液态CO2相变破岩参数及数值模拟研究

为更好地了解液态CO₂相变破岩技术,对液态CO₂相变的相关参数进行了研究。并通过调节装药不耦合系数,对传统数值模拟方法进行优化,确定了用于施工现场的布孔方式。结果表明:所采用的CO₂相变致裂器的TNT当量为0.29 kg,乳化炸药当量为0.41 kg;其作用于孔壁上的爆轰压力为1 200 MPa,仅为乳化炸药爆轰压力的7.8%;爆容为509 L/kg,约为乳化炸药爆容的50%;破岩范围半径约为1.75 m。提出了用于工程现场的致裂方案,取得了良好的破岩效果。     

液态CO_2致裂技术在管廊基坑台阶开挖中的应用

为了研究液态CO_2相变致裂下的岩体损伤并获得合理的台阶爆破参数,以随州市绕城南路地下综合管廊为工程背景,在DM95-2.5型致裂器的破岩性能现场试验的基础上,对致裂器破岩能力进行炸药的当量转化。并基于LS-DYNA有限元法对致裂性能进行2D数值模拟验证,最后对液态CO_2相变致裂技术在基坑台阶开挖中的运用进行3D数值模拟研究。结果表明:试验和数值模拟得到的DM95-2.5型致裂器破岩有效半径分别为1.15 m和1.05 m,二者之间具有良好的一致性;单管DM95-2.5型致裂器可等效转化为0.63 kg 2号岩石乳化炸药;当采用孔间距2.0 m,最小抵抗线1.5 m的单排炮孔起爆台阶时,炮孔之间裂纹全部贯通,开挖部分岩体破碎充分且无明显大块产生,爆破效果十分理想。本研究成果可为液态CO_2相变技术在同类台阶开挖工程中的运用提供理论指导和重要的参考价值。     

微风化花岗岩多向聚能爆破破岩试验研究

为解决常规装药爆破能量利用率低的问题,设计了一种可以改变能量分配的新型多向聚能管药柱。以某高速公路岩质边坡为对象,通过3组现场爆破试验,获得了多向聚能爆破和常规爆破下微风化花岗岩的裂纹分布、残孔特征以及炸药单耗等参数,对比分析了两种爆破工艺的爆破效果及破岩规律。结果表明:新型多向聚能爆破药柱能在指定方向上产生定向裂纹,增大岩石致裂范围,提高炸药能量在岩石破裂上的分配比例。相比常规爆破,多向聚能爆破炮孔利用率提高了18%,炸药单耗降低了32.5%,岩渣平均块度增大了28%,粉碎区的范围缩小了25.1%,宏观致裂范围扩大了33.3%,证明了多向聚能爆破在破岩效率上要优于常规爆破。     

微风化花岗岩多向聚能爆破破岩试验研究

为解决常规装药爆破能量利用率低的问题,设计了一种可以改变能量分配的新型多向聚能管药柱。以某高速公路岩质边坡为对象,通过3组现场爆破试验,获得了多向聚能爆破和常规爆破下微风化花岗岩的裂纹分布、残孔特征以及炸药单耗等参数,对比分析了两种爆破工艺的爆破效果及破岩规律。结果表明:新型多向聚能爆破药柱能在指定方向上产生定向裂纹,增大岩石致裂范围,提高炸药能量在岩石破裂上的分配比例。相比常规爆破,多向聚能爆破炮孔利用率提高了18%,炸药单耗降低了32.5%,岩渣平均块度增大了28%,粉碎区的范围缩小了25.1%,宏观致裂范围扩大了33.3%,证明了多向聚能爆破在破岩效率上要优于常规爆破。     

二氧化碳相变致裂软岩实验研究

为了研究二氧化碳相变产生的高压气体动态破岩的机理,通过建立设有分布式光纤传感器的物理模型结合数值模型的方法,研究了二氧化碳相变致裂煤体的内部效应,得到了二氧化碳相变高压气体动压破岩的机理及岩体裂隙、强度和二氧化碳相变气体压力等参数之间的关系。研究表明:气体准静压破坏煤体主要集中在煤体强度薄弱的区域,且气体压力要高于煤体破坏的最低极限值;原生裂隙会改变二氧化碳相变致裂煤体的空间范围和煤体的破坏程度,原生裂隙与炮孔之间的夹角越小、距离越近,越明显。     

地应力条件下爆破载荷破岩的DDA模拟研究

为探究地应力条件下的岩石爆破破岩特征与机理,基于非连续变形分析(DDA)方法建立岩石爆破力学模拟模型,分别考虑爆生气体压力和爆炸应力波的爆破载荷作用形式,对双向等值和不等值地应力条件下均质岩石的单孔爆破进行数值模拟,研究地应力对爆生气体压力和爆炸应力波破岩效果的影响。结果表明:对于均质岩石,在双向等值初始地应力条件下,爆破裂纹区近似为圆形,其面积随初始地应力的增大而减小,且双向等值初始地应力大小的变化对爆炸应力波的破岩作用影响更大;在双向不等值初始地应力条件下,爆破裂纹区呈扁平形,裂纹主要朝较大压应力方向扩展,且侧压系数的变化对爆生气体的破岩作用影响更大。研究结果对爆破工程实践具有一定的理论参考意义。     

