裂隙岩体不耦合装药的爆破破坏分区计算

为了更为客观、准确地描述爆破对裂隙岩体的破坏，在总结前人研究成果的基础上，引入损伤变量表征裂隙岩体的初始破碎程度，利用相应的岩石破坏准则，推导了裂隙岩体环形不耦合装药爆破的压碎圈和裂隙圈半径计算式。结果表明：裂隙岩体环形不耦合装药的爆破破坏分区范围，不仅与炮孔半径、炸药和岩石性质等因素有关，而且与岩体的初始损伤程度、所用不耦合系数有很大关系。并以乌龙泉矿为例，利用所得计算式，得出了用不耦合系数k来表征的该矿裂隙圈半径。     

深部岩石掘进爆破压碎圈与裂隙圈研究

充分考虑高地应力的影响,将压碎圈和裂隙圈范围的确定简化为平面应变问题,推导出耦合装药和不耦合装药条件下深部岩石松动爆破的压碎圈和裂隙圈半径计算公式。通过在煤矿现场试验验证公式的实用性,所得结论对于深部岩石中巷道掘进的爆破参数设计有一定的参考价值。     

基于深孔预裂爆破的工作面坚硬顶板弱化技术研究

为有效解决慈林山煤矿工作面切眼坚硬顶板大面积悬顶的技术问题,系统分析比较了现有坚硬顶板处理技术,论证了深孔预裂爆破技术的技术经济优势.以15201工作面为试验对象,采用理论计算方法获得了包括压碎圈半径、裂隙区半径和预裂高度在内的影响预裂爆破效果的关键参数;基于工程类比法,确定了科学合理的炮孔布置、爆破方式和装药方式;在...     

不同装药结构爆破掘进时巷道围岩损伤规律分析

为应对煤矿巷道耦合连续装药爆破掘进时围岩损伤较大的问题,通过理论分析,得出有限长柱状装药爆破时岩石的损伤范围计算公式。利用LS- DYNA数值软件,对不同柱状装药结构爆破时的围岩损伤规律进行研究。结果表明：耦合连续柱状装药时,槽腔半径和炮孔周围围岩的损伤半径最大,分别为81mm和311mm。不耦合不连续柱状装药时,槽腔半径和裂纹长度最小,分别为41mm和200mm。在裂隙区内,距炮孔壁距离120mm的测点,采用不耦合不连续柱状装药时的损伤因子为0.194,分别为耦合连续、耦合不连续和不耦合连续装药的42%、50%和53%。综上,煤矿泥质粉砂岩巷道爆破掘进时,采用不耦合不连续柱状装药既能充分利用爆破时的能量,又能降低爆破荷载对巷道围岩的损伤。     

大变形巷道深孔爆破切顶卸压技术研究

针对潞安化工集团常村煤矿S6-1工作面大变形巷道爆破切顶卸压确定合理炮孔间距的问题,文章采用COMSOL数值模拟软件建立二维物理模型并通过施加动力荷载的方式模拟爆破过程,结合不同装药直径岩体内部应力峰值拟合曲线与岩石抗拉强度得到不同装药直径爆破损伤半径,对不同装药直径爆破损伤半径进行拟合得到爆炸损伤范围随装药直径的变化规律。研究结果表明:装药直径为50 mm、55 mm、60 mm、65 mm时,岩石爆炸破坏损伤半径分别为1.06 m、1.91 m、3.07 m、4.81 m。爆炸损伤范围随着装药直径的增大呈非线性增长趋势,在一定范围内可以利用拟合方程得到任意装药直径下的爆炸损伤范围。该工作面爆破选用的药卷为直径60 mm的煤矿许用3级乳化炸药,根据拟合方程确定爆破方案中炮孔间距应设为6 m。     

特厚煤体爆破致裂机制及分区破坏的数值模拟

为了优化并确定顶煤爆破参数,通过对爆破致裂机制的探讨,推导了爆炸作用下裂纹应力强度因子的表达式,给出了裂纹继续扩展的判断准则和裂隙区、压碎区的判定准则,运用理论分析和数值计算手段揭示了爆破致裂特性,分析了不同装药半径条件下爆破后煤体的压碎区、裂隙区范围。综合分析表明:爆炸后形成的压碎区、裂隙区与炸药性能及被爆体的物理力学特性有关,爆炸最终形成的压碎区、裂隙区半径与装药半径的比值不变,但压碎区和裂隙区半径随装药量的增加而加大。讨论认为裂隙区半径研究结果差异较大的原因与研究对象对爆破扰动的要求程度有关,爆破提高特厚、坚硬煤体冒放性主要与爆破致裂产生的宏观裂隙区有关。宏观裂隙区在15rb范围内,15rb以上的区域是微观裂隙萌生区。在进行涉及到安全防护方面的方案设计时,为保障安全性,必须考虑微观裂隙区的大小。     

