基于RHT模型双孔同时爆破均质岩体损伤的数值模拟

为探究双孔爆破时炮孔间距和额外自由面对爆破过程中爆破损伤的影响,基于RHT（Riedel-Hiermaier-Thoma）损伤本构建立了多组三维数值模型,利用模型损伤云图研究不同爆破条件下的岩石爆破过程,通过自定义变量—有效损伤率的变化探究炮孔周围岩石损伤的时空演化过程。结果表明：随着炮孔间距的增加,岩石有效损伤率逐渐递减,相同截面处的有效损伤率在炮孔间距最小的方案中最大,相邻炮孔间的爆破能量叠加作用随炮孔间距的增大而减弱,合适的炮孔间距可以获得更加理想的爆破效果;岩石有效损伤率随着自由面到炮孔中心处距离的增大而逐渐减小,爆破能量倾向于向自由面方向传播,额外自由面对爆破能量分布的影响随自由面与炮孔间距的增大而减弱。数值模拟结果对研究双孔爆破能量的传递法则具有一定的借鉴意义。     

切缝药包爆破应力分布规律的研究

本文通过对切缝药包在铅铸体中爆炸和动光弹爆炸加载试验的力学分析与研究，得出了切缝方向上作用于孔壁的压力发生突变，即在该方向形成了高度应力集中的结论，同时根据砂浆模型试验表明，切缝方向孔壁介质的破坏是拉应力作用，而垂直于切缝方向的主应力是压应力，故而破坏面是切缝方向。     

露天矿中深孔柱状药包爆破应力场分布研究

文章建立了两组柱状药包模型及一组集中爆破药包模型,通过集中药包与柱状药包爆炸应力波传播特性的比较,得出二者在应力场动态分布及强度大小的不同及柱状药包的不同起爆方式下应力波的传播规律和应力分布的差别,进一步充实了柱状药包爆破理论。     

切缝药包爆破定向裂纹与张开节理相互作用的实验研究

为了探究切缝药包爆破定向裂纹与张开节理的相互作用过程,采用动态焦散线方法,结合高速摄影技术,开展了爆破模型实验研究。研究结果表明,张开节理对切缝药包爆破定向裂纹的扩展有阻滞作用,定向裂纹不会穿过张开节理继续扩展,而是在经过与节理相互作用后在节理端部产生两条翼裂纹。当定向裂纹垂直入射时,节理两端的受力状态基本相同,两条翼裂纹的起裂和扩展行为基本一致,两条翼裂纹的分布状态基本对称。张开节理的几何特征对翼裂纹起裂时的动态应力强度因子有显著影响,一定程度上决定了翼裂纹起裂的难易程度。当定向裂纹倾斜入射时,节理两端的受力状态存在差异,靠近定向裂纹入射点的一端能够获得更多的起裂能量,从而优先起裂和扩展,并形成更长的翼裂纹。      

煤层深孔聚能爆破动力效应分析与应用

为研究煤层深孔聚能爆破致裂增透机理,构建聚能爆破分析模型,运用理论分析与数值模拟相结合的方法探讨聚能爆破时聚能射流的成型机理、爆炸应力波的传播特点、煤体力学特征和裂隙扩展机理.结果表明:聚能槽集聚爆轰能量形成聚能射流并产生聚能效应,聚能效应显著改变了爆炸应力波的传播特性和煤体的力学性质,在聚能方向煤体所受压应力峰值是非聚能方向的1.10~1.29倍,有效地促进了裂隙的扩展;且主聚能方向煤体所受压应力峰值由次聚能方向的0.85倍增大到1.06倍,放缓了煤体所受应力的衰减速度.此外,煤层深孔聚能爆破工程应用实验表明,聚能爆破后抽采孔平均瓦斯含量是聚能爆破前的1.58倍,有效地提高了煤层透气性和瓦斯抽采率.      

煤矿下山巷道水与空气不耦合装药爆破技术对比研究

为了提高三级煤矿许用炸药能量利用率,改善爆破破岩效果,保证开采区的工作效率,对不耦合装药结构进行优化,以理论推导的方式分别得出空气不耦合与水不耦合装药系数对爆生气体准静压力的影响,并进行了对比分析;通过实验室爆破模型试验研究水和空气径向不耦合分别作用下爆炸应力波的传播分布特性,分析峰值应力与测点到炮孔比例距离、不耦合系数之间的关系,并与理论分析对比验证。结果表明：当不耦合系数相同时,炮孔处水不耦合装药爆炸应力波峰值高于空气不耦合装药,随着不耦合系数的增加,炮孔处爆炸应力波的峰值应力减小;模型试验测得同一测点的水不耦合装药峰值应力是空气不耦合装药峰值应力的1.15~1.52倍,峰值应力作用时间长于空气不耦合装药,同一测点水和空气不耦合装药结构测得的应力波及其峰值应力均随不耦合系数的增加呈负幂函数衰减,且空气不耦合装药时衰减得更快,与理论分析一致;贵州某煤矿下山巷道,于梯形掘进断面实施传统空气不耦合装药结构掏槽爆破,效果不甚理想,运用水不耦合装药爆破技术,提高了炮孔利用率,减小了岩石破碎块度,使爆堆集中,显著提高了岩石破碎效果与出渣效率。     