地应力条件下爆破载荷破岩的DDA模拟研究

为探究地应力条件下的岩石爆破破岩特征与机理,基于非连续变形分析(DDA)方法建立岩石爆破力学模拟模型,分别考虑爆生气体压力和爆炸应力波的爆破载荷作用形式,对双向等值和不等值地应力条件下均质岩石的单孔爆破进行数值模拟,研究地应力对爆生气体压力和爆炸应力波破岩效果的影响。结果表明:对于均质岩石,在双向等值初始地应力条件下,爆破裂纹区近似为圆形,其面积随初始地应力的增大而减小,且双向等值初始地应力大小的变化对爆炸应力波的破岩作用影响更大;在双向不等值初始地应力条件下,爆破裂纹区呈扁平形,裂纹主要朝较大压应力方向扩展,且侧压系数的变化对爆生气体的破岩作用影响更大。研究结果对爆破工程实践具有一定的理论参考意义。     

单基发射药孤石爆破特性实验研究

为研究单基发射药孤石爆破特性,利用直径和高度均为50 cm的水泥砂浆试块模拟孤石,开展了0.05～0.25 kg/m³单耗的单基发射药和乳化炸药孤石爆破实验,统计并分析了单基发射药和乳化炸药爆破试块的块度分布、破碎能及能量利用率随单耗的变化规律。结果表明：乳化炸药爆破孤石的最大块度随单耗的增加,但能量利用率变化不大。结合高速摄影观察对比单基发射药和乳化炸药爆破孤石的表面裂纹分布与扩展结果,发现单基发射药破岩模式与乳化炸药存在显著差异,其破岩模式是通过在炮孔内快速燃烧产生的高压气体使试块发生轴向和环向的拉伸破坏,而当试块完全开裂后剩余的发射药不再提供破岩能量。     

二氧化碳膨胀爆破一次性致裂管性能研究与应用

一次性致裂管是国内近几年出现的一种新型二氧化碳膨胀爆破器材,具有安全可控、施工便捷等特点。采用理论与试验相结合的方式对一次性二氧化碳膨胀爆破致裂管的性能进行系统研究,通过理论计算和水压试验方式得到ZWD89系列一次性致裂管的平均压力峰值为53.19 MPa,与理论计算值47.29 MPa误差为12.48%。采用压缩气体与水蒸气容器爆破能量公式计算得到单只ZWD89—1500型致裂管爆破能量相当于264.24 g TNT炸药爆炸产生的能量。现场振动测试得到两组工况在5 m处的爆破振动速度峰值为2.5032 cm/s,且爆破振动峰值基本呈现线性衰减趋势,证明二氧化碳膨胀爆破技术适用于苛刻环境下的爆破工程施工。通过频谱分析得到二氧化碳膨胀爆破主频主要分布在50 Hz以内,随着爆破孔数的增加,主频逐渐向低频区域靠拢,需要引起重视。     

软岩隧洞中乳化炸药拒爆的解决办法

为解决在软岩隧洞掘进爆破中乳化炸药发生拒爆的问题,通过分析乳化炸药破乳的原因,发现乳化炸药在爆炸环境中结构成分容易发生变化。研究结果表明,在分段延时爆破作业中,先引爆的炮孔产生的冲击波会对其作用范围内后引爆炮孔中的炸药产生挤压作用,被挤压的部分微小敏化气泡消失,导致乳化炸药破乳失效。盐边县偏路水库泄洪排沙隧洞爆破工程的实验,验证了在不改变爆破器材的情况下,可以通过改变装药结构,调整布孔参数以及起爆顺序成功克服乳化炸药在软岩隧洞掘进爆破中发生的拒爆问题,并取得了良好的爆破效果,可为类似爆破工程提供参考。     

乳化炸药和膨化硝铵炸药的爆炸性能特征比较

以规格φ32 mm/200 g的1^#岩石乳化炸药、2^#岩石乳化炸药、一级煤矿许用乳化炸药、二级煤矿许用乳化炸药、三级煤矿许用乳化炸药及规格φ32 mm/150 g的岩石膨化硝铵炸药、一级煤矿许用膨化硝铵炸药、二级煤矿许用膨化硝铵炸药共8种工业炸药药卷为样本,测试了乳化炸药及膨化硝铵炸药的爆炸性能(药卷密度、爆速、猛度、作功能力、有毒气体产量)。分析比较了两类工业炸药爆炸性能及爆炸后有毒气体产量差异的原因,总结了两类工业炸药的性能特征。为产品配方的优化及进一步改良提供一定的参考依据。同时,为爆破作业人员根据工程特性和环境特点选择合适的炸药提供借鉴。     

