堵塞长度对巷道掘进掏槽爆破效果影响研究

巷道爆破掘进过程中过短或过长的炮孔堵塞都会对爆破效果和施工进度造成不良影响。为获得某金矿爆破掘进最优掏槽炮孔堵塞长度,采用了ANSYS/DYNA数值仿真软件模拟了不同堵塞长度(0 cm、10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、50 cm、60 cm)下的爆破施工,分析了相应的炮孔不同位置处岩体应力变化曲线,并进行了不同堵塞长度的爆破效果试验,对比不同工况下的大块率、炮孔利用率等爆破效果。试验结果表明:对比峰值应力获得了最优的堵塞长度为30 cm,实际工况下堵塞长度为30~40 cm时爆破效果是最好的,得到了爆破质量随堵塞长度变化的规律,过长或过短的堵塞都会引起不良爆破效果。     

平行双自由面岩体爆破炮孔堵塞效应研究

为研究平行双自由面岩体炮孔堵塞效应,借助动量定理推导出炮孔堵塞长度范围计算公式;利用有限元软件LS-DYNA,采用ALE多物质算法,建立4 m深的四孔无限岩体模型。通过分析自由面附近单元应力峰值和岩体应力分布规律,得到:炸药长度为2.4 m的无堵塞炮孔爆破效果最优;1.2 m炸药长度的炮孔模型中,单向堵塞和非对称堵塞爆破对岩体的应力分布规律无影响,但岩体自由面附近单元的应力峰值增大,作用时间加长;双向对称堵塞的最佳堵塞长度为1.0~1.2 m。对比不同参数下的工程爆破效果,采用数值模拟结果的工程爆效最优,证明了数值模拟结果的正确性。     

钻孔爆破炮孔堵塞长度分析

为了考察钻孔爆破炮孔合适的堵塞长度及应力波在孔内传播规律,采用理论分析和数值模拟相结合的方法对炮孔堵塞机理进行分析,在基本假设的基础上,通过对堵塞物动力学规律研究,并考虑了堵塞物的压缩变形,建立了堵塞长度的计算模型并验证了其合理性.通过有限元分析软件建立区域尺寸为1.5 m×1.5 m,炮孔深度为0.62 m,孔径为0...     

Experimental study on stemming effect in rock blasting

基于爆破理论和应力波理论,对岩石爆破工程中炮孔堵塞物的作用机理,受力及其在炮孔中运动进行了分析,并推导出了炮孔堵塞长度的理论计算公式。在此基础上对炮孔堵塞及堵塞效应进行了大量现场试验,试验表明了炮孔堵塞的重要性,并得到合理的炮孔堵塞长度为最小抵抗线的0.63~0.88倍,而通过理论计算得到的合理的堵塞长度为最小抵抗线的0.73~0.8倍,表明了理论分析的正确性,可为爆破参数设计提供了理论依据。     

单自由面垂直炮孔爆炸作用的数值模拟

为了考查无空孔直眼掏槽爆破参数 ,采用数值模拟方法研究单自由面垂直炮孔的爆炸作用问题。数值模拟结果表明 ,在堵塞条件一定时 ,单自由面垂直炮孔爆破漏斗与装药长度无关。对于本算例所选取的炮孔参数、装药参数和岩石参数 ,爆破漏斗深度约为1～ 2m ,是孔径的 2 5～ 5 0倍。     

炮孔因素对露天台阶爆破效果的影响分析

钻孔爆破中,与炮孔有关的参数是影响爆破效果的最重要因素之一.主要分析了炮孔倾斜度、炮孔直径、超深和堵塞长度、孔距和排距、最小抵抗线等因素对爆破效果的影响,这对台阶爆破设计有一定的参考价值.     

分层装药爆破间隔填塞长度优化研究

分层装药爆破在工程中应用广泛,其具有良好的爆破减振和提高孔口堵塞段破碎等效果。但是在实践中,合理的中间填塞长度选择一直缺乏依据。通过有限元软件LSDYNA对90 mm孔径6 m深的炮孔分别建立中间填塞段长度为25~105 cm的五个模型,上、下药包装药量固定,耦合装药,以爆破损伤以及单元所受最大拉应力两个指标来分析填塞段长度对分层爆破效果的影响。结果表明:中间填塞长度过短,能量集中作用于中间段,会导致岩石过于粉碎;中间填塞长度的增加,孔口堵塞段岩体破碎效果也随之改善,填塞长度105 cm和25 cm相比,地表处单元所受最大拉应力增加了约1倍,但中间段破碎效果弱化;当中间填塞段长度为85 cm时,中间填塞段岩体和上部岩体均有较好的破碎效果;通过振动分析,中间填塞长度变化对离炮孔较远区域爆破振动的影响较小。基于数值模拟结果的工程试验表明,最佳中间填塞段长度为85~95 cm,较数值模拟结果稍大。     

高纬高寒地区冻土爆破效果优化研究

针对高寒高纬度地区不同冻土厚度下爆破块度大块率高的难题,在乌努格吐山铜钼矿冬季低温下进行爆破漏斗试验。根据试验结果利用利文斯顿爆破漏斗理论确定了冻土装药参数与爆破漏斗参数之间的关系,计算出冻土层的变形能系数,分析了不同冻土层厚度的爆破漏斗特性曲线。在装药量为4 kg时,冻土临界深度为1.3 m,最佳埋置深度为0.84 m,变形能系数为1.06;在装药量为8 kg时,冻土临界深度为1.7 m,最佳埋置深度为1.2 m,变形能系数为1.05;在装药量为12 kg时,冻土临界深度为2.2 m,最佳埋置深度为1.34 m,变形能系数为0.95。根据爆破立方根定律,推导出适用于现场冻土区的最佳装药参数,经过对不同冻土层厚度多种爆破参数下爆破效果对比分析,采取“分区域,分阶段”原则优化爆破效果,对于弱冻层区域采用减小堵塞长度并增加装药高度的方法提高爆破质量;对于强冻土区主爆孔周围增加辅助孔来降低冻土层大块率。总结出适用于高寒地区随冻土层厚度变化的爆破参数优化方案,爆破效果改善明显,在很大程度上降低了冻土层爆破后的大块率产出,提高供矿率。     

