液态CO_2相变开挖岩体孔间距参数研究

为保证液态CO_2相变致裂技术在随州绕城南路综合管廊基坑石方开挖中的爆破效果,在进行实际施工生产之前,对73型液态CO_2致裂管单管单孔致裂岩体性能进行了现场试验,在对液态CO_2进行TNT当量计算之后,基于LS-DYNA有限元软件进行了单孔爆破数值模拟和不同孔间距的两孔爆破数值模拟。结果表明:73型液态CO_2致裂管现场试验和数值模拟单孔最大岩体破坏范围分别为1.84 m和1.766 m,试验和模拟结果具有较高的一致性,数值模拟方法预测73型液态CO_2致裂管致裂岩体范围上可靠性良好。73型液态CO_2致裂管台阶爆破最优孔间距为2.0 m,双孔爆破相邻炮孔之间岩体最大损伤范围比单孔爆破岩体损伤范围增加13.25%。73型液态CO_2致裂管的台阶爆破最优孔间距的确定有效保证了基坑台阶开挖的爆破效果,同时具有良好的经济和社会环境效益。     

液态CO2相变开挖岩体孔间距参数研究

为保证液态CO2相变致裂技术在随州绕城南路综合管廊基坑石方开挖中的爆破效果,在进行实际施工生产之前,对73型液态CO2致裂管单管单孔致裂岩体性能进行了现场试验,在对液态CO2进行TNT当量计算之后,基于LS-DYNA有限元软件进行了单孔爆破数值模拟和不同孔间距的两孔爆破数值模拟.结果表明:73型液态CO2致裂管现场试验...     

干冰粉气动压裂混凝土质量比实验研究

爆破致裂法效率高、成本低,在采矿、地下工程等岩体开挖中应用广泛,CO_2致裂法是一种新式的爆破方法,但是CO_2相变膨胀致裂技术通常是利用液态(超临界态)CO_2的相变膨胀过程致裂岩体。为了解决高压液态CO_2的存储、运输和充装问题,提出一种新型干冰粉气动压裂破岩技术,并开展室内干冰粉气动压裂混凝土实验,研究干冰粉与CO_2聚能剂的质量比(m系数)对预制混凝土压裂效果的影响。结果表明,m系数对混凝土试样破裂形式影响明显,m≤6:1时,静态气动压裂效果较差,m介于7:1与8:1之间时的静态气动压裂效果较好。     

液态CO2相变致裂破岩与炸药破岩综合对比分析

为了降低传统炸药爆破带来的危害,介绍了基于液态二氧化碳相变致裂爆破技术。在液态二氧化碳致裂现场试验和振动监测的基础上,对二氧化碳相变致裂与炸药爆破的破岩机理和引起的爆破振动进行了分析。此外,通过计算比较了两种破岩方式破碎单位体积岩石的气体生成量、气体成分及其对环境的影响。结果表明:液态二氧化碳相变致裂技术能有效提高能量的利用率,且能有效降低爆破震动。破碎单位体积岩石,液态二氧化碳相变致裂技术和传统岩石乳化炸药爆破生成的爆炸气体量分别为0.21 kg和0.202~0.217 kg。液态二氧化碳相变属于物理变化,爆破产物只含无毒的二氧化碳气体,传统岩石乳化炸药爆破属于化学变化,爆炸过程中生成大量CO、NO、NO2、NxOy和硫氧化合物等有毒有害气体。液态二氧化碳相变致裂破岩在环保和减灾方面具有明显的优越性,这为液态二氧化碳相变致裂技术在工程爆破中的推广提供了依据。     

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。     

致裂器对液态CO2相变破岩的功效影响分析

为了研究致裂器因素对液态CO₂相变破岩功效的影响,利用现场应用及统计分析的方法,结合CO₂相变工作的工况分析,对国内目前几种典型的致裂器,从其部件适配性、致裂管结构及工作原理、应用工艺等方面进行分析研究。结果表明：致裂器的部件适配性、整体的稳定性及安全性直接与破岩的作业效率、宏观效果等方面紧密关联,甚至关系到破岩结果的成败,致裂器是影响液态CO₂相变破岩功效的关键因素。最后基于国内主流致裂管目前存在的不足,提出了致裂管的改进和发展趋势。     

