基于数值模拟的并敷装药爆破效果

为解决露天煤矿台阶爆破大块和根底过多的实际情况,采用乳化与铵油并敷装药结构的技术,同时运用数值模拟技术分析不同并敷装药比例对爆破效果的影响。结果表明:不同并敷比例的数值模型在700 us时的裂纹扩展损伤效果差异明显,全部使用乳化装药结构的裂纹扩展明显优于并敷装药结构,并敷装药结构优于全铵油装药结构;通过对比模型中#162351、#178235、#195563参考单元在不同并敷装药结构中的单元应力传播曲线和能量传播曲线的差异,佐证了沿不同爆速炸药并敷段的轴向,爆轰波总是以其中最大的爆轰速度进行传播的特性。     

炮孔复合装药结构的功能和设计要求

在同一炮孔中装入两种不同爆速的炸药,形成复合装药结构。基于爆轰波传播理论,给出了高爆速炸药引爆下低爆速炸药爆轰波传播的波迹方程,指出复合装药结构具有爆轰波向一个主要方向传播的功能。利用具有这个功能的复合装药结构,可以达到降低爆破地震、提高光面爆破效果等爆破目的。文中同时阐述了复合装药结构的设计要求。     

炮孔复合装药对爆破地震波影响的试验研究

利用炮孔复合装药进行了爆破试验。通过测定质点峰值振速,探索不同方向上地震波强度的差别。同时,与常规装药的爆破震动峰值振速进行了对比。试验结果表明,炮孔复合装药的爆轰波主传播方向上地震波强度最大,其反方向上地震波强度最小;与常规装药结构相比,炮孔复合装药爆轰波主传播方向的反方向上的爆破地震波强度降低30%以上。     

粒状铵油炸药轴向连续装药预裂爆破数值模拟及应用研究

针对乳化药卷供应不足制约预裂爆破进展的问题,探索了一种新的装药结构模式,即采用低威力的多孔粒状铵油炸药轴向连续、径向不耦合的装药方式.在理论上验证了该装药结构的可行性,同时采用LS-DYNA软件数值模拟的手段,对照矿山实际孔径建立1:1模型,对比分析了与传统乳化药卷不耦合装药结构的差别,得出了粒状铵油炸药轴向连续装药在...     

光面爆破的岩石裂纹扩展规律研究

光面爆破是一种控制爆破技术,为了实现更为精确的控制爆破效果,需要对光面爆破的岩石裂纹扩展规律进行研究。在光面爆破的初始裂纹产生阶段,利用数值模拟的方法,对光面爆破的弹性力学简化模型进行分析,得到了初始裂纹的起裂点位置以及初始裂纹长度。在爆轰气体驱动下,初始裂纹二次扩展。从裂纹扩展的能量角度,分析了裂纹扩展速度与裂纹长度的定量关系。基于断裂力学对裂纹二次扩展条件和二次扩展范围进行理论分析,定量描述了裂纹二次扩展长度与孔壁压力的关系。最后,在对光面爆破致裂机理认知的基础上,提出光面爆破中装药不耦合系数、炮孔间距、光面层厚度等参数的计算方法。     

光面爆破的岩石裂纹扩展规律研究

光面爆破是一种控制爆破技术,为了实现更为精确的控制爆破效果,需要对光面爆破的岩石裂纹扩展规律进行研究。在光面爆破的初始裂纹产生阶段,利用数值模拟的方法,对光面爆破的弹性力学简化模型进行分析,得到了初始裂纹的起裂点位置以及初始裂纹长度。在爆轰气体驱动下,初始裂纹二次扩展。从裂纹扩展的能量角度,分析了裂纹扩展速度与裂纹长度的定量关系。基于断裂力学对裂纹二次扩展条件和二次扩展范围进行理论分析,定量描述了裂纹二次扩展长度与孔壁压力的关系。最后,在对光面爆破致裂机理认知的基础上,提出光面爆破中装药不耦合系数、炮孔间距、光面层厚度等参数的计算方法。     

基于非理想爆轰的炸药-岩石相互作用过程

对炸药-岩石相互作用过程正确和全面的理解是研究岩石爆破破碎过程的基础。通过未反应炸药采用Murnahan状态方程、爆轰产物采用JWL方程、反应速率采用三项点火-增长-反应速率模型,改进了的炸药非理想爆轰模型。实验数据对比表明,改进的非理想爆轰模型能够较好地模拟工业炸药的非理想爆轰过程。基于改进的非理想爆轰模型,研究了不同装药结构和不同耦合介质下炸药与岩石的相互作用过程。研究表明,同种炸药在纵波速度不同的岩石中的爆轰结构存在显著差异,空气和水对爆轰冲击波有明显的缓冲和迟滞作用,与空气不耦合装药相比,水耦合装药荷载峰值高,持续时间长,具有更高的能量利用率,有利于改善破碎效果。     

