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。     

底部空气柱装药爆破效果试验研究

本文通过分析了底部空气柱长度变化对爆破作用的影响,结果表明,底部空气柱长度与装药深度之比为0.4～0.8时,爆破效果最佳,爆破体积比传统的装药结构增大45％～55％,显著提高了炸药能量有效利用率。文中提出了底部空气柱效应新概念,探讨了底部空气柱效应的作用机理。     

机制砂采场深孔爆破参数优化

为了解决闽侯县白沙镇唐举矿区建筑用凝灰岩矿山爆破大块率较大的问题,对导爆管爆破网路进行了优化,在不增加雷管成本的条件下实现逐孔起爆。通过调整孔网参数、采用分段装药结构及空气间隔装药等手段,使炸药能量均匀分布,并采用正交实验法对分段装药比例、填塞长度及空气间隔长度进行实验。通过实验,确定在分段装药比例为204∶52,一段填塞长度为3.5m,空气间隔长度为1.8m,二段填塞长度为2.9m时爆破效果最佳,有效地改善了爆破效果,提高了生产效率,降低了生产成本。     

机制砂采场深孔爆破参数优化

为了解决闽侯县白沙镇唐举矿区建筑用凝灰岩矿山爆破大块率较大的问题,对导爆管爆破网路进行了优化,在不增加雷管成本的条件下实现逐孔起爆。通过调整孔网参数、采用分段装药结构及空气间隔装药等手段,使炸药能量均匀分布,并采用正交实验法对分段装药比例、填塞长度及空气间隔长度进行实验。通过实验,确定在分段装药比例为204∶52,一段填塞长度为3.5m,空气间隔长度为1.8m,二段填塞长度为2.9m时爆破效果最佳,有效地改善了爆破效果,提高了生产效率,降低了生产成本。     

盾构隧道孤石预爆破地表质点峰值振速衰减公式

为了解决盾构隧道孤石预爆破中,不同炸药的性质和药包埋深对质点峰值振动速度的影响,对岩石爆破中地表质点峰值振动速度衰减公式进行了改进,基于叠加原理获得能同时考虑装药结构、岩性特性参数等影响因素的长柱药包峰值振动速度公式,并通过工程实例验证了该公式的有效性。结果表明:长柱形装药地下爆破引起的峰值振动速度不仅受测点与爆源距离影响,也受到装药结构的影响;在装药长度不变条件下,长柱药包的埋深对与爆心水平距离25m范围内峰值振动速度影响较大,超出25m范围受到的振动影响程度趋于一致。     

盾构隧道孤石预爆破地表质点峰值振速衰减公式

为了解决盾构隧道孤石预爆破中,不同炸药的性质和药包埋深对质点峰值振动速度的影响,对岩石爆破中地表质点峰值振动速度衰减公式进行了改进,基于叠加原理获得能同时考虑装药结构、岩性特性参数等影响因素的长柱药包峰值振动速度公式,并通过工程实例验证了该公式的有效性。结果表明:长柱形装药地下爆破引起的峰值振动速度不仅受测点与爆源距离影响,也受到装药结构的影响;在装药长度不变条件下,长柱药包的埋深对与爆心水平距离25m范围内峰值振动速度影响较大,超出25m范围受到的振动影响程度趋于一致。     

空气间隔装药爆破条件下边坡振动规律研究

采用数值分析软件,结合大型矿山边坡工程,讨论了爆炸等效荷载的施加过程,分析了空气间隔装药条件下边坡爆破振动规律。计算表明:随着质点与爆源垂直距离的增加,爆破质点振动速度峰值整体上呈减小趋势,其中水平径向振动峰值比垂直振动速度峰值衰减慢;空气层位置变化对爆源近、中区质点振动峰值存在影响,而对爆破远区振动特性影响有限。通过坡面点和马道外侧点的振动速度对比分析得出:边坡台阶存在局部的爆破振动放大效应。另外,采用文中的荷载施加方案既可以明确炮孔近区岩体的破坏机理,也能将炮孔装药结构所对应的爆破荷载信息在后续模型计算中予以保留,为优化装药结构、提高爆炸能量利用率提供参考依据。     

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。     

孔底设复合消能结构的岩体爆破振动特性研究

爆破振动的特性、控制方法及措施一直是工程爆破界的研究热点。基于白鹤滩水电站坝基开挖中开展的孔底设复合消能的岩体爆破开挖试验,结合动力有限元技术数值模拟,以及对实测振动傅里叶频谱分析,研究了孔底设复合消能结构的岩体爆破振动特性。数值模拟与现场监测结果表明:孔底设复合消能结构相对于常规装药结构能够大幅减小炮孔底部岩体的爆破振动速度,减小幅度达到30%以上,相应的傅里叶幅值谱峰值和主频率也有降低,可见爆破孔孔底设复合消能结构可有效降低孔底的峰值振动速度,从而控制孔底岩体的爆破损伤范围。     