边帮控制爆破裂纹扩展模拟及参数优化

在大直径深孔边帮控制爆破过程中,为降低爆破后冲破坏作用、提高边帮控制效果以及破岩效果,在采用逐孔延时起爆的前提下,需要选取合理的爆破参数。采用ANSYS/LS-DYNA对不同径向不耦合系数的单孔爆破方案进行数值模拟研究,其中炮孔直径为165 mm,抵抗线为2.0 m,通过统计分析裂纹体积发现,不耦合系数为1.65时爆破效果最好,保护区爆生裂纹体积少(0.017 m~3),开挖区爆生裂纹体积较多(0.085 m~3),炸药破岩(开挖区)的能量利用率最高。基于1.65的径向不耦合系数,对不同边孔间距的双孔爆破方案进行模拟分析,综合考虑原自由面、先爆孔提供的新自由面以及后爆孔破损等因素,从边帮控制效果、开挖区破岩效果的角度对不同方案进行探究分析,发现边孔间距为2.0 m、2.5 m时,孔间能够形成良好的贯穿裂隙且破岩效果好。结合数值模拟分析结果在现场做了部分试验,得出不耦合系数为1.65、边孔间距为2.0 m时边帮平整且爆后临空面炮孔完整性好。     

基于切缝装药定向预裂的中深孔掏槽爆破研究EI北大核心CSCD

针对岩巷中深孔掏槽爆破效果差的问题,设计了基于切缝装药定向预裂的中深孔掏槽爆破方案。首先从理论上分析定向预裂对槽腔形成的影响,然后开展掏槽爆破数值模拟揭示槽腔岩体的破坏历程和破坏机制,最后通过现场试验探究其应用效果。结果显示:预裂孔中的切缝装药爆破后沿预裂孔连线会形成定向预裂面,定向预裂面具有自由面反射拉伸效应和应力波阻隔效应,能够促使槽腔岩体充分破坏以形成易于抛掷的岩块,且定向预裂面可以降低成腔阻力,有利于掏槽孔爆破成腔;数值模拟实现了槽腔岩体破坏过程的可视化,通过模拟结果证明了定向预裂面的自由面反射拉伸效应和应力波阻隔效应;相比于现有普通中深孔掏槽爆破技术,在岩巷中深孔爆破采用该掏槽技术时,平均循环进尺增加了0.29 m,平均炮孔利用率提高了11.6%,平均炸药单耗降低了0.19 kg/m^(3),平均雷管单耗降低了0.13发/m^(3),结果验证了此新型掏槽技术在岩巷中深孔爆破的适用性。     

二氧化碳液-气相变膨胀破岩技术及应用

通过阐述CO2液-气相变膨胀破岩技术的历史沿革、技术原理和破岩装置,结合露天台阶破岩、块体破岩、孤石破岩、隧道掘进工程应用案例,说明了CO2液-气相变膨胀破岩技术是一种污染小、危害小的新型破岩方法,可以解决特殊环境下不能使用炸药爆破破岩的难题。作为一种新型破岩方法,其相变机理、孔内应力场变化规律、与炸药破岩效果对比、破岩装置结构及材料优化等还需要深入研究,在全国范围内形成规范管理的模式还有待进一步推进。     

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。     

隧道平行导坑水压爆破掘进

通过一个爆破实例介绍了隧道平行导坑水压爆破掘进炮孔装药结构,以及该工艺与隧道平行导坑常规爆破效果的对比。对比结果显示,水压爆破较常规爆破法节省炸药35%;在不延长作业时间条件下,平均每循环进尺提高了0.35m;每延米节省成本170多元;洞内粉尘浓度降低了67%。本文以客观数据证明了水压爆破具有显著的节能环保作用,进一步说明推广此工艺的必要性和重要性。     

露天台阶深孔爆破合理超深数值模拟分析

为了研究露天台阶深孔爆破超深对矿岩破碎效果的影响,基于ANSYS/LS-DYNA有限元数值模拟的方法对不同底盘抵抗线条件下超深对岩石破碎的影响进行了初步研究。结果表明,台阶深孔爆破存在临界超深,当超过该值后,作用在台阶坡底处应力值的增幅变小,爆破能量利用率显著降低。通过对应力变化规律的分析得到了临界超深值的范围,可为工程实践提供设计参考。     

