扇形孔爆破裂隙的数值模拟

对扇形孔爆破裂隙产生机理的认识可以为改进爆破方案提供科学依据。利用程潮铁矿中深孔落矿参数及岩石的基本力学参数,通过AUTODYN软件,应用Johnson-Holmquist(J-H)材料模型,来模拟岩石爆破产生的裂隙。通过在炮孔之间的孔底、中间和孔口位置添加高斯点来记录爆破过程中最大爆破应力变化。通过模拟结果分析,炮孔越是密集的地方爆破应力越大,爆破裂隙也越多;相邻炮孔间隔时间起爆可以大幅度提升孔底岩石的最大爆破应力;相邻炮孔间距较小时,间隔时间起爆的作用就不明显了,岩石受到的最大爆破应力主要受距离近的炮孔爆破应力波的影响。     

爆破机理的回弹假说与蓄能爆破技术研究

露天爆破过程中的偶然发现,使我们对传统的预裂爆破机理产生怀疑。实验结果显示,即使没有应力波和爆炸气体的存在,也同样可以实现预裂效果。本文在三个基本假设的前提下,建立了单排孔齐发爆破两炮孔间岩石应力状态模型,提出了爆破机理的回弹假说,并依此设计了一种以缓冲孔为动力源的邻近边帮控制爆破方式——蓄能爆破。回弹假说认为,当蓄能孔刚好处于缓冲孔的回弹位移区内时,回弹位移区的岩石在主动位移区前移腾出空间后,将储存的弹性变形能释放,产生垂直于炮孔连心面上的拉力,这个拉伸力是使岩石产生裂缝的动力源。由于动力源和成缝机理各不相同,蓄能爆破是有别于预裂爆破、光面爆破的一种全新的邻近边坡控制爆破形式。     

煤矿岩石巷道楔形掏槽爆破数值模拟分析

通过LS-DYNA数值软件模拟了煤矿岩石巷道楔形掏槽爆破,分析了爆炸应力波传播规律及被爆岩体底部的应力特征。结果表明:楔形掏槽爆炸开始后,应力波从炸药底端呈锥状向被爆岩体自由面方向扩展,并迅速与相邻炮孔的应力波开始叠加;应力波到达自由面,在自由面处发生应力波反射形成拉伸波,拉伸波与正向传播的压缩波继续叠加在岩体中继续传播,叠加有利于被爆岩体底部掏槽炮孔所包夹的岩石发生破碎,形成爆破槽腔。     

不同介质间隔装药爆破数值模拟

为研究间隔介质对间隔装药爆破效果的影响,利用非线性动力分析软件LS-DYNA,建立单炮孔模型并进行模拟。观察水、空气间隔时爆破过程中应力发展,分析孔壁压力的变化,孔口有效应力分布及岩石中应力衰减过程。研究表明:水间隔爆破时,作用在间隔段孔壁上压力比空气间隔时大,但水间隔时岩石中爆炸应力衰减速度更快,当爆心距超过一定范围后,不同间隔介质装药爆破在岩石中产生的应力趋于一致;水间隔爆破时,炮孔孔口处有效应力峰值略小,但其峰值脉冲时间更长,更有利于孔口岩石破碎,降低大块率,改善爆破效果。     

多孔同段聚能爆破煤层增透数值模拟及应用

构建三维多孔同段(多个炮孔同时起爆)聚能爆破模型,利用ANSYS/LS-DYNA软件再现聚能射流及爆炸应力波传播与叠加的过程,探讨应力波的传播规律;同时对多孔同段聚能爆破下不同间距炮孔间的煤体单元应力进行了分析。研究结果表明,炸药爆炸后形成聚能射流侵彻煤体,随后形成的爆炸应力波沿着各自的方向传播,之后相遇叠加,相邻炮孔间距越大,应力波叠加所需时间越长且叠加应力越小;比较不同间距相邻炮孔间煤体单元应力,发现裂隙首先在炮孔周围产生,随着爆轰气体的传播,裂缝将主要沿着炮孔连线扩展。只要相邻炮孔间距得当,相邻炮孔间煤体区域相当于受到2次爆破作用,使得煤体裂隙充分发育并相互贯通,提高瓦斯抽采率。同时在平顶山开展了煤层多孔聚能爆破现场实验,结果表明多孔聚能爆破能有效提高煤体致裂程度,同时确定了多孔聚能爆破最佳相邻炮孔间距。     

起爆方式对爆破损伤影响的数值分析

为了研究不同起爆方式下柱状药包的爆破效果,采用有限元软件,对不同起爆方式下爆轰波的传播、叠加和损伤演化进行了分析,得出结论 :沿着爆轰波传播方向,炮孔围岩会形成高压力区,有利于岩石破碎;正向起爆时的孔口损伤区大于反向起爆,有利于孔口的破碎,但是底部损伤区较小,不利于消除"根底";反向起爆炮孔底部损伤区域大于正向起爆,有利于炮孔底部岩石破碎,能较好地消除"根底"现象。     