优化爆破参数提高块煤率的实验研究

为了控制黑岱沟露天矿煤层爆破中1.8m以上大块的产出率和10mm粒度以下煤的产率,提高优质煤的块煤率和产量,在分析煤岩爆破破碎机理及减少爆破药柱粉碎区途径的过程中,对爆破参数进行了优化,提出了将低密度铵油炸药应用于黑岱沟露天煤矿煤层爆破的方案。同时,对低密度铵油炸药和铵油炸药不同孔网参数、装药结构、填塞长度进行煤层爆破对比实验,分析了二者对块煤率、采掘效率及安全性的影响。结果表明:低密度铵油炸药能够实现炮孔内连续装药,其线装药密度低,有利于降低炸药单耗,爆炸能量传递更均匀,能有效减少末煤量,块煤率较铵油炸药提高了13.78%。确定了露天煤矿厚煤层爆破炸药单耗的最佳范围是0.176⁰.23kg/m3,可为露天煤矿煤层爆破设计提供依据。     

多向聚能爆破爆破漏斗实验研究

多向聚能爆破是一种新型爆破技术。为研究多向聚能爆破在爆破漏斗上能量分配特点,在阐明多向聚能爆破基本原理和影响因素基础上,设计了多向聚能爆破药包,进行常规爆破与多向聚能爆破的爆破漏斗体积对比实验。结果表明,多向聚能爆破能够增加爆破漏斗体积并提高了爆炸能量在岩石破裂破碎方面的分配比例,提高了炸药利用率。     

液态CO2爆破系统压力动态响应及爆炸能量分析

为了研究液态CO_2爆破系统的压力响应特性和爆炸能量,通过实验室测定液态CO_2爆破系统爆破管内压力,获得压力与时间关系曲线,分析了压力曲线变化规律,结合SpanWagner CO_2状态方程,对常用的两种爆炸能量公式进行了分析与讨论,给出了液态CO_2爆破系统的爆炸能量的计算方法。结果表明:整个液态CO_2汽化过程的时间为0.026~0.086 s,高压流体释放时间约为0.18~0.26 ms。对外做功过程是一个压力值动态震荡衰减过程:首先高压流体以峰值压力作用于介质,随后以70%~80%峰值压力对介质产生二次破坏作用,最后以较低水平压力对介质产生气楔作用。两种常用的爆炸能量公式可以在一定程度上评估液态CO_2爆破系统爆炸能量产生的危害级别,但准确性不够,结合SpanWagner状态方程和爆破管内压力可以提高计算液态CO_2爆破系统的爆炸能量的准确性。     

多向聚能爆破爆破漏斗实验研究

多向聚能爆破是一种新型爆破技术。为研究多向聚能爆破在爆破漏斗上能量分配特点,在阐明多向聚能爆破基本原理和影响因素基础上,设计了多向聚能爆破药包,进行常规爆破与多向聚能爆破的爆破漏斗体积对比实验。结果表明,多向聚能爆破能够增加爆破漏斗体积并提高了爆炸能量在岩石破裂破碎方面的分配比例,提高了炸药利用率。     

软岩隧洞中乳化炸药拒爆的解决办法

为解决在软岩隧洞掘进爆破中乳化炸药发生拒爆的问题,通过分析乳化炸药破乳的原因,发现乳化炸药在爆炸环境中结构成分容易发生变化。研究结果表明,在分段延时爆破作业中,先引爆的炮孔产生的冲击波会对其作用范围内后引爆炮孔中的炸药产生挤压作用,被挤压的部分微小敏化气泡消失,导致乳化炸药破乳失效。盐边县偏路水库泄洪排沙隧洞爆破工程的实验,验证了在不改变爆破器材的情况下,可以通过改变装药结构,调整布孔参数以及起爆顺序成功克服乳化炸药在软岩隧洞掘进爆破中发生的拒爆问题,并取得了良好的爆破效果,可为类似爆破工程提供参考。     

禹门口扩建泵站岩坎爆破拆除与安全控制

针对禹门口黄河提水工程中扩建泵站预留岩坎爆破拆除难度较大的情况,采用深孔爆破和预裂爆破相结合、高精度塑料导爆管雷管延时起爆的爆破技术,钻孔分角度布孔,岩坎分区单耗,爆破总药量3 633kg,总方量3 500m³;综合炸药单耗1.04kg/m3;综合炸药单耗1.04kg/m³,控制最大单响药量24kg。岩坎爆破从中部开口起爆,地表传爆雷管孔间、排间延时为17、25、65ms,保证每个炮孔按照延时起爆不重段,实现了精准爆破。采取严格周密的安全防护措施和振动监测,爆破过程中未见飞石和涌浪,各建筑物实测振速均小于安全标准,保障了一级泵站、扩建泵站、周围交通设施的安全。岩坎爆破拆除取得成功,爆破效应得以有效控制,设计参数和控制标准可供类似工程参考。