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...     

深孔预裂爆破在工作面过大落差断层中应用

传统回采工作面过大落差断层采用搬家方式,存在耗时长、煤炭资源浪费等问题。本文提出将深孔预裂爆破技术应用于采面过大落差断层中,辅助采煤机割岩,并详细对爆破钻孔装药结构、装药方式、封孔、爆破等技术进行分析。现场应用表明,采用深孔预裂爆破技术后,爆破孔间岩石块度分布均衡,爆破破岩效果显著,可以辅助采煤机破岩,使得采煤机可以顺利通过大落差断层。     

孔底轴向水介质不耦合效应的数值模拟

运用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA对耦合装药和孔底水不耦合装药2个模型孔底起爆进行计算,对计算结果进行对比分析发现:不耦合装药在模型底部由于水的缓冲作用使得应力、有效应力、最大剪应力、最大主应力峰值较小,但振动加速度、振动速度以及合成位移的峰值较大加速了裂隙的形成和扩展,改变了能量的做功效果,有利于孔底岩石的破碎;在模型的上部与耦合装药监测到的结果较为类似,孔底水不耦合装药对本模型上部炮孔的爆破效果影响甚微。     

装药结构对硫铁矿爆破效果的影响

对硫铁矿深孔台阶爆破的不耦合装药结构、全耦合装药结构和复式装药结构的爆破效果进行了对比实验研究,认为爆破强度较高的硫铁矿使用复合装药结构爆破效果较好,并对爆破效果较好的参数进行了整理,建议复式装药爆破参数应根据下部装药量计算。     

基于岩粉分段装药的爆破技术研究

采用LS-DYNA动力有限元分析程序,模拟计算了深孔台阶爆破条件下炮孔连续装药和采用岩粉作为间隔介质的分段装药爆破效果。对比分析了连续装药和三种不同分段比例的装药结构爆炸后孔壁的压力极值和压力衰减程度,以及通过Von Mises有效应力极值判别自由面单元是否发生破坏。计算表明,炮孔上部装药40%,下部装药60%,中间采用岩粉作为间隔介质的分段装药结构能够提高炸药能量的利用率,更有利于中上部岩石的破碎。通过对青海威斯特铜矿的爆破试验,进一步验证采用岩粉作为间隔介质的分段装药结构不仅可以降低大块率和爆破振动强度,同时还能够减少爆破综合成本。     

大孔径浅孔爆破孔底空气间隔装药技术研究

由于孔底空气间隔装药技术对改善岩土爆破效果的优势比较明显,所以加强其理论分析与实验研究有重要意义。分析孔底空气间隔装药技术的破岩机理,得出气药长度比的关系式;通过运用ANSYS/LS-DYNA3D软件模拟大孔径浅孔爆破的过程,对比连续装药与孔底空气间隔装药的实验数据,证明后者在降低爆破振动和爆破应力、保护基底岩石方面具有优势。     

云浮硫铁矿底部间隔装药技术的应用

装药结构可以改变炸药爆炸性能,从而提高炸药能量的利用率.矿山深孔爆破一般采用连续装药或中间间隔装药,易导致炮孔底部过度粉碎和大块多等问题.云浮硫铁矿在台阶深孔爆破实践中大胆探索,进行了底部间隔装药的理论分析和工业试验,收到较好的爆破效果.     

起爆方式对露天深孔爆破效果影响的数值分析

不同起爆方式对台阶深孔爆破效果有很大影响。利用ANSYS/LS-DYNA对不同起爆方式下岩石爆破的应力进行数值模拟研究,分析应力云图和应力变化曲线表明:全装药段同时起爆和孔底起爆优于两端和中间起爆方式,台阶顶部和底部岩石破碎情况明显提高,有效减少爆破根底,有利于形成平整的台阶面;全装药段同时起爆较其他起爆方式具有较大优势。综合考虑经济效益和作业习惯等因素,露天深孔爆破宜采用孔底起爆方式。     

深孔预裂爆破装药量计算方法及水耦合装药结构优化

岩体内爆破裂隙的发育程度与装药参数密切相关。针对现有装药量计算方法在深孔预裂爆破应用中适用性差的问题,通过建立柱状装药简化计算模型,基于体积法计算原则,提出了一种深孔预裂爆破装药量计算方法,并分析了水压爆破作用机理,对深孔预裂水耦合爆破装药结构进行优化,解决了深孔封堵劳动量大、含水地层封堵困难、炸药拒爆等不易处理的难题。采用上述研究成果,在新驿煤矿硬岩巷道开展了综掘硬岩深孔预裂爆破现场试验,借助钻孔成像仪及声波测试仪进行爆破效果检测。结果表明:爆破后孔内岩石大量裂隙增加,岩石完整性下降,封堵段岩石完整性系数下降至0.3～0.5,装药段下降至0.1,综掘机推进过程中爆破区域推进速度增加,验证了装药量计算方法及装药结构的优越性。     