310 mm孔径微差爆破降振研究

为有效降低310 mm孔径爆破对边坡的振动损伤，开展微差爆破降振研究。运用数值软件构建逐孔起爆模型，开展不同延期工况的爆破模拟，对应力波传播、应力峰值和应力时间作用强度等特征进行分析。研究结果表明，对于台阶底部，同时增大或减小孔排间延期，应力时间作用增强；对于台阶中部和上部，减小孔间延期，应力时间作用减弱，而增大孔间延期且减小排间延期，应力时间作用增强；对于台阶后方，增大排间延期或减小孔间延期，应力时间作用减弱。基于数值模拟分析，现场试验时将最后一排的排间延期增大20 ms。通过最小二乘法对试验前后爆破测振数据回归分析，对比可知，延期优化后距爆区后方10 m处的振动峰值下降39%，后方20 m处的振动峰值下降22%，反映出了显著的减振效果。     

地应力对煤层深孔聚能爆破致裂增透的作用

针对地应力对煤层深孔聚能爆破致裂增透问题，在分析钻孔围岩应力场、爆生裂隙扩展及动态卸载效应的基础上，对不同地应力条件下聚能爆破作用过程及裂隙发育特征进行了数值模拟，并通过在不同埋深下的聚能爆破现场试验，探讨了地应力对煤层深孔聚能爆破致裂增透的作用。结果表明:在高地应力煤层进行深孔聚能爆破时，地应力在煤层深孔聚能爆破裂隙扩展不同阶段的作用存在较大区别，在未进行聚能爆破时，钻孔围岩应力状态及形变特征由钻孔形态以及地应力共同决定。在聚能爆破作用初始阶段，由于聚能爆破对围岩产生的冲击作用明显强于地应力，因此爆生裂隙在初期的扩展方向主要由聚能装药结构控制，沿聚能槽开口方向形成定向裂隙；随着裂隙向四周扩展，爆破作用逐渐减弱，地应力作用逐渐显现，钻孔围岩在地应力作用下产生切向压应力，限制了爆破径向裂隙扩展。同时，与主应力方向不同的煤体裂隙在较强的剪应力作用下逐渐沿最大主应力方向偏转。当爆破作用产生的等效动态应力无法继续使煤体进一步压缩时，钻孔围岩内积聚的弹性应变能开始朝爆破中心方向释放，形成新的裂隙。此外，不同方向上的裂隙扩展范围受侧压系数控制，当垂直主应力一定时，随着侧压系数增大，最小主应力方向的裂隙范围进一步减小。      

瓦斯抽放煤层增透深孔聚能爆破钻孔参数

以焦作煤业集团九里山矿煤层深孔聚能爆破试验为基础,利用数值模拟分析了爆破煤体应力变化规律,发现聚能爆破效应导致应力峰值增大,扩大了煤体裂隙区范围.同时对聚能爆破钻孔参数进行优化,确定了合理的炮孔直径、爆破孔间距、爆破孔与邻近抽放孔及煤层顶底板间距.现场试验结果表明:优化的钻孔参数不仅使聚能爆破增透效果显著而且保证了爆破过程的安全.      

隧洞爆破开挖围岩损伤阈值

以台山核电站取水隧洞爆破掘进工程为实例,通过现场爆破振动试验及监测、现场声波试验,结合动力有限元软件ANSYS/LS-DYNA对爆破开挖过程进行模拟。采用智能爆破测震仪TC-4850监测得到了隧洞爆破时岩石质点爆破震动的质点峰值震动速度、震动速度主频。提出以爆破振动速度表征的台山核电站取水隧洞爆破掘进围岩损伤安全阈值,即将距离爆源20 m处质点振动速度峰值控制在1.5 cm/s以内来确保爆破对围岩的破坏。     

不同地应力下爆破振动效应分析

为研究岩石在不同地应力下的爆破振动效应,选择经验证过的岩石本构,利用ANSYS/LS-DYNA隐式—显式序列求解方法,对不同侧压力系数下岩石爆破过程进行数值分析。分别构建了侧压力系数为0.1、0.5、1.0、2.0、4.0条件下的计算模型,数值模拟结果表明：初始地应力对爆破有较强的抑制作用,岩石破碎区受侧压力系数的影响较小,爆破裂纹优先向较大的地应力方向延伸;岩石质点振动速度峰值（PPV）到达时间不受侧压力系数的影响;当侧压力系数小于1.0时,水平方向的质点振动速度峰值大于竖直方向;当侧压力系数大于1.0时,竖直方向的质点振动速度峰值大于水平方向。     