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。     

露天矿临近边帮控制爆破岩石成缝机理的讨论

通过预裂爆破模拟试验，对应力波叠加理论，爆炸气体的“气楔作用”等分别进行了验证，同时以爆破测震为佐证，从理论上否定了预裂爆破，并以充分的证据证明，预裂爆破实施后，根本没有产生预裂缝，留下的半壁孔是实施主爆破时缓冲孔蓄能作用的结果，在此研究成果的基础上，提出了岩石成绩机理的回弹假说，并据此假说提出了一种新的临近近边帮控制爆破方法－蓄能爆破，回弹假说认为爆破的真正动力源是缓冲孔，缓冲孔爆炸后，邻近边帮的岩石受到压缩产生弹性变形，储存了弹性变形能，当有了足够的补偿空间后，岩石在惯性作用下恢复原状，变形能释放产生垂直于炮孔连心线上的拉伸力，当拉伸力大于岩石的结构力时，岩石产生裂缝。     

Boulder Buster──一种非炸药型大块爆破装置

从工艺上讲，BoulderBust6r是一种非炸药型大块爆破装置，它不需要由持爆破执照的专门爆破工来操作。BoulderBuster装置是一种紧凑而简单的爆破工具。其工作原理是利用由一个激波管产生冲击波并通过水来转播以破碎岩石和大块、使用时，在岩石上钻一个适当孔径的孔，然后灌入水，把装置插入孔中。激波管非常象一个口径12mm猎枪的子弹，只是尺寸稍有不同。此激波管装在装置中。当起爆激波管时，快速产生压力波，并经水柱传播开来，作用于钻孔时在宕石中产生的裂缝上。这个压力波与由推进作用所产生的静压力一起引起岩石张力破裂。BoulderBu…     

深孔爆破的炮孔封堵机理及参数优化研究

深孔爆破炮孔封堵质量的好坏直接影响到炸药能量的有效利用和爆破的破岩效果。通过理论分析、实验室模型试验、数值模拟和现场试验相结合的方法，对超深孔爆破时的炮泥封堵机理、封堵方式、封堵材料的选择以及封堵长度等参数展开研究，获得了炮孔在完全封堵作用下爆生气体对围岩的破坏作用及裂隙生成范围，优选了封堵方法和封堵参数，提高了炮孔封堵质量。在对炮孔封堵机理研究中，通过理论分析，推导出合理的最短封堵长度。在实验室模型试验中，通过对炮泥的直剪试验，获得了炮泥的黏聚力、内摩擦角等物理力学参数。应用LS-DYNA软件对有无封堵情况下的爆破模型进行模拟分析，得到无炮泥封堵时靠近自由面一侧岩体比有炮泥封堵时受到更大的应力作用，进一步分析有无封堵情况下炮孔内部及围岩的应力场分布规律，验证了炮泥封堵可以有效地减少爆生气体的逸出，将爆破能量更好地集中于岩石深部，使岩石径向裂隙更好的发育，说明有炮泥封堵情况下，爆炸应力波与爆生气体的共同作用可以更好地提高炸药破岩效率。通过PFC软件分析了不同封堵长度的炮泥移动规律，得到合理的炮泥长度是确保爆生气体作用及不产生外部破坏的主要因素，并验证了最短炮泥封堵长度的理论计算方法，同...     

水压爆破应力波传播及破煤岩机理实验研究

开展了水压爆破爆炸应力波传播及破煤机理实验研究,采用超动态应变测试系统对模拟煤体中产生的爆炸应变进行了采集分析,研究了水压爆破爆炸应力波在煤体中的传播,根据损伤破坏区域、裂纹形态等爆破效果,研究了水压爆破破煤机理,通过分析水、空气2种炮孔不耦合介质对煤体爆破作用的影响,对比证明了水压爆破煤体致裂效果明显。研究结果表明:煤体首先呈现塑性压缩破坏,在炮孔周围形成粉碎区,粉碎区半径约为炮孔半径的1.5倍;然后呈现脆性拉伸破裂,形成大范围裂隙区,裂隙区半径约为炮孔半径的13倍;最后应力波衰减为地震波,引起煤体质点产生弹性震动,形成爆破松动区。     

爆生裂缝扩展长度的理论研究

炮孔不偶合装药爆破时，爆生气体准静压力是爆生裂缝产生的主要原因。作者运用岩石强度理论和岩石断裂理论，分析探讨此装药条件下爆生裂缝的扩展长度。     

气体压力对爆破岩石作用的模拟

俄亥俄州立大学已开展数个研究课题,旨在确定气体压力在爆破岩石中的作用。为了进一步证实气体压力是破岩机理中的首要因素,开发了计算机模拟技术,以定量描绘破岩与气体压力之间的相互关系。考虑了四种一般情况:(a)炮孔压力仅作用在孔壁岩面上;(b)岩体含垂直双裂纹;     