柱状药包爆破冲击波作用区域的理论计算

运用冲击波理论, 讨论了柱状药包爆破时冲击波对炮孔的扩腔作用和形成的压碎圈大小, 分析结果表明, 影响压碎圈半径的主要因素是炮孔尺寸、炸药性质和岩石性质, 冲击波的扩腔作用主要与炮孔直径和压缩圈半径有关。     

岩石爆破的扩腔作用及能量消耗

岩石中装药爆破引起民的扩腔是由爆炸冲击波和爆生气体共同作用的结果，并有冲皮压缩在先，爆生气体膨胀在后，炮孔偶合柱装药爆破时，爆腔半径一般是炮孔半径的１．１５－１．３０倍，而爆腔扩胀过程中的能量消耗则占炸药爆炸总能量的１０％左右。     

穿层深孔爆破提高瓦斯抽放量

简要论述了深孔爆破提高瓦斯抽放的机理 ,以煤体中柱状装药爆炸后的裂隙圈半径进行了计算。进行了深孔爆破的现场试验 ,试验结果表明穿层深孔爆破可以有效地增加瓦斯抽放量。     

水压爆破应力波传播及破煤岩机理实验研究

开展了水压爆破爆炸应力波传播及破煤机理实验研究,采用超动态应变测试系统对模拟煤体中产生的爆炸应变进行了采集分析,研究了水压爆破爆炸应力波在煤体中的传播,根据损伤破坏区域、裂纹形态等爆破效果,研究了水压爆破破煤机理,通过分析水、空气2种炮孔不耦合介质对煤体爆破作用的影响,对比证明了水压爆破煤体致裂效果明显。研究结果表明:煤体首先呈现塑性压缩破坏,在炮孔周围形成粉碎区,粉碎区半径约为炮孔半径的1.5倍;然后呈现脆性拉伸破裂,形成大范围裂隙区,裂隙区半径约为炮孔半径的13倍;最后应力波衰减为地震波,引起煤体质点产生弹性震动,形成爆破松动区。     

爆炸应力波作用下岩石破坏数值分析

为了研究爆炸应力波对岩石的破坏机理,以柱状装药条件下,现场爆破测试、动光弹和动云纹实验为基础,通过理论分析,提出了爆破漏斗半径的计算公式,并通过应用ANSYS/LS_DYNA数值模拟软件模拟柱状装药条件下爆破过程,对提出的理论进行验证,模拟得出,在相同的装药形式,不同的岩石动态抗拉强度条件下,岩石爆破漏斗半径数值模拟值与提出的理论计算值误差在10%以内;同一种岩石,在不同的装药长度条件下,岩石爆破漏斗半径数值模拟值与提出的理论计算值误差也在10%以内。     

装药结构对台阶爆破粉矿率的影响研究

分析了台阶爆破粉矿产生的原因,认为台阶爆破的粉矿控制应从改变装药结构着手。采用数值模拟,对台阶爆破采用不同装药结构时的炮孔内的应力等值线、孔壁应力和粉碎圈范围进行了对比研究,发现与耦合装药相比,采用不耦合不均匀装药时,炮孔壁岩体应力明显变小,炮孔壁的应力波的幅值降低,炮孔压碎圈半径减少。通过试验和实践,确定了不耦合装药的相关参数,提出了降低台阶爆破粉矿的建议。     

侧向荷载下组合孔爆破参数优化取值试验研究

随着浅部资源开采逐渐进入深部，深井高地应力问题愈发严重。为研究深部金属矿山回采过程中由于采切工程带来的单侧高地应力问题，通过理论分析推导了深部无限岩体内炸药爆炸压碎圈半径、裂隙圈半径的扩展公式，认为初始地应力对炸药爆破裂隙具有抑制作用，且对裂隙圈半径扩展的抑制作用更明显。不同单侧围压下组合孔爆破模型试验结果表明：随着单侧围压加大，组合孔爆破漏斗体积减小，炸药单耗增加，单侧围压加大对组合孔爆破同样呈抑制作用。在理论分析和模型试验的基础上，采用LSDYNA软件建立了赞比亚谦比希铜矿井下采场三维模型，开展了单向围压15 MPa下采场组合孔爆破参数（孔距、抵抗线）优化研究。研究表明：当抵抗线W=1.8 m、孔距 a=2.4 m时，即W=23.68[?]、a=31.58[?] （[?]为炮孔直径）时，爆破漏斗体积得到最大值，此时可取得最大的炸药能量利用率。研究结果对于矿山现场爆破参数优化具有一定的参考价值。     

