深孔间隔装药爆破对不同孔壁介质的影响

数值模拟研究了岩石、混凝土和土三种不同孔壁介质深孔间隔装药爆破时的扩孔特征、压力场、应力场、速度场和能量分布及传播衰减规律,还分析了间隔介质(空气和水)和起爆方式等对孔壁介质中冲击波传播规律的影响。研究表明:由于岩石、混凝土和土三种孔壁介质的波阻抗和可压缩性不同,导致爆破后分别形成"狼牙棒"型、"纺锤"型和"圆柱"型三种爆腔。与岩石和混凝土相比,在土体中的扩孔宽度分别提高约60%和约45%,土能缓解孔壁压力和等效应力、降低爆破振动效应、减缓爆炸冲击波的衰减速度和提高能量利用率,而在岩石和混凝土介质中,上述效果的差异性不太明显。与水间隔装药相比,在岩石和混凝土孔壁介质中采用空气间隔装药结构能降低约7%的孔壁压力。在岩石和混凝土孔壁介质中,采用底部起爆方式能够提高炸药的能量利用率,中部起爆方式能够减缓爆破振动效应,而在土体中并不明显。     

轴向不耦合装药结构形式优化仿真研究

为了改变某隧道平导爆破效果差、爆炸能量利用率低的现状,采用ANSYS/LS-DYNA模拟不同轴向不耦合装药结构形式对爆破效果的影响,优化装药结构,以期达到增强爆破效果,降低粉尘量和岩石大块率的目的。合理的选择数值模拟中的材料模型和算法,是高效模拟分析轴向不耦合装药结构爆破的关键,因此采用ALE算法对孔口空气填塞不耦合,孔口炮泥填塞、上部空气间隔不耦合,孔口水介质填塞、底部水介质间隔不耦合,孔口炮泥填塞、上部水介质间隔不耦合,孔口水介质填塞、中部水介质间隔不耦合和孔口炮泥填塞与中、上部水介质间隔不耦合的装药结构进行数值模拟,并以爆炸应力波云图和最大拉应力来评价炸药爆破效果。数值模拟结果表明:水介质可以降低炮孔壁附近岩石的压力。装药长度1.25m时,孔口炮泥填塞、上部空气间隔不耦合装药结构较孔口空气填塞不耦合装药结构,能提高爆炸能量的利用率;孔口水介质填塞、底部水介质间隔不耦合装药结构和孔口炮泥填塞、上部水介质间隔不耦合装药结构,爆炸能量利用率基本相同;孔口水介质填塞、中部水介质间隔不耦合装药结构的炸药爆炸能量利用率较其余5种装药结构都大,能提高爆炸应力波对岩石的作用,使得爆炸应力波更加均匀作用于岩体,降低大块率产生。此数值模拟结果可为现场爆破方案设计与实施提供依据。     

轴向不耦合装药结构形式优化仿真研究

为了改变某隧道平导爆破效果差、爆炸能量利用率低的现状,采用ANSYS/LS-DYNA模拟不同轴向不耦合装药结构形式对爆破效果的影响,优化装药结构,以期达到增强爆破效果,降低粉尘量和岩石大块率的目的。合理的选择数值模拟中的材料模型和算法,是高效模拟分析轴向不耦合装药结构爆破的关键,因此采用ALE算法对孔口空气填塞不耦合,孔口炮泥填塞、上部空气间隔不耦合,孔口水介质填塞、底部水介质间隔不耦合,孔口炮泥填塞、上部水介质间隔不耦合,孔口水介质填塞、中部水介质间隔不耦合和孔口炮泥填塞与中、上部水介质间隔不耦合的装药结构进行数值模拟,并以爆炸应力波云图和最大拉应力来评价炸药爆破效果。数值模拟结果表明:水介质可以降低炮孔壁附近岩石的压力。装药长度1.25m时,孔口炮泥填塞、上部空气间隔不耦合装药结构较孔口空气填塞不耦合装药结构,能提高爆炸能量的利用率;孔口水介质填塞、底部水介质间隔不耦合装药结构和孔口炮泥填塞、上部水介质间隔不耦合装药结构,爆炸能量利用率基本相同;孔口水介质填塞、中部水介质间隔不耦合装药结构的炸药爆炸能量利用率较其余5种装药结构都大,能提高爆炸应力波对岩石的作用,使得爆炸应力波更加均匀作用于岩体,降低大块率产生。此数值模拟结果可为现场爆破方案设计与实施提供依据。     