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。     

铁路单线隧道钻爆扰动范围的研究

以禾洛山隧道为研究对象,针对施工难度最大的Ⅳ级围岩地段,在施工现场进行钻爆参数试验,得到合理的钻爆参数,隧道的超欠挖得到有效控制;然后在试验研究的基础上,采用三维有限差分软件FLAC3D,对上下台阶钻爆施工对松动圈的影响距离和围岩中产生的松动圈大小进行研究分析。研究结果表明,上台阶钻爆施工对松动圈的影响距离为6～8m,下台阶钻爆施工对松动圈的影响距离为8～10m;松动圈最终大小(厚度)为2.5m;上下台阶合理的间距为10m,这利于减小松动圈的大小和符合初期支护快速封闭的原则。利用研究结果指导钻爆参数和初期支护参数的选择,使隧道施工的质量、进度和安全性得到明显提高,对类似工程具有一定的指导意义。     

金鼎钨钼矿露天台阶深孔爆破参数优化

为解决金鼎钨钼矿生产中存在的大块率过高、根底残留等问题,通过力学实验研究、数值模拟和现场试验,对该露天台阶深孔爆破参数进行优化。通过常规三轴试验研究,得到了该矿岩力学参数和矿岩性质,确定其矿岩炸药单耗0.68 kg/m~3;运用ANSYS/LS-DYNA软件对爆破参数进行优化,以炮孔密集系数m为变量,通过比较坡底、坡顶有效应力与岩石的动抗拉强度,判断相应炮孔密集系数下矿岩的爆破效果。结果表明:当炮孔密集系数m=1.5时,坡底和坡顶岩石均被破坏,大块明显减少,振动危害也小,达到预期爆破效果。将优化后的爆破参数(孔径d=20 cm,炸药单耗q=0.68 kg/m~3,炮孔密集系数m=1.5,孔排距为600 cm×400 cm)应用于生产现场,爆破效果大为改善,大块率低于5%。可以为类似极硬岩矿山提供参考经验。     

大型露天深孔台阶爆破炸药单耗选取的影响因素

为了取得很好的爆破效果,达到最佳经济效益,根据爆破炸药单耗是影响爆破效果的关键因素,且最低炸药单耗并不等于最佳经济效益的情况,分析了爆破单耗选取的影响因素。基于大型露天矿山深孔台阶爆破炸药单耗的选取,分析了岩石性质、岩石结构面、块度要求、炮孔排数、台阶高度、炮孔直径、装药结构、钻孔质量等因素变化对炸药单耗选取的影响,得出不同工程或者工程某个阶段爆破炸药单耗选取的侧重点,提出了在基准炸药单耗的基础上考虑影响因素后加入修正系数的一种选取方法,并把单次爆破时所需的单耗和工程整体单耗做了区分和联系,结合工程实例验证了炸药单耗选取时考虑各种因素后加入修正系数,可以有效地校准综合炸药单耗;校准后的炸药单耗,利于对爆破飞散物和爆堆的松散度和炮脚控制,不仅可以更好的实现爆破安全,而且能获得最好的经济效益,此大型露天矿山深孔台阶爆破炸药单耗的选取方法对类似工程有借鉴作用。     

大型露天深孔台阶爆破炸药单耗选取的影响因素

为了取得很好的爆破效果,达到最佳经济效益,根据爆破炸药单耗是影响爆破效果的关键因素,且最低炸药单耗并不等于最佳经济效益的情况,分析了爆破单耗选取的影响因素。基于大型露天矿山深孔台阶爆破炸药单耗的选取,分析了岩石性质、岩石结构面、块度要求、炮孔排数、台阶高度、炮孔直径、装药结构、钻孔质量等因素变化对炸药单耗选取的影响,得出不同工程或者工程某个阶段爆破炸药单耗选取的侧重点,提出了在基准炸药单耗的基础上考虑影响因素后加入修正系数的一种选取方法,并把单次爆破时所需的单耗和工程整体单耗做了区分和联系,结合工程实例验证了炸药单耗选取时考虑各种因素后加入修正系数,可以有效地校准综合炸药单耗;校准后的炸药单耗,利于对爆破飞散物和爆堆的松散度和炮脚控制,不仅可以更好的实现爆破安全,而且能获得最好的经济效益,此大型露天矿山深孔台阶爆破炸药单耗的选取方法对类似工程有借鉴作用。