不同地应力条件下含节理岩体爆破的数值模拟

将爆破损伤视为爆破应力波和爆生气体压力共同作用的结果,分别考虑不同的地应力条件(侧压力系数0.5、1和2,竖直方向地应力5 MPa和10 MPa)和节理角度(30°、45°、60°和90°),开展含节理岩体双孔爆破过程的数值模拟,研究爆生裂纹萌生—扩展—贯通过程的演化规律.无节理时,初始应力场对爆生裂纹的扩展具有一定的导向作用,裂纹扩展主方向趋于最大地应力方向.节理对裂纹的扩展方向具有一定的影响,节理角度为30°时,爆生裂纹与节理面连通,形成典型的‘之’字形断裂.节理对裂纹萌生和扩展具有明显的促进作用,有利于孔壁上下侧裂纹沿竖直方向的扩展.      

双孔聚能爆破煤层裂隙扩展贯通机理

针对双孔聚能爆破孔间煤层裂隙扩展贯通问题,基于对双孔爆破应力波叠加效应的分析,建立双孔聚能爆破数值分析模型,研究双孔同时起爆时应力波的传播特征、煤体的应力状态、煤体裂隙扩展贯通规律以及应力波叠加效应对裂隙扩展的影响。结果表明,应力波叠加效应致使两爆破孔中间截面上部分区域及其邻域内形成均压区,迫使部分径向裂隙转向,主导爆生裂隙空白带的形成;两爆破孔间的定向裂隙相互贯通后,爆生气体相互作用促进贯通区裂隙的扩展并贯穿空白带。同时,结合煤层深孔聚能爆破现场试验发现,在两爆破孔外侧,应力波叠加效应促进裂隙的扩展,该作用随着远离爆破孔呈先增加后减小之势;在两爆破孔之间,应力波叠加效应抑制部分区域裂隙的扩展,致使两爆破孔之间不同位置处煤层增透效果有起伏变化。      

深部岩体水耦合爆破裂纹扩展数值模拟研究

为认识深部高地应力岩体水耦合爆破裂纹扩展过程及机理,选择试验验证的RHT本构,采用LS-DYNA对水耦合装药单孔在不同原位应力场下的岩体爆破裂纹扩展进行数值分析.模拟结果表明:水耦合的方法延长了爆炸作用时间,提高了岩体中爆炸应力峰值和PPV(质点振动速度峰值),增强了爆破致裂岩体的效果;原位应力在深部岩体水耦合爆破中起...     

基于地应力和二次损伤的预留光爆层爆破参数研究

对于地下开采,预留光爆层进行二次爆破可以保证巷道掘进面轮廓成形效果,减少围岩损伤。基于地应力、应力波和爆生气体等共同作用理论,对预留光爆层二次爆破进行参数优化。分析预留光爆层厚度对地应力重分布的影响以及二次应力对爆生裂纹扩展的影响,可知二次应力会抑制爆生裂纹扩展,且预留光爆层厚度与二次应力大小呈正相关;分析在不考虑损伤、考虑一次损伤和考虑二次损伤条件下,轴向不耦合系数及炮孔间距大小的变化,可知考虑损伤可以适当增大轴向不耦合系数和炮孔间距。以焦家金矿深部开采工程为背景,对比爆破参数优化前后爆破效果,可知在深部开采时考虑地应力和损伤,能提高半孔率和节约成本。研究结果为地下开采爆破标准化提供了理论依据。     

应力波形对岩石爆生裂纹扩展机制影响的数值模拟

运用RFPA3D动力分析软件模拟了冲击动力作用下含预制裂纹岩石的裂纹扩展过程,探究了应力波峰值、能量、上升及下降速率对岩石裂纹扩展过程的影响。研究表明动载下岩石裂纹扩展形态受应力波上升速率影响,应力波上升速率越快,孔周边岩石越破碎;应力波能量影响裂纹扩展长度,能量越大裂纹扩展越长,而相同能量条件下,应力波上升速率越小,裂纹扩展距离越远,但孔边破碎程度越弱;上升速率和应力波上升沿能量共同影响着炮孔粉碎区半径。数值模拟结果很好地揭示了不同应力波峰值、能量与上升/下降速率对岩石的破碎机制,在实际爆破作业中可以通过水炮泥封口或者采用空气柱间隔装药结构来延长应力波作用时间,以达到扩大爆破影响范围的目的,而通过选取合适类型与配比的炸药来提升应力波上升速率从而增强孔边破碎效果。