基于炮孔不同耦合介质的孔壁爆炸载荷及比能时间函数分析

为从炮孔装药耦合介质的选取上改善爆破效果和控制爆破振动危害,应用爆炸力学的相关理论建立耦合装药、不同耦合介质（水、空气、泥土）装药条件下孔壁爆炸载荷和透射比能的计算方法,通过MATLAB编程计算得到岩石介质中炮孔孔壁爆炸载荷和透射比能的时间函数并作图比较分析。研究表明：耦合装药时,孔壁爆炸载荷的初始值最大,但是衰减也最快;水不耦合装药时,孔壁爆炸载荷的初始值次之,但衰减速度最慢,作用时间最长;水不耦合装药时,孔壁透射比能量最大,耦合装药时次之;空气和泥土不耦合装药孔壁爆炸载荷与透射比能均较小。因此水不耦合装药提高了能量利用率,更有利于改善爆破效果,但产生的爆破振动强度大、作用时间长,不利于爆破振动危害控制。     

深孔连续与间隔装药爆破数值模拟研究

基于大型非线性动力学分析软件LS-DYNA,采用岩石材料的JHC本构模型,模拟了深孔连续与间隔装药爆破时的压力场、应力场以及速度场发展过程,分析了装药结构不同和起爆方式不同对爆破效果的影响。研究表明:与连续装药结构相比,中部间隔装药结构能够降低初始压力峰值,降低炸药单耗,减少爆破产生的震动效应,改善爆破效果。对于中部间隔装药结构,在不存在时差的前提下,底部起爆可提高能量利用率,而中部起爆可减小爆破震动。     

中部空气间隔不同比例装药对炮孔孔壁受力及碎石块度的影响

为分析装药中部不同空气间隔位置对炮孔孔壁受力的影响，以Starfield迭加法为基础，得出中部空气间隔装药爆破时整段孔壁上的冲击压力计算公式。在ANSYS-DYNA中建立多组不同中部空气间隔位置的计算模型，对孔壁及周围岩体的受力和损伤度进行分析。最后，进行现场爆破实验，使用WipFrag软件对碎石块度分布的变化规律进行分析。结果表明：中部空气间隔装药爆破时，孔壁压力整体呈现两端大、中间小的分布特征，装药段孔壁受到的冲击压力达到最大，冲击波以8字型向炮孔周围传播。当空气间隔位置在装药段中点时，上、下段药柱周围岩体受力大致相等，碎石块度相对均匀。因此，垂直台阶进行露天爆破开采时，为降低大块和粉料的产生率，空气柱上、下段可进行等比例装药，倾斜边坡可以适当向上调整空气间隔位置。     

桥墩立井开挖控制爆破研究

桥墩立井开挖爆破,由于其工作断面小,岩石的夹制性大,因此炮孔利用率低,爆破效果差。针对这种情况,在某跨江公路桥桥墩立井的爆破开挖中,根据多次试验的结果,设计了较合理的爆破参数、装药结构及起爆方式,从而改善了爆破效果,提高了炮孔利用率。文中讨论了爆破震动对新浇混凝土的影响机理,在此基础上,设计了间隔装药的周边减震孔,并采用单孔微差起爆,较好地避免了爆破震动对相邻桥墩新浇混凝土的影响。     

孔底惰性介质间隔装药爆破实验

为减少岩石大块率和粉碎率,增强爆破效果,采用LS-DYNA数值模拟的方法对连云港核电扩建山体爆破工程爆破碎石的力学过程和能量利用率进行了理论分析,并通过对各模型进入岩石总能量峰值的对比,分析了孔底惰性介质间隔装药对能量利用率的影响趋势,然后依托工程开展全尺寸实验。实验结果表明:孔底适量惰性介质间隔装药可以改善应力波的传播条件,使爆炸能量更均匀、充分地传入岩石中,使岩块的破碎效果得到有效改善;实验工况下,孔底间隔80、100cm空气柱,炸药单耗分别下降11.5%、13.5%;孔底间隔80、100cm水柱,炸药单耗分别下降17.3%、19.2%。     

孔底惰性介质间隔装药爆破实验

为减少岩石大块率和粉碎率,增强爆破效果,采用LS-DYNA数值模拟的方法对连云港核电扩建山体爆破工程爆破碎石的力学过程和能量利用率进行了理论分析,并通过对各模型进入岩石总能量峰值的对比,分析了孔底惰性介质间隔装药对能量利用率的影响趋势,然后依托工程开展全尺寸实验。实验结果表明:孔底适量惰性介质间隔装药可以改善应力波的传播条件,使爆炸能量更均匀、充分地传入岩石中,使岩块的破碎效果得到有效改善;实验工况下,孔底间隔80、100cm空气柱,炸药单耗分别下降11.5%、13.5%;孔底间隔80、100cm水柱,炸药单耗分别下降17.3%、19.2%。     