采石场空气间隔装药数值模拟及应用

为改善某道路工程所属采石场的爆破效果,进行了空气间隔装药爆破技术的研究与应用.首先,运用数值模拟手段对比了不同空气间隔装药参数下的爆破作用效果差异,发现当间隔比例较小时间隔段的峰值压力依然足以破碎岩石;其次,在现场进行试验并运用数字图像分析软件分析爆后岩石块度分布,结果表明采用1 m间隔长度可以得到良好的爆破效果;最后,综合数值模拟及现场试验结果,在该采石场采用1 m间隔长度进行空气间隔装药,实际应用取得了降低成本、减小爆破振动、提高爆破效果的成效.     

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。     

基于C型聚能管的聚能水压光面爆破技术原理及应用

针对常规光面爆破存在的问题,依托栾卢高速公路碾盘隧道现场施工,详细分析了聚能水压光面爆破技术原理,阐述了第二代C型聚能管的结构特点、技术优势、装置组装流程及装药结构,并开展了聚能水压光面爆破技术现场试验研究。理论分析证明:在空气-水复合介质作用下,聚能水压爆破冲击波到达孔壁时的应力较常规光面爆破时增大,围岩振速降低。侵入岩体后,成缝过程可分为聚能射流切缝阶段、岩体压碎阶段、裂缝发育阶段、裂缝扩展阶段、最终成缝阶段。现场试验及工程应用表明:与常规光面爆破相比,采用聚能水压光面爆破技术时,周边眼间距增大,炮孔利用率提高约16.69%,半眼痕率增加约40.47%,最大超挖降低约49.88%,围岩平均峰值合振速降低约48.96%,有效保护了围岩稳定性,且爆破效果得到显著改善。     

武汉地铁区间隧道下穿建筑物爆破振动控制技术研究

为有效控制爆破振动对周围建筑物的扰动,研究爆破振动传播规律,结合现场环境和爆破器材,对武汉地铁纸坊大街站-小镇站区间隧道左线下穿建筑物区段进行爆破方案优化设计,并在建筑物地表设置监测点对爆破振动进行监测,然后通过10次监测所得数据分析爆破振动传播规律。结果表明:通过分台阶爆破、松动爆破、直孔掏槽、周边密集减振孔、空气间隔装药以及延时爆破等优化设计,将振动速度峰值控制在安全允许振速2.5 cm/s以下;中台阶、下台阶爆破时因上部存在自由面会有部分能量散失到空气中,导致工作面正上方测点振速减小,因此峰值振速随爆心距的增大先增大后减小。该工程技术可为其他复杂环境下的爆破工程提供参考和借鉴。     

武汉地铁区间隧道下穿建筑物爆破振动控制技术研究

为有效控制爆破振动对周围建筑物的扰动,研究爆破振动传播规律,结合现场环境和爆破器材,对武汉地铁纸坊大街站-小镇站区间隧道左线下穿建筑物区段进行爆破方案优化设计,并在建筑物地表设置监测点对爆破振动进行监测,然后通过10次监测所得数据分析爆破振动传播规律。结果表明:通过分台阶爆破、松动爆破、直孔掏槽、周边密集减振孔、空气间隔装药以及延时爆破等优化设计,将振动速度峰值控制在安全允许振速2.5cm/s以下;中台阶、下台阶爆破时因上部存在自由面会有部分能量散失到空气中,导致工作面正上方测点振速减小,因此峰值振速随爆心距的增大先增大后减小。该工程技术可为其他复杂环境下的爆破工程提供参考和借鉴。     

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%。     

孔底准真空间隔装药的爆破效果试验研究

采用相似模拟试验对孔底准真空间隔装药的爆破效果进行研究。通过高速应变测试、爆破振动测试、爆破漏斗容积测量及块度测量分析爆破效果。相同实验条件下对比水、空气、准真空三种间隔装药方式:准真空所测得的平均峰值最小为1.67με;准真空间隔装药方式爆破引起的爆破震动速度峰值小于空气间隔及水间隔;空气间隔与准真空间隔装药方式爆破后,均能获得比连续装药方式更大的漏斗体积;准真空间隔装药方式爆破时爆出的块度大小集中在块度半径R为10~12.5 mm之间,块度均匀性较其他间隔装药方式好。得到以下结论:孔底准真空间隔装置的使用能延长爆破作用时间,增大爆破漏斗体积,减少大块率且准真空层与埋药深度之比在37.5%~50%范围内,爆破能量利用率大。