立井深孔直眼掏槽大直径中心空孔作用分析和参数计算

为提高立井基岩段掘进爆破效率,改善破碎块度,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,探讨深孔直眼掏槽大直径中心空孔的作用机理。理论研究表明:空孔为装药掏槽炮孔提供了一个与其相平行的辅助自由面和破碎岩石的补偿空间,加大了爆炸应力波的反射拉伸作用,空孔的存在造成了槽腔岩石中的拉应力集中,从而增大了岩石中的拉应力作用强度,引起槽腔中裂隙的进一步扩展延伸,使槽腔内岩石的破裂和破碎更充分。数值模拟结果进一步验证了大直径中心空孔所具有的应力叠加和反射拉伸作用。在此基础上,对空孔与装药孔间距的合理取值进行了理论分析计算,中心空孔应处在掏槽孔形成的爆破裂隙区之内,并选用较大的松动爆破作用指数进行设计。     

硬岩巷道深孔掏槽数值模拟与试验研究

为解决硬岩巷道深孔掘进爆破受岩石夹制作用大、爆破效率低、循环进尺小、采掘比例严重失调等问题,采用LS-DYNA软件数值模拟和模型试验方法对深孔直眼掏槽爆破进行分析,包括四角九孔掏槽、双空孔菱形掏槽和复式筒形掏槽。根据岩石爆破破碎理论及柱状药包理论,对上述深孔直眼掏槽过程进行数值模拟,通过对三种深孔直眼掏槽的不同时刻应力云图和有效应力时程曲线的分析,比较高应力大小和高应力持续时间,得到药包起爆后的应力传播规律和空孔应力集中现象。结合在查干敖包铁锌矿进行现场试验,比较炮眼利用率、炸药单耗等指标,得到复式筒形掏槽为最优设计方案。     

煤系地层隧道石门揭煤爆破掏槽优化研究

针对目前煤系地层隧道石门揭煤爆破掏槽技术最优参数确定复杂的难题,以西藏拉泽公路圭嘎拉隧道为研究对象,采用理论分析确定该隧道石门揭煤断面掏槽形式采用中空孔直眼掏槽,并分析了其中空孔的三种空孔力学效应;采用数值模拟试验方法建立了隧道石门揭煤直眼掏槽计算模型,从石门揭煤掏槽效率、揭煤深度和煤层动力响应等方面对不同掏槽参数展开...     

直眼掏槽破岩过程模拟与空孔效应分析

基于空孔直眼掏槽的基本形式,运用三维有限元软件LS-DYNA,模拟了槽孔与3种不同直径空孔的动态破碎贯通过程,得到了直眼掏槽爆破应力分布规律.模拟结果表明:空孔在掏槽爆破中提供初始自由面,对槽腔岩石破碎具有导向作用;通过3组模型破岩过程的对比,可以清晰的看出空孔直径越大,破岩过程的拉伸破坏区域和压缩破坏区域越明显.进一...     

含空孔直眼掏槽爆破效果分析模型

直眼掏槽是隧道掘进深孔爆破中的关键技术 ,炮孔深度对掏槽爆破效果有重要影响。本研究通过建立槽腔内抛体运动的二相流力学模型 ,揭示了炮孔深度影响掏槽效果的物理本质 ,阐述了炮孔深度对掏槽效果的影响规律 ;为含空孔直眼掏槽爆破参数设计提供了依据。理论分析结果与工程实践相吻合。     

不同掏槽形式成腔过程比较数值分析

掏槽爆破是决定巷道掘进速度的关键,提高掏槽爆破质量是实现巷道快速掘进的前提。数值计算的发展使掏槽爆破模拟成为可能,采用显式动力分析软件LS-DYNA,对深孔直眼掏槽和楔形掏槽爆破过程进行模拟。通过对比分析发现,楔形掏槽炸药爆炸后产生的强压缩波很快发生叠加,这种强烈的叠加作用促使波阵面的形状发生了变化,应力波阵面转变为近似平面。直眼掏槽时沿装药段能量分布相对均匀,楔形掏槽在炮孔底部两侧的能量分布差距明显,必然导致楔形掏槽形成的槽腔更加狭长。楔形掏槽对于硬岩爆破更为有效。     