底部空气柱装药爆破减振理论和实验研究

为降低大型露天矿山爆破振动对周边构筑物的影响,采用底部空气柱装药结构爆破减振技术。通过公式推导,找出岩石爆破中质点峰值振动速度和装药结构轴向不耦合系数的关系式。采用底部空气柱装药水下爆炸实验,研究峰值压力、冲量、比冲击波能与空气柱长度之间的关系。结果表明,空气柱长度增加,可提高能量利用率,降低峰值压力,有效降低爆破振动。在舟山绿色石化二期矿山开采爆破工程中,当填塞长度、装药量相同时,通过底部空气柱长度递减的对比实验,采用逐孔爆破技术可清楚得出底部空气柱装药结构能够有效降低爆破振动。     

孔间超短延时台阶爆破干扰降振技术

为寻求台阶爆破降振效果最佳的孔间延时时间,借助ANSYS/LS-DYNA程序对台阶爆破在不同延时起爆时间条件下产生的爆破振动进行了数值模拟对比分析,并通过试验进行了验证。数值模拟和试验结果表明:在浅孔台阶爆破中,爆破降振效果最佳的孔间延时时间为5 ms;在深孔台阶爆破中,爆破降振最佳的孔间延时时间为7～10 ms。实际爆破施工中,不同的岩石条件下、不同的爆破参数时,数码雷管减振的最佳孔间延时应该在5～10 ms区间范围,应根据实际情况进行调整。研究成果解决了复杂环境下的爆破振动危害控制难题,研发的孔间超短延时台阶爆破干扰降振技术,为爆破振动控制要求严格的工程设计和施工提供参考和借鉴。     

大倾角层状岩体微差爆破盲炮研究

在一些节理面较明显的大倾角顺层岩体上爆破施工过程中,往往由于施爆网路微差时间设计不合理而导致产生一些盲炮。结合某工程实际地质情况下的爆破工况和爆破效果,计算分析了部分爆破网路中第一个炮孔起爆产生的振动导致层状岩体在软弱结构面产生一个炮孔直径的位移时间小于爆破网路地表总延期时间,致使地表网路还未完全传爆完毕岩体就已发生移动,岩体滑移导致炮孔错位将孔内未传爆导爆管切断而产生的盲炮现象。针对此种情况产生的盲炮,通过计算滑移体滑动一个炮孔的时间,确定了合理的爆破网路总延期时间,消除了盲炮现象,对同类工程具有一定的参考价值。     

孔间超短延时台阶爆破干扰降振技术

为寻求台阶爆破降振效果最佳的孔间延时时间,借助ANSYS/LS-DYNA程序对台阶爆破在不同延时起爆时间条件下产生的爆破振动进行了数值模拟对比分析,并通过试验进行了验证。数值模拟和试验结果表明:在浅孔台阶爆破中,爆破降振效果最佳的孔间延时时间为5 ms;在深孔台阶爆破中,爆破降振最佳的孔间延时时间为7～10 ms。实际爆破施工中,不同的岩石条件下、不同的爆破参数时,数码雷管减振的最佳孔间延时应该在5～10 ms区间范围,应根据实际情况进行调整。研究成果解决了复杂环境下的爆破振动危害控制难题,研发的孔间超短延时台阶爆破干扰降振技术,为爆破振动控制要求严格的工程设计和施工提供参考和借鉴。     

水介质不耦合装药爆破岩石破坏范围的研究和应用

根据水中爆炸理论和爆炸应力波理论,探讨了水介质不耦合装药爆破孔壁初始冲击压力和岩石内的动态应力分布,并以强度理论求算出了炮孔周围岩石中粉碎圈和裂隙圈的范围。在某立井掘进爆破中依据炮孔周围裂隙圈半径理论计算的结果进行掏槽炮孔布置参数设计,从工程实践上进一步验证了炮孔水介质不耦合装药爆破时岩石破坏作用范围理论分析的正确性。     

