力、炸药量和爆速对硝化甘油基炸药和浆状炸药殉爆距离的影响。通过现场试验确定了上述炸药特性间的关系及其可信度。用5 kg 以上炸药作主发药包进行的试验,取得了与1 kg 以下炸药作主发药包的小规模试验一样的可靠关系。与炸药爆速相比,炸药威力是爆破设计中一个更为有用的炸药参数。与炸药威力相比,单位重量炸药释放的总能量对殉爆距离有更大影响。安全殉爆距离不仅受炸药威力和药量的影响,而且也受主发药包相对被发药包位置的影响。作者认为,殉爆距离和临界冲击爆压的大小是估算爆破之前地面炸药安全堆放距离和存放量和燃烧销毁炸药、确定最小抵抗线和炮孔排间距、炮孔内药柱的最大间隔和要采取的抗强冲击波的安全措施的重要炸药参数。     

爆炸荷载对邻近巷道背爆侧裂纹的影响规律

为了探究爆炸应力波对邻近巷道背爆侧隐性裂纹的影响规律,采用爆炸加载透射式动态焦散线系统,进行了试验研究。试验结果表明:在爆炸荷载作用下,邻近巷道围岩中存在裂纹缺陷的背爆侧也成为主要扰动区,且扰动大小与裂纹距巷道距离和裂纹长度有关;当裂纹长度为5 mm,裂纹与巷道间距分别为2,3,4和5 mm时,裂纹扩展过程中动态应力强度因子变化曲线呈现相似的规律,即当裂纹与巷道贯穿后快速增大到第1峰值,然后在峰值上下持续振荡一段时间后减小到0,所不同的是,在峰值上下振荡性变化的持续时间和期间的最大值逐渐减小,最大值依次为1.651,1.572,1.419和1.346 MN/m3/2,这决定了裂纹远端的最终扩展位移对应为25.197,16.378,10.236和5.984 mm,呈逐渐减小的规律;裂纹与巷道间距的存在不仅对裂纹的扩展有一定的延迟作用,而且削弱了作用于裂纹远端的应力波能,并且这种延迟和削弱作用随裂纹与巷道间距的增大逐渐增强。