不同耦合介质下脆性材料断裂行为研究

为了分析不同耦合介质装药结构下脆性材料的爆破机理问题,通过实验室试验及数值模拟方法对水耦合装药和空气耦合装药爆破效果以及裂纹扩展机理进行研究。在实验中,试件材料采用透明均匀的PMMA(有机玻璃),炸药采用DDNP(二氮烷基苯酚),利用高速摄像机观察压裂和裂纹传播过程,然后从定量和定性两方面对不同耦合介质装药爆破下裂纹传播行为进行分析。观察实验过程以及数值模拟软件LS-DYNA分析结果表明,可以得到空气耦合介质下,试件炮孔周边次生裂纹少,裂纹分叉现象较少,形成规则的贯通裂隙。相比于空气耦合,水耦合介质条件下,炮孔周围形成规则不一的裂纹,破碎区直径增大,横向裂纹增多,对孔壁产生的压力较均匀,破碎效果好。同时在数值模拟分析中得出不同耦合介质装药结构下脆性材料的爆破应力云图和v-m时程曲线图,得出水耦合装药爆破可以获得更高的孔壁初始压力,且对孔壁产生的压力较为均匀,爆破的破碎效果更好。     

在外部接触爆破中起爆点位置的影响

文章着重分析装药在目标外部接触爆破时,不同的起爆点位置产生的爆炸压力情况.起爆点位置决定了爆轰波在装药中的传播方向,从而影响爆炸荷载和爆破效果.外部接触爆破中,装药的最优起爆位置是在装药同目标接触面的对面中央.     

炮孔复合装药结构对混凝土作用的数值模拟

利用LS DYNA60 0应用软件 ,对炮孔复合装药爆炸后在混凝土中形成的应力波进行了计算。结果表明 ,位于该装药爆轰波传播主方向上混凝土中的应力波明显大于其反方向上的应力波 ,由此验证了该装药结构的性能。利用这种装药结构 ,能够达到降低爆破地震、提高光面爆破效果等目的。     

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。     

三维模型柱状药包爆生裂纹扩展规律研究

利用有机玻璃材料,采用高速摄影和数值模拟方法研究不同位置起爆柱状药包爆生裂纹扩展和损伤破坏差异。研究结果表明,正反向起爆时炮孔周围均产生多条径向裂纹,爆生裂纹面经历了由"密集波纹状→光滑平坦→少量径向微裂隙→密集径向裂隙"逐步转变的过程。正向起爆时,径向裂纹优先产生,并逐渐向模型内部延伸,在炮孔底部产生较大的超深扩展现象。而反向起爆时,底部"圆锥形"裂纹面与炮孔径向裂纹同时产生,炮孔底部裂纹面消耗较多能量,其径向裂纹扩展速度较正向起爆时小,扩展时间也较短,但有利于岩石的抛掷。由模拟结果可知,柱状药包反向起爆比正向起爆爆破损伤区范围大,并且爆破损伤的均匀程度好。因此,在掏槽爆破中,为提高岩石的抛掷效果,应尽量采用反向起爆方式进行爆破;而在松动爆破中,为增加岩石中裂纹的扩展深度,应尽量采用正向起爆方式进行爆破。     

导向孔对两爆破孔间成缝过程影响的数值模拟

在爆破中,控制裂纹扩展的方法之一是在装药孔之间开挖导向孔,促使裂纹的扩展贯通。炸药在爆炸时,产生的载荷包括爆炸应力波和爆生气体压力。基于这一认识,研发了爆破损伤的数值模拟系统,并对有机玻璃试样中两炮孔同时起爆时孔周裂纹的萌生、扩展过程进行模拟,探讨了无导向孔、有一个圆形导向孔和有一个带切割槽的导向孔3种情况下裂纹的扩展规律。数值模拟结果与室内试验结果相吻合,这一方面证实了在装药孔之间开挖带切割槽导向孔对控制裂纹扩展的有效性,同时也验证了该文提出的爆破损伤模型的可行性。     

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。     

不同聚能爆破模式应力波传播及裂纹扩展规律研究

为研究双向聚能拉伸爆破应力波传播及裂纹演化规律,采用理论分析、数值模拟等方法,研究单孔爆破、连孔爆破、间隔爆破爆炸应力波的传播形式和裂纹扩展规律。结果表明,连孔聚能爆破和间隔聚能爆破的裂纹扩展长度都在水平径向上达到了900 mm,而单孔聚能爆破仅600 mm,说明连孔聚能爆破时应力波的叠加使切向拉应力增大,聚能方向形成了与孔心连线相平行的裂纹,裂纹开裂延伸,直至贯通。间隔爆破时随着应力波的传播,裂纹尖端张拉应力区也不断向前推移,促使裂纹继续发展,直至贯通。该项研究在岩石成型爆破中提供了有效真实的参考依据,具有广阔的应用前景。     

光面爆破装药结构空气柱长度理论计算

以爆轰气体为一维等熵流动来处理,得到了光面爆破装药结构的空气柱长度。经计算分析,采用空气柱间隔装药时,装药单元最大长度取决于炸药爆炸速度、岩体的断裂速度和孔间距。对于水胶炸药,爆速为4500m/s时,下部空气柱最大长度一般是炮孔间距的2.25倍;而装药和其上部的空气柱长度之和不应大于炮孔间距的4.5倍。在工程实践中应用取得了良好的光面爆破效果,对类似工程有参考价值。     

水下钻孔爆破的数值模拟

利用LS-DYNA对水下钻孔爆破岩石破碎过程进行了数值模拟,根据不同厚度水层覆盖条件下的爆破物理图像,结合岩石内3个单元的应力变化时程曲线,对起爆后10ms内岩石中的应力变化进行了分析;并根据岩石中裂隙的形成和发展情况,对爆破动载作用下水下岩石的破坏情况进行了相应的理论分析。模拟结果可应用于水下钻孔爆破的参数设计。