密集型塔基桩孔开挖控制爆破技术

针对泸定大渡河特大桥塔基桩孔布置密集的状况和开挖区基岩节理裂隙发育的特点,应用短进尺、锥形掏槽的减震光面爆破技术进行直径2.8 m圆形桩孔的全断面掘进。尤其是在桩孔间净距仅为3.2 m时,采用锥形掏槽逐孔毫秒延迟起爆技术,并通过在掏槽中心空孔内布设0.1~0.2 kg的抛渣药包后于掏槽孔起爆,达到提高爆破效果、减弱爆破振动目的。在详细给出桩孔开挖控制爆破技术措施、爆破参数和施工方法的基础上,利用现场实测数据进行爆破效果、振动效应和围岩稳定等分析。工程实践表明:锥形掏槽逐孔毫秒延迟起爆技术能使邻近桩孔围岩的爆破振动强度得到有效控制,开挖爆破在邻近桩孔内产生的最大峰值振动速度小于10 cm/s,满足围岩安全振动控制标准;爆破前后桩孔围岩波速的平均下降率3.74%,远小于技术规范规定的10%的声波下降率量化标准;桩孔单循环爆破进尺约1.2~1.3 m,开挖壁面平整,基本没有超欠挖,保持了围岩的完整性和稳定性。     

高铁长城站小净距隧道爆破振动效应研究

小净距隧道开挖工程中,隧道爆破对中隔墙的稳定性影响极大,横通道的施工则会进一步加剧中隔墙的振动破坏.为研究爆破作用下中隔墙的振动响应特征,以新建京张高铁长城站小净距隧道工程为背景,分析非电雷管爆破地震波在中隔墙中的振动特征和衰减规律,同时开展电子雷管降振试验,对隧道爆破炮眼的合理延时进行研究.研究结果表明:受纵、横隧道...     

群孔齐发爆破岩体振动频谱特性研究

基于理论分析推导出群孔等效爆炸荷载的频域表达式,并代入黏性岩体爆破振动速度幅值谱表达式中,得到群孔齐发爆破激发的岩体振动速度幅值谱表达式.针对露天台阶深孔爆破,以正方形布置的四孔爆破作为研究对象,研究群孔齐发爆破岩体振动频率的影响因素及主频衰减机制.结果表明:群孔齐发起爆激发的振动速度幅值谱随爆心距、炮孔间距、单孔药量...     

起爆方式对岩石柱状装药爆破作用的影响

为提高炸药的能量利用率,改善岩石爆破的破碎效果,以及在柱状装药条件下选择最佳的起爆方式,通过单炮孔混凝土爆破实验研究了不同起爆方式对岩石柱状装药爆破作用的影响。对不同起爆方式下岩石的裂纹扩展和破碎效果进行了分析,并利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA建立单炮孔岩石爆破损伤模型,对不同起爆方式下岩石损伤过程进行了数值模拟。其结果表明:不同起爆方式对岩石爆破破碎作用影响较大,反向起爆相对于正向起爆和炮孔中部起爆在岩石表面产生的裂纹条数更多,裂纹扩展速度更快,岩石破碎程度更好;数值模拟结果和实验结果具有较好的吻合性,对起爆技术的改进和起爆方式在工程应用上的选择具有一定的指导意义。     

爆破地震波穿越不同介质结构面的衰减效应

为探索爆破地震波穿越不同充填介质结构面的振动速度、频率和能量分布的衰减规律,采用混凝土边坡相似模型进行爆破振动试验。通过分析爆破地震波的峰值振动速度、边际能量谱和各频带能量百分比,获得了爆破地震波穿越无结构面与结构面充填泥、细沙、水和空气的衰减规律。结果表明:当充填介质波阻抗越小,地震波的峰值能量和峰值振动速度衰减越快,频率上表现出高频滤波作用越强,在频带间能量分布变窄,主频带有往低频带0~20 Hz聚集的趋势;值得注意的是,当水作为充填介质时,不仅水的波阻抗会影响地震波的衰减,而且水的微压缩连续性也会使峰值能量和峰值振动速度衰减更慢,能量在频带间分布更广,水的流动性则会造成爆破地震波的主频带在各传播方向上分布不一。在相同充填介质条件下,随着结构面倾角增大,峰值振动速度在各传播方向上均减小。     

对称双线性起爆技术在工程爆破中的应用

在爆轰波碰撞和炸药与岩石匹配准则的基础上,提出对称双线性起爆技术,以提高炸药的能量利用率,降低岩石大块率。应用有限元软件中的流固耦合算法,分别对雷管和对称双线性起爆技术下的爆轰波传播和岩石破裂过程进行数值计算,得出采用对称双线性起爆时其中心线上的最大爆压比雷管增加2倍以上。同时,对称双线性起爆技术的岩石首先在中心线上发生大直径的破裂,而雷管起爆时,岩石则以垂直于炮孔壁的方向往四周扩展。将对称双线性起爆技术应用于实际工程,避免了爆破根底,降低了岩石大块率,无需二次破碎,为解决坚硬岩石爆破开挖提供了一种有效的技术手段。