炮孔柱状装药爆破时岩石破碎和破裂的理论探讨

运用爆炸冲击波理论并假定冲击波波阵面后岩石介质不可压缩, 探讨了岩石炮孔柱状装药爆破时粉碎区的形成并推导了粉碎区半径、爆腔半径、裂隙区半径的计算公式。同时提出了爆炸波作用下岩石中压坏区的概念, 分析了压坏区形成机理并计算了压坏区半径。研究结果表明:岩石中激起的冲击波强度越高、岩石的可压缩性越强, 造成岩石的破坏程度和破坏范围也就越大。     

爆破载荷作用下岩体损伤数值模拟研究

利用FLAC3D对大直径深孔爆破损伤进行数值模拟研究,分析其在不同装药高度条件下,深孔爆破对岩石损伤作用规律及发展过程。根据模拟结果得出不同爆破条件下岩石的损伤范围随爆破药量的增加而增加,并随时间变化明显,且通过对爆破药量与损伤半径进行回归拟合得出一可靠经验公式,用以确定合理的爆破参数。     

深孔预裂爆破装药量计算方法及水耦合装药结构优化

岩体内爆破裂隙的发育程度与装药参数密切相关。针对现有装药量计算方法在深孔预裂爆破应用中适用性差的问题,通过建立柱状装药简化计算模型,基于体积法计算原则,提出了一种深孔预裂爆破装药量计算方法,并分析了水压爆破作用机理,对深孔预裂水耦合爆破装药结构进行优化,解决了深孔封堵劳动量大、含水地层封堵困难、炸药拒爆等不易处理的难题。采用上述研究成果,在新驿煤矿硬岩巷道开展了综掘硬岩深孔预裂爆破现场试验,借助钻孔成像仪及声波测试仪进行爆破效果检测。结果表明:爆破后孔内岩石大量裂隙增加,岩石完整性下降,封堵段岩石完整性系数下降至0.3～0.5,装药段下降至0.1,综掘机推进过程中爆破区域推进速度增加,验证了装药量计算方法及装药结构的优越性。     

坚硬煤体爆生裂纹的数值模拟及分析

根据安泰煤矿三采区坚硬煤体的动态力学特性及相关爆破参数,利用LS-DYNA有限元程序模拟了单孔柱状装药爆破过程,分析了爆破应力波对煤体力学性质的影响及爆破裂纹的扩展过程,得到了坚硬煤体粉碎区和裂隙区的范围及形成时间。研究结果表明,坚硬煤体爆破粉碎区半径为装药半径的3.8倍,裂隙区半径为装药半径的51倍。     

爆炸荷载下空孔效应的研究与应用

在深部岩石的破碎中,深孔爆破具有高效安全的特点,为改善爆破效果,使岩体的完整性降低,采用空孔控制裂纹的扩展,同时利用空孔补偿岩石的位移。根据爆破理论,确定压碎区、裂隙区、弹性区的范围,通过实验研究空孔位于不同作用区时岩石的断裂方向,分析空孔与装药孔间的距离对裂纹扩展的影响,并测量不同孔间距时空孔周围的应变。实验结果表明,空孔位于爆破裂隙区时,可以有效控制裂纹的扩展方向,空孔有定向致裂的作用,此时空孔周围的应变最大。在淮北矿业集团煤矿顶板弱化中,合理布置爆破参数,使难冒顶板变为易冒顶板,爆破后岩体声速降低40%~50%,爆破区域裂纹扩展,工作面推进阻力降低,达到爆破设计要求,提高了生产效率。     

水压爆破岩石的破坏特征

根据水介质特性和爆炸作用特点，得出水压爆破最佳不耦合系数为４．４，其粉碎区和裂隙区范围分别为炮孔半径的１．０１～１．８４倍和３．６～１４．５倍；讨论了水的水楔作用。指出水压爆破可增大孔距，丰富了水压爆破破碎理论。     

穿层深孔控制爆破有效影响半径的确定

为了确定穿层深孔控制爆破施工过程中爆破孔间距的大小,需要考察控制爆破过程中产生裂隙场半径的大小。以平煤十二矿己15-31010工作面为试验点,从理论计算、数值模拟及现场试验3个方面对裂隙场的半径进行计算测试,并对结果进行对比分析,从而得出了深孔控制爆破的有效影响半径。结果表明穿层深孔控制爆破过程中爆破孔有效间距为5~7 m时最佳。