聚能射流侵彻钢板的实验探索

简述了线性聚能装药侵彻钢板的基本理论。通过实验,在改变聚能罩夹角、炸高等条件下对实验数据处理分析,验证了它们与侵彻体的大小形状,侵彻深度的关系。     

基于LS-DYNA的射孔弹侵彻煤层可行性探究

为了解决高瓦斯低透气性煤层的瓦斯预抽问题,采用LS-DYNA3D非线性动力学有限元分析软件对射孔弹压垮药型罩形成射流过程和侵彻煤层进行了数值模拟,分析了金属射流的形成以及侵彻煤层作用范围,侵彻深度1.4 m。并与无药型罩射孔弹侵彻煤层即切缝药卷爆破进行了对比。结果表明,侵彻深度较无药型罩射孔弹提升了250%,作用面积提升了2592%。     

水介质爆破模型试验研究

以水泥砂浆试块为试验模型,进行空气耦合装药及水介质耦合装药爆破试验,分析出不同情况下的爆破后试块的粒度分布特征。对试验结果分析研究表明,水介质耦合装药与空气耦合装药相比,在药量相同的条件下,水介质爆破的粒度更加均匀,大块率降低很多,表明水介质耦合装药的爆破作用强度大、能量利用率高。     

不同起爆点聚能装药爆破射流的数值模拟分析

采用有限元程序对聚能爆破形成射流的过程进行二维仿真模拟,在药型罩、炸药等参数相同的条件下,对起爆点的不同对爆破形成射流的形态和射流基本参数的变化进行了对比分析。结果表明,起爆点的不同对射流形成初期的形状、长度均有较明显的影响;采用双起爆点起爆后最终所形成的射流无论是从射流拉伸的长度上,还是射流头部速度都与单点起爆形成的射流基本相同。     

大断面硬岩巷道聚能爆破设计及应用

基于平煤股份四矿大断面岩巷地质和施工条件,依据聚能爆破技术原理,对原有常规爆破参数进行了优化设计,现场聚能爆破工业性试验结果表明,该设计参数与原参数相比,可提高掘进进尺15%、降低巷道围岩超欠挖量50%、节约成本20%,技术经济效果良好。     

柱状装药爆轰方向的研究

针对爆破中提高爆破质量和更好保护周围环境的问题,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,动态模拟柱状装药的爆破冲击过程,从等效应力云图和主应力-时间历程曲线分析,探究柱状装药爆炸中爆轰方向对应力波和主应力的影响情况,得出了柱状装药爆破中可用炸药爆轰方向来调整作用于岩体破碎能量的结论.     

柱状药包爆破应力波时空衰减规律

柱状药包爆破产生的应力波在岩石介质中的传播规律,是进行爆破理论分析和装药结构设计的重要基础,但是目前柱状药包爆破应力波传播规律仅限于简单的叠加求解。基于球状药包爆破应力波的时空衰减规律,利用现有应力波在岩石介质中的衰减规律与数值模拟相结合验证,得出了较为合理的柱状药包爆破应力波衰减规律。指出柱状药包爆破产生的应力波在炸药传播方向存在递增现象,且柱状药包爆破产生应力波的作用时间相比球状药包有所增加。     

Influence Exerted by Gas Leakages from the Explosion Cavity for a Spherical Charge on Rock Breaking

A calculated scheme is developed for the explosion action of a spherical charge in brittle rock taking account of the ejection of stemming and penetration of gaseous detonation products through the charge borehole into broken rock mass. The influence of stemming parameters on operating efficiency is determined. Estimates are given for the dimensions of breaking zones when the gas finds its way into cracks.     

装药结构对深孔爆破粉矿产出率的影响研究

针对南方某矿大直径深孔爆破生产过程中因粉矿产出量过高而导致的矿石损失问题,开展了不同装药结构对粉矿率的影响研究。基于ANSYS/LS-DYNA软件建立了6种装药结构模型,从模型单元失效比例和爆后块度分布两个方面进行了分析比较。结果表明,在炮孔、炸药直径不变的情况下,通过改变单层药包条数和空气间隔距离的方式,得到装药结构2(1条炸药-1.0 m间隔-1条炸药)的粉矿比例为11.53%、大块比例为5.43%,且其单个区域失效比例方差和单个区域与整体区域失效比例差值方差均较小,为最优炮孔装药结构。工程实践结果表明,装药结构2可以有效降低矿石粉矿率和大块率,提高矿石资源回收率,提高矿山经济效益。     

低能量密度炸药连续装药光面爆破技术研究

为了提高光面爆破成型质量,提出了一种低能量密度炸药连续装药光面爆破技术,利用LS DYNA进行数值模拟,对比2#岩石乳化炸药间隔装药和低能量密度炸药连续装药的应力场,然后将此技术用于长九（神山）灰岩矿四号隧洞控制爆破和露天边坡光面爆破。结果表明：2#岩石乳化炸药间隔装药模型中,装药段与非装药段测点应力峰值相差很大;而在低能量密度炸药连续装药模型中,沿炮孔轴向相同爆心距的测点应力峰值保持一致;使用低能量密度炸药进行连续装药,能够避免装药段的过度破坏和非装药段的欠挖,提高残孔率,且省去了导爆索捆绑时间,提高周边孔装药效率,节省了爆破成本。     

不耦合装药结构下底板岩石松动爆破技术研究

通过刘庄煤矿煤层综采面底板岩石松动爆破现场试验,确定E121105工作面的炮眼均采用水轴向不耦合分段装药结构,反向起爆技术,同时对爆破技术参数(炮眼深度、炮孔装药量、抵抗线、炮眼密集系数和炮孔堵塞等)进行了优化设计,取得了良好的爆破效果。