爆炸载荷下空孔缺陷与爆生裂纹扩展行为研究

空孔在岩石巷道直眼掏槽爆破中具有重要作用,为研究空孔及其缺陷在爆炸荷载作用下的扩展行为和作用机理,以PMMA代替岩石材料,利用预制裂纹代替空孔缺陷,借助动态焦散线系统和理论分析为手段,研究不同间距下空孔、空孔处预制裂纹、爆生裂纹动态扩展规律及机理,分析不同"径距比"与掏槽效果的关系。研究结果表明:在装药量一定的情况下,随着炮孔与空孔距离的变化,爆生裂纹扩展距离呈现递增而预制裂纹扩展距离呈现递减的趋势,但都存在极值;当炮孔与空孔距离较小时,爆生裂纹和预制裂纹扩展及相互作用最复杂,爆生裂纹扩展经历由压缩应力波为主,表现为直线的前期扩展;由空孔处发射应力波和压缩应力波共同作用下,爆生裂纹偏离炮孔与空孔连心线的中期扩展,以及由空孔应力集中区作用使爆生裂纹向空孔方向偏移的后期阶段;预制裂纹扩展经历由空孔处应力集中作用下,表现为直线的前期扩展,以及由爆生裂纹处反射拉伸波作用使其向爆生裂纹发展的后期阶段;当炮孔与空孔距离较大时,反射应力波及应力集中效应对爆生裂纹和预制裂纹扩展在减弱,爆生裂纹与预制裂纹扩展行为仅有前期直线扩展阶段。"径距比"的大小对爆破效果影响较大,直眼掏槽爆破应以最优"径距比"作为掏槽爆破参数设计的依据。     

益新矿中心大空孔掏槽爆破扩腔过程数值分析

为了更好的应用中心大空孔掏槽爆破技术,根据益新煤矿爆破工况,运用有限元软件LS-DYNA,深入分析爆破过程中应力波的传播、有效应力和应力场的变化,研究其扩腔过程及岩石破碎机理。结果表明:爆炸应力波首先在炮孔连线方向相遇叠加并形成一条直线型的加强带,然后传至空孔并发生复杂的反射和叠加,最后在岩体中扩散;空孔外围的应力场分布呈现"圆形-菱形-圆形-方形"的变化规律;中心大空孔掏槽爆破有利于炸药能量的均匀分布和槽腔的形成与扩展。现场验证表明:该项技术大大提高了煤矿巷道的掘进速度,取得了较好的经济效益。     

深孔直眼掏槽爆破装药孔合理填塞长度研究

在深孔直眼掏槽爆破中,炮孔填塞长度是决定爆破效果优劣的重要影响因素,过长或过短的填塞都会减弱掏槽爆破效果。为提高深孔直眼掏槽的爆破效果,基于冲击波和爆生气体共同作用破岩理论,通过分析装药孔填塞物冲出炮孔运动过程和岩石破碎所需时间关系,得出直眼掏槽中合理填塞长度上下限值计算公式,以此确定合理的填塞长度范围。进行三组模型试验,分析试验产生爆破漏斗情况、爆堆质量和块度。试验结果表明：模型试验中爆破效果最佳实验组的填塞值为20 mm,其值处于理论计算的合理填塞长度19.86 mm至22.07 mm区间,验证了合理填塞长度范围的计算公式的合理性。针对过长填塞导致爆生气体过早从空孔的冲出的情况,提出在深孔直眼掏槽爆破中对空孔上下两端进行适当的堵塞来减弱这种影响。     

分区组合爆破在硬岩暗挖地铁车站中的应用

青岛地铁3号线的青岛站为硬岩暗挖大断面车站,紧贴地铁2号线和商场,为高效开挖并确保既有构筑物的安全,在紧贴底板开挖区域顶部设置一排大直径不装药空孔隔振孔,并对爆破区域合理分区。爆破区域中部采用乳化炸药掏槽,提供临空面,上部爆破区域采用金属膨胀剂多次剥离破岩,下部爆破区域采用常规钻爆法提高工效。大直径中空孔掏槽、周边空孔减振、隔孔装药、孔内孔外联合延时起爆、使用金属膨胀剂,以上多种减振和分区组合爆破技术的应用,实现了大断面硬岩暗挖地铁车站紧贴既有构筑物的成功开挖,可为类似工程提供参考。     