岩体结构面对光面爆破效果的影响分析

基于光面爆破机理和平面弹性波理论,分析了爆炸应力波、爆轰气体对不同方位岩体结构面的作用过程,揭示了结构面影响光面爆破效果的原因。认为岩体结构面与预定光面相交,当二者交线与两炮孔连心线垂直时,结构面的阻隔作用将削弱爆炸应力波、爆轰气体准静态压力分别在炮孔连心线上的叠加,预定光面难以形成;当二者交线平行于两炮孔连心线(结构面走向与连心线方向一致)时,结构面具有自由面的作用,光面爆破效果亦难保证。     

围压作用对深孔爆破效果影响的研究

目前,深孔爆破在煤矿坚硬顶板冲击矿压防治、煤层增透等方面应用广泛。深孔爆破炮孔处于围压作用中,但围压作用对深孔爆破效果的影响研究尚不完善。本文利用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件,模拟有无围压两种条件下爆破裂纹形成过程,基于岩石爆破后破坏特征,对比分析了有无围压条件下破碎区、裂隙区及震动区的异同及爆破裂纹形态差异。研究结果表明：(1)无围压条件下裂纹扩展方向是以炮孔为中心向四周呈放射状较均匀分布,而围压条件下裂缝主要延伸方向与最小主应力方向夹角约20°,相对应的裂纹长度也有所减小,说明围压显著影响爆破裂纹最终形态;(2)两种条件下破碎区形成时间和半径基本一致、边界单元压力-时程曲线与冲击波峰值压力变化曲线形态大致相同,说明爆破破碎区的范围及爆炸过程中产生的应力波、冲击波在传播过程中的传播速度、传播规律、衰减规律受围压作用的影响较小。     

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...     

浅埋工作面顶板预裂爆破分形力学与模拟分析

针对纳林庙二号井621-02浅埋工作面采用"直线"炮孔预裂爆破后,在基本顶初次断裂时产生强烈的矿压显现现象,基于对顶板预裂爆破机理和炮孔布置的分形几何理论分析,给出了不同炮孔布置方式的分形维数表达式,计算出"三角形"布置炮孔的分形维数为1.15,显著大于"直线"布置炮孔的分形维数1.0。据此提出了"三角形"布置炮孔预裂爆破的改进方案,利用有限元非线性动力学软件LS-DYNA对2种爆破方案的Mises应力演化规律进行数值模拟分析,结果表明:改进方案反射应力波的做功效果更好,应力波的衰减更慢,有利于爆炸产生的能量更充分地去破碎岩石。     

基于损伤的光面爆破参数优化数值模拟研究

针对大断面井巷掘进爆破产生的围岩损伤及超欠挖问题，需要对光面爆破参数进行优化研究。运用LS-DYNA软件，建立爆破模型，研究装药结构、孔间距与光爆层厚度对损伤变化的影响，并对现场参数进行优化。研究结果表明：炮孔装药部分两孔间损伤变化，在起爆后炮孔周围产生压裂损伤；随着冲击波扩展强度逐渐降低转变为应力波，此时矿岩未产生损伤破坏；随着应力波在炮孔间叠加效应，在中心线产生损伤并向两侧延伸；空气间隔装药损伤变化，随着应力波向空气间隔中心传播，损伤也逐渐向中心发展，损伤厚度逐渐降低，在中心处交汇并促进了损伤的扩展。空气间隔有利于应力波的传播，促进了损伤的发展。在空气间隔区域的原岩损伤主要是由相邻炮孔的应力波叠加与中间炮孔空气间隔区域两侧炸药引起的应力波的相互作用造成。空气间隔长度与炮孔孔间距增大，都会降低空气间隔区域岩石的损伤程度及厚度。根据理论计算与数值模拟结合，可以得出间隔距离为500 mm、孔间距为600 mm、光爆层厚度为700 mm较为合适。通过现场实验，提高了光面爆破效果，减少由于超欠挖现象造成的后期支护成本的增加，取得了良好的效果。     

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。     

沿空留巷双向聚能爆破炮孔间距参数研究北大核心

为解决沿空留巷中选取合理炮孔间距难题,基于双向聚能爆破成缝机理,建立联孔聚能爆破力学模型,引入聚能管影响参数,分析爆破后岩石裂缝扩展长度,推导炮孔间距计算公式;并以邱集煤矿为工程背景,计算得合理炮孔间距为1.0 m;采用LS-DYNA软件对间距为0.8、1.0、1.2 m的双孔聚能爆破裂缝扩展过程进行模拟。结果表明:在距炮孔中心0.2 m处聚能方向岩石所受应力峰值是非聚能方向的2.6倍,炮孔连心线方向裂缝更易扩展;当炮孔间距为1.0 m时,两孔间裂缝完全贯通且炮孔连线中心无竖向裂缝产生。经邱集煤矿现场试验证明,采用间距为1.0 m的炮孔爆破切顶后,孔内形成连续裂缝,炮孔间裂缝贯通形成切缝面,与理论计算和数值模拟结果相符。