边坡爆破振动高程效应的实验分析与研究

经过对边坡爆破振动实验测试数据的分析和比较，发现在距爆源一定范围内，水平爆心距相等或很接近条件下。爆源上方的质点振动速度大于爆源下方质点振动速度，在高程和水平爆心距对质点振动速度的影响因素中，高程影响因素的权重相对较大。同时，通过对测试数据回归分析发现，地震波能量不仅随着高程的降低而减小，而且还受到边坡地形的影响，在变坡点处地震波发生绕射形成新的震源，影响爆破地震强度。     

地应力作用下偏心装药的炮孔裂隙分布

根据爆炸应力波和爆生气体的理论,考虑地应力的作用,结合断裂力学中最大周向应力理论,推导出了偏心不耦合装药条件下初始裂隙和扩展裂隙的计算公式。选取2号岩石乳化炸药和3类典型岩石参数对偏心不耦合装药下的裂隙范围进行了计算,并分析地应力对爆炸应力波引起的初始裂隙的影响。结果表明:炮孔壁上各点的不耦合系数由偏转角度α、炮孔与药卷半径之差决定;炮孔上不耦合系数的不同,致使偏心不耦合装药结构下裂隙分布十分不均匀,耦合侧与不耦合侧裂隙长度存在较大差异;地应力的存在抑制了裂隙的扩展,随着地应力的不断增大,炮孔周边裂隙范围逐渐减小,不耦合侧最短裂隙对应角度α逐渐增大,且其裂隙范围接近粉碎区半径。当3类岩石爆破施工中遇到高地应力时,采用三角形布孔,考虑不耦合侧裂隙很短或者不产在的情况,炮孔间距应控制在0.45~0.70 m之间。     

小间距隧道爆破振动安全影响因素分析

为分析小间距隧道爆破参数的改变对相邻隧道既有结构的影响因素以及爆破中爆破参数改变对临近隧道爆破振动的作用效果。通过对既有隧道进行振动监测并对监测数据进行分析,总结振动衰减规律,得到隧道监测质点的振动峰值主要受到爆心距、临空面、装药结构、岩性参数等因素的影响较大,同时通过优化临近隧道的开挖方式、支护方式能够有效的减小爆破监测质点的峰值振动速度。     

减震带对台阶爆破地震效应的影响

采用动力有限元方法,利用ANSYS/LS-DYNA软件建立了无减震带和有减震带的爆破地震效应的数值模型,研究了质点振动速度与爆破应力波的变化,分析了减震带对台阶爆破地震效应的影响。结果表明,质点振动速度随着爆心距的增加而减小,但有减震带的原点振幅较小,振幅平均降低84%;应力波传播过程中,从减震带的底部绕射,减震带对地震波有阻隔延迟作用,可将其应用到露天爆破工程。     

微地震震源地震波能量的计算方法

由工程爆破中普遍采用的质点峰值振动速度与炸药量和震源距关系的经验公式推导出质点峰值振动速度与震源能量和震源距关系的经验公式,并作为微震地震波能量衰减公式.在公式中引入地震波能量特征系数K₁描述震源能量与震源峰值振动速度之间的比例关系,并认为K₁主要与震源场地介质特征有关,而与爆破参数无关.通过校验炮数据的回归分析获取监测区域能量特征系数K₁.采用能量衰减模型,以微震事件各测点的峰值振动速度、震源距及K₁为已知量,以震源能量及衰减系数为回归参数进行回归计算,直接反演出震源能量.本文方法为震源能量计算提供了新的思路和方法.     

岩体及充填体爆破振动速度衰减规律研究

巷道掘进爆破中,爆破振动是影响巷道稳定性和充填体稳定性的重要因素,频繁的爆破振动会对巷道围岩和充填体造成损伤,最终发生失稳破坏。通过建立爆破振动监测系统,改进爆破方案和监测位置研究岩体和充填体爆破振动速度衰减规律,得出岩体与充填体振动速度衰减规律的差异性,从而优化焦家金矿爆破药量。研究结果表明：距离爆源越近,爆破振动速度越大,而且会随着爆心距增加逐步衰减;最大振动速度出现在爆源附近,采场爆破对充填体的扰动破坏更大;距离爆炸点相等的充填体平均振动速度为0.223 cm/s,要大于岩体平均振动速度(0.087 cm/s)。根据焦家金矿岩体爆破振动速度传播特点,结合GB 6722—2023 《爆破振动安全规程》,得出了最大单段药量与安全距离的对应关系,提出了一种新的动力应力比法,不仅为优化凿岩爆破设计和爆破药量设计提供依据,而且为焦家金矿深层矿床安全高效开采提供可靠的保证。     

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...     