分区组合爆破在硬岩暗挖地铁车站中的应用

青岛地铁3号线的青岛站为硬岩暗挖大断面车站,紧贴地铁2号线和商场,为高效开挖并确保既有构筑物的安全,在紧贴底板开挖区域顶部设置一排大直径不装药空孔隔振孔,并对爆破区域合理分区。爆破区域中部采用乳化炸药掏槽,提供临空面,上部爆破区域采用金属膨胀剂多次剥离破岩,下部爆破区域采用常规钻爆法提高工效。大直径中空孔掏槽、周边空孔减振、隔孔装药、孔内孔外联合延时起爆、使用金属膨胀剂,以上多种减振和分区组合爆破技术的应用,实现了大断面硬岩暗挖地铁车站紧贴既有构筑物的成功开挖,可为类似工程提供参考。     

岩石爆破中的空孔效应数值计算分析

为从理论上研究控制爆破中空孔效应的影响因素和探讨空孔设置(孔距、孔径等)的依据,采用了数值模拟计算和正交设计原理相结合的研究方法,对常见空孔设置情况进行数值模拟,分析了在控制爆破中空孔效应对岩石中应力波传播规律的影响程度,并对孔间距系数(孔距与装药孔直径的比值)、空孔直径和炸药种类3个因素进行了正交设计,得出了孔间距系...     

立井深孔直眼分段掏槽破岩作用和参数设计

本文通过对深孔装药分段爆破作用特性的分析，探讨了立井深孔直眼分段掏槽爆破的破岩机理，并比此为基础在理论上提出直眼分段掏槽爆破参数的设计计算方法。     

基于切缝装药定向预裂的中深孔掏槽爆破研究EI北大核心CSCD

针对岩巷中深孔掏槽爆破效果差的问题,设计了基于切缝装药定向预裂的中深孔掏槽爆破方案。首先从理论上分析定向预裂对槽腔形成的影响,然后开展掏槽爆破数值模拟揭示槽腔岩体的破坏历程和破坏机制,最后通过现场试验探究其应用效果。结果显示:预裂孔中的切缝装药爆破后沿预裂孔连线会形成定向预裂面,定向预裂面具有自由面反射拉伸效应和应力波阻隔效应,能够促使槽腔岩体充分破坏以形成易于抛掷的岩块,且定向预裂面可以降低成腔阻力,有利于掏槽孔爆破成腔;数值模拟实现了槽腔岩体破坏过程的可视化,通过模拟结果证明了定向预裂面的自由面反射拉伸效应和应力波阻隔效应;相比于现有普通中深孔掏槽爆破技术,在岩巷中深孔爆破采用该掏槽技术时,平均循环进尺增加了0.29 m,平均炮孔利用率提高了11.6%,平均炸药单耗降低了0.19 kg/m^(3),平均雷管单耗降低了0.13发/m^(3),结果验证了此新型掏槽技术在岩巷中深孔爆破的适用性。     

单自由面垂直炮孔爆炸作用的数值模拟

为了考查无空孔直眼掏槽爆破参数 ,采用数值模拟方法研究单自由面垂直炮孔的爆炸作用问题。数值模拟结果表明 ,在堵塞条件一定时 ,单自由面垂直炮孔爆破漏斗与装药长度无关。对于本算例所选取的炮孔参数、装药参数和岩石参数 ,爆破漏斗深度约为1～ 2m ,是孔径的 2 5～ 5 0倍。     

爆破载荷作用下煤厚变异区损伤破坏特征实验研究

针对地质构造区域爆破施工容易诱发煤与瓦斯突出的现实情况,建立煤岩组合弹性力学模型、根据爆炸应力波在煤岩介质中的传播与作用规律,分析了煤层变厚时原岩应力的分布特征、爆炸应力波在构造煤岩体中的传播过程,并结合相似模拟实验与数值模拟研究了爆破载荷作用下煤厚变异区的损伤破坏特征。理论分析表明,薄煤层区域承受的原岩应力高于厚煤层,且应力变化梯度随煤厚减小率的增大而增大,爆炸应力波由岩体传播至构造煤体时会发生波的透射和反射现象,反射形成的拉伸波将加剧煤岩交界面岩体侧的损伤程度;爆破模拟实验中采集得到的应力曲线,煤厚变异区岩体处的测点存在着2次较大的拉应力峰值,应力波在该处相互作用形成了叠加破坏区,破坏区同时又引导其余方向的爆生裂纹向其延伸汇集,导致岩体严重破坏。数值模拟验证了爆炸应力波在煤岩交界面上的透射和反射现象,应力云图表明应力波在煤厚渐变区的叠加作用最明显且延续时间长。研究成果对于揭示爆破扰动煤厚变异区诱发煤与瓦斯突出的机制有重要指导意义。     