矿柱爆破回采对胶结充填体损伤影响试验研究

为确定井下矿柱爆破回采对胶结充填体的破坏范围,选用大红山铜矿现场胶结充填体及同等强度的矿柱模拟材料,在井下废弃但安全的巷道内开展矿柱爆破回采模型试验,并采用超声波测试及爆后表观裂纹观测的方法,分别从损伤度变化和裂纹扩展2个方面探究爆破荷载下胶结充填体的损伤规律。研究结果表明:爆破荷载下胶结充填体在爆心距为45～125 cm的损伤度明显高于爆心距为145～205 cm的损伤度;胶结充填体处裂纹最长可扩展至71.5 cm;根据试验模型中胶结充填体损伤情况,将其划分为稳定区、损伤区和破坏区,该配比下胶结充填体损伤度0≤D0.07为稳定区,0.07≤D≤0.22为损伤区,0.22D≤1为破坏区。     

中深孔爆破块度控制的最佳不耦合系数试验研究

分析了中深孔台阶爆破装药不耦合系数的选取方法。结合上海洋山港区工程爆破及抛填项目进行小台阶模型试验,研究不耦合系数对块度的影响情况。小台阶模型试验几何常数取为10,试验选取单排孔形式进行,分别选取1.0、1.25、1.50、1.75、2.0等5种不耦合系数,共完成10次模型试验。对每次试验爆后岩块粒度大小分布筛分统计,将爆后岩体块度统计数据进行相关线性回归处理,得出均匀指数、特征块度、相关系数、K_(50)等四项爆破块度评价指标随不耦合系数的变化关系。结果表明,用不耦合装药可以大大改善爆破的块度指标,且有最佳不耦合系数。上述工程二期大指头岛爆破现场,其最佳径向不耦合系数为1.5～1.75。     

不同耦合介质光面爆破裂纹发展数值分析

为研究不同耦合介质条件下光面爆破裂纹发展特性,基于ANSYS/LS-DYNA动力有限元程序,利用脆性材料的Von Mises破坏准则,建立了不同炮孔间距、不同抵抗线条件下的光面爆破数值模型,分别分析了空气和水作为径向耦合介质下光面爆破裂纹发展规律。研究发现：由于2种物质的性质不同,导致耦合作用机理的不同,传递给岩体的爆炸能量有所差别,进而影响炮孔间裂纹的发展,数值模拟结果证实了这一点。空气耦合下的光面爆破较易形成合格的贯通裂隙,且炮孔周边爆生裂纹相对较少,裂纹分叉现象较少;水耦合条件下贯通裂隙形成质量较低或者不形成贯通裂隙,炮孔周边裂纹较发育,裂纹分叉现象较多,不利于炮孔间径向裂纹的贯通。2种耦合介质下,炮孔连心线上的Von Mises应力衰减曲线均符合幂函数衰减,水耦合条件下,炮孔壁的Von Mises应力明显高于空气耦合,但衰减速度相比空气耦合条件下较小。随着不耦合系数的增大,传递给岩体的压力减小,岩体爆破裂纹减少,不耦合系数为2.1时爆破效果最佳。     

露天矿预裂爆破对边坡的损伤研究

基于质点振速对岩体损伤的判据,利用Tc-4850爆破振动测试仪,对某大型露天铜矿的预裂爆破荷载作用下产生的边坡损伤效应进行了现场试验研究。研究表明:预裂爆破对高陡边坡的影响深度为0.45-0.75m;随着与爆源距离的增大,岩体爆破损伤程度减小,累积损伤效应逐渐变得不明显;水平和垂直方向测试结果存在着较大的差异,说明爆破作用下岩体损伤具有各向异性的特征。测试结果为进一步进行岩体力学参数的研究和高陡边坡的稳定性分析提供了参考依据。     

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。     

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。     

银山矿业露天采场生产爆破振动测试分析

为研究露天开采过程中生产爆破振动波的衰减规律及其对临近边坡稳定性的影响,以银山露天矿爆破开采工程为背景,对露天采区进行爆破振动效应测试试验。试验结果表明:(1)根据测点与爆源距离、单段最大爆破炸药量、实际测得的振速,采用数理统计原理的最小二乘法进行线性回归分析,得到爆破地震波衰减参数K、α,其爆破振动质点振动速度衰减规律公式为:■;(2)采区临近边坡爆破时,宜采用预裂爆破等控制爆破技术,减少单段最大爆破药量及爆破规模,以此降低爆破振动对边坡稳定性的影响。     

基于灰狼算法改进随机森林算法的爆破振动速度预测研究

为改善露天矿爆破作业过程中的峰值质点速度在采用传统经验公式和单一仿生算法时预测精度不够的问题,引入灰狼算法(GWO)优化了随机森林算法(RF)中决策树的棵数和层数2个超参数,成功构建了基于灰狼算法改进的GWO-RF爆破振动速度预测模型。结合某爆破工程69组爆破监测数据,以爆心距、最大段药量、总装药量、微差时间、炮孔数、孔距、孔深及排距为输入参数,运用GWO-RF预测模型和RF模型进行爆破振动峰值速度预测对比。结果表明：GWO-RF组合算法能够考虑更多符合实际的爆破振动速度影响因素,GWO-RF组合算法误差率比RF算法提高了37.83百分点;GWO-RF组合算法的爆破振动速度预测精度达到97.72%。说明GWO成功优化了RF中决策树的2个超参数,也证明GWO-RF组合算法能很好进行露天矿爆破振动速度预测。     

宽孔距爆破技术研究应用现状

从宽孔距爆破技术的模型试验及应用现状的分析,认为难爆多裂隙矿岩的裂隙性质大大影响了宽孔距爆破密集系数的大小,其裂隙的增大使得密集系数减小。因此宽孔距爆破试验模型材料的选择,要考虑节理及裂隙等因素,以便从试验中得出节理、裂隙对宽孔距爆破参数的影响。实际上,宽孔距爆破技术通过炮孔的起爆方式体现在炮孔的动临近系数上,已在各矿山、采石场等地得到广泛的应用。     

石英脉型钨矿山中深孔爆破震动规律分析与预测

针对石英脉型钨矿山细脉带型矿体中深孔爆破引起的爆破震动问题,进行采场爆破震动现场监测,探究震动速度、频率和能量随爆破炸药量、爆心距的变化趋势,并构建矿区爆破震动预测模型。研究结果表明,震动速度随着药量的增加或爆心距的减小而增大,主震频率随着药量的增加而降低,各频带能量与炸药量呈正相关,随爆心距的增加各频带能量减小,能量重心向低频转移,但信号的总能量却呈衰减之势。基于小波包技术的爆破震动预测在震动速度及频率范围两个方面较为准确,可满足工程计算和分析要求。     

装药结构对煤层深孔聚能爆破增透的影响

针对装药结构对聚能爆破煤层增透的影响,在分析装药结构对爆炸应力波传播特性、爆破裂隙分区影响的基础上,基于平煤十矿己组煤层瓦斯地质条件设计了煤层深孔聚能爆破现场试验方案,通过现场试验探讨了装药结构对煤层深孔聚能爆破在水平方向和竖直方向上的影响.实验结果表明：装药结构影响煤层深孔聚能爆破增透效果,煤层深孔聚能爆破后,在水平方向爆破影响区内瓦斯抽采浓度平均增幅为52.78%;竖直方向上距离爆破孔相同距离的考察孔在爆破后,处于爆破孔上方的考察孔无炮烟逸出,处于下方的考察孔有炮烟逸出,证明偏心不耦合装药结构对爆破孔上方煤层影响小于对下方煤层影响,爆破孔上方爆破裂隙范围小于下方爆破裂隙范围.     

空气间隔装药爆破模型在矿房回采中的应用

针对矿房回采时连续装药爆破造成的大块率高、振动大的问题,建立了4种不同空气柱长度和不同装药量的空气间隔装药结构爆破数值模型。通过分析各装药结构爆破时炮孔内与崩矿自由面上的爆炸应力场,得到在一定工程范围内,装药量相同的情况下,有效应力随空气柱长度的增大而减小;当空气柱长度相同时,装药量越大,有效应力越大;应力峰值呈现出在装药段处最大、空气段处减小及空气段中部应力最小的规律,与理论分析基本吻合。运用Von Mises屈服准则判断是否发生破坏,并通过分析自由面上质点的振动速度来反映爆破效果,选出最佳装药结构方案。     

切缝药包爆破定向断裂机理及围岩损伤特性分析

依据弹性波动理论,结合冲击波在岩石或类岩石介质中的传播规律,建立了切缝药包爆破时切缝方向与非切缝方向的孔壁峰值应力、粉碎区和裂隙区范围之间的比例关系.利用AUTODYN软件建立了切缝药包爆破模型,在其切缝方向与非切缝方向各等间距设置5个测点,对测点处的应力峰值、爆破振动速度峰值以及峰值对应的时间进行了分析.而后基于淮南矿区顾北煤矿的巷道爆破试验,进行了普通药包、切缝药包以及不同周边孔间距的爆破试验,研究了切缝药包以及周边孔间距的大小对围岩损伤度的影响.结果表明,使用切缝药包爆破时,在其切缝方向会产生爆轰产物射流和应力集中,同时会减弱非切缝方向的应力峰值和爆破振动速度,延缓非切缝方向的能量传播速度,减弱非切缝方向的能量传播大小,从而达到定向断裂的目的;通过现场试验可以发现,使用切缝药包比使用普通药包爆破后,围岩的损伤度下降了30%以上;当使用切缝药包爆破时,随着周边孔间距的增大,爆后围岩损伤度呈下降趋势.