爆炸载荷下空孔及其缺陷对裂纹扩展影响机理研究

空孔在岩石爆破中的作用越来越受到重视,为研究岩石爆破中空孔及其缺陷对裂纹的影响,以PMMA代替岩石材料,利用动态焦散线系统重点研究空孔及其背爆侧缺陷对裂纹扩展的影响。在预制裂纹长度及其与炮孔间距不变的条件下,空孔直径为10 mm,20 mm和30 mm时,裂纹扩展长度分别为1.46 cm,2.13 cm和5.29 cm;裂纹扩展速度分别为266.64 m/s,366.63 m/s和466.64 m/s;应力强度因子分别为0.89,1.11和1.34;即随着空孔直径的增大,背爆侧预制裂纹扩展越容易。通过建立力学模型解释其机理,空孔直径加大了应力波的反射范围,增强了空孔边界处岩体单元的受力强度,导致裂纹的产生和发展。一定范围内空孔直径大小条件下,空孔反射应力波产生的合力方向对背爆侧裂纹扩展产生影响,主要表现为应力波的强度的水平分力方向与裂纹扩展方向的关系,当两者方向相同时对裂纹扩展起到促进作用,裂纹扩展越长;当两者方向相反时,起到抑制作用,裂纹扩展越短。     

三种隧洞掏槽型式的破碎机理及振动特性分析

基于福建泉州某引水工程在建隧洞近距离下穿既有隧洞及重要建(构)筑物的钻爆施工需求,采用数值模拟方法分别研究小空孔九孔直孔掏槽、大空孔单螺旋掏槽、三对孔水平楔形掏槽等三种常见掏槽爆破型式的岩石破碎机理及诱发的振动特性。探索既能够顾及隧洞开挖进尺效率,又能够满足爆破振动安全要求的掏槽孔布置型式和钻爆参数。在短进尺条件下,采用三对孔水平楔形掏槽布置型式,所形成的槽腔面积相对较大,并因岩体中有效应力更小,所诱发的爆破振动强度相对偏低。反映在隧洞钻爆的爆破振动时程上,由三对孔水平楔形掏槽爆破引起的爆破振动值没有特别突出的现象。     

《岩石深孔爆破技术新进展》新书简介

周传波、何晓光、郭廖武、张敢生著写的《岩石深孔爆破技术新进展》于2005年3月，由中国地质大学(武汉)出版社出版发行。本书归纳了作者近年来从事深孔爆破技术理论与应用研究的主要成果。包括利文斯顿爆破漏斗理论现场应用技术；深孔爆破的岩体可爆性评价；深孔爆破一次成井掏槽方式的数值模拟优化；深孔爆破物理模型试验；异直径深孔爆破技术研究。     

菱形楔形混合掏槽爆破的数值模拟研究与应用

为了提高隧道在坚硬岩石条件下深孔爆破的掘进效率,首先提出了菱形楔形混合掏槽技术,计算了掏槽爆破技术参数;然后采用数值模拟研究了混合掏槽的爆破成腔过程及应力波的传播规律,实现了槽腔过程的可视化,并提取了关键部位的有效应力峰值;最后进行了现场应用试验。研究表明:该掏槽方式形成了多级多段掏槽,增加了爆炸应力波对坚硬岩体拉伸压缩破坏的次数,有利于破碎坚硬岩石;菱形掏槽炮孔侧面单元的有效应力峰值上下波动小,能量分布平均,能减弱炮孔过长引起的岩石夹制作用,形成稳定成型的槽腔;经测试,平均炮孔利用率达到了94%,验证了菱形楔形混合掏槽爆破参数的合理性。