基于岩石爆破损伤的炮孔布置优化研究

为改善焦家金矿巷道掘进爆破效果,采用数值模拟方法对爆破方案中的炮孔布置进行优化。利用ANSYS/LS-DYNA建立2组掏槽及光面爆破数值模型并进行计算,获得了爆破过程中岩石产生的损伤,通过损伤因子D对爆破效果进行评价。结果表明:空孔有利于掏槽孔间岩石的破碎,使各个掏槽孔产生的空腔连成片;比较外圈掏槽孔间距为90 cm、100 cm及110 cm时的掏槽效果,当间距为100 cm时所形成的掏槽空腔范围大且相互连通;分析光爆孔间距为50 cm、60 cm及70 cm时的爆破效果,发现随着孔间距增大,炮孔连线间的损伤程度减小,连线间的损伤区由贯通变为不贯通,最后确定光爆孔间距为60 cm。将优化后的爆破方案用于现场试验,取得了较好的效果,说明根据岩石损伤演化规律对炮孔布置进行优化是可行的。     

大型地下厂房开挖爆破损伤影响范围及评价研究

针对溪洛渡主厂房浅孔台阶开挖爆破工程,根据C-J爆轰理论和强度统计理论等分别得到炮孔壁上爆炸冲击荷载曲线和考虑压、拉损伤的岩石动力损伤本构关系。在FLAC3D数值软件中应用该爆炸荷载曲线和本构关系,并建立模拟单个垂直炮孔起爆的三维有限差分计算模型,分析岩石爆破动力响应,得到爆破损伤影响范围特性。同时在现场进行了爆破试验、钻孔声波测试和爆破振动速度测试。将现场试验、基于TCK体积拉伸损伤模型的数值计算与考虑压、拉损伤的数值计算的结果对比,验证压、拉损伤数值模型的合理性。研究成果表明,受地表自由面影响,岩石爆破损伤影响范围随深度增加而减小。炮孔顶部损伤影响水平半径最大,且该半径随单孔炸药量增大而显著增大;与最大损伤影响半径对应的水平径向质点峰值振动速度可作为爆破损伤安全判据;相对深度方向,水平径向为爆破损伤的主要扩展方向;数值计算结果较为合理,研究成果可为类似开挖爆破工程提供参考。     

不同炮孔堵塞材料对矿山露天爆破效果的影响

通过矿山目前采用的单一材料堵塞的冲孔分析,利用控制变量法和对比分析法,定性地研究炮孔中应力和时间的变化规律,结合现场爆破试验,将炮孔堵塞分6种情况进行试验研究,最终得出:混合材料的炮孔堵塞相比单一材料的炮孔堵塞,具有抗剪强度高、炸药能量在炮孔中作用时间长和炸药做功能力增大等特点。现场混合材料堵塞能有效地降低冲孔现象的发生,提高炸药利用率和减少炮孔上部大块的产生。     

水垫封光面爆破技术在隧道掘进中的应用研究

为解决隧道掘进过程中存在的爆破效果差、超挖现象凸显、围岩稳定性得不到保证的问题,利用水垫封光面爆破技术,进行参数优化实验。实验结果表明:当底部水袋高度在10～25 cm之间,顶部水袋高度在20～35 cm之间,水袋总高度在30～70 cm之间时,随着底部水袋高度和水袋总高度的增加,半孔率总体逐渐减小,炮孔利用率总体降低,爆破块度呈增大趋势,通风时间先增大后减小。利用优化实验结果对比常规光面爆破进行分析,半孔率提高了8.7%,炮孔平均利用率增大10.1%,通风时间减少8.4 min,进尺增大0.32 m,爆破最大块度减小8 cm,该项技术应用于龙那1号隧道中取得了良好效果。     

利用浅孔改善深孔台阶爆破孔口块度技术研究

新疆别斯库都克露天煤矿由于岩体节理裂隙发育,深孔台阶爆破中孔口部分容易产生大块.为了改善该露天矿岩石爆破效果,采用了深孔之间布设浅孔的方式对孔口的爆破破碎效果进行改善.为了确定合理的爆破参数,采用了数值模拟方法对参数进行模拟验证.在露天矿现场取样制作试件测试了现场砂岩的岩石力学性质,基于实测岩石力学性质与现场爆破参数建立了数值模拟模型.对不同浅孔深度的五种模拟条件进行了模拟,分析了不同条件下孔口1～4m范围内的爆破应力波应力峰值,确定了4m浅孔深度下对于孔口部分爆破效果的改善效果最佳.在别斯库都克露天矿1216台阶尝试采用了增加4 m深度1.5 m装药长度的浅孔,明显改善了现场爆破效果.该研究结果可以对利用浅孔改善深孔露天台阶爆破孔口部分爆破效果,减少孔口大块提供技术参考.     

基于CDEM的岩石基坑爆破效果的数值模拟

为探讨延时时间及炮孔间距对岩石基坑爆破破碎效果的影响规律,依托大连地铁五号线虎滩公园站,建立岩体二维数值计算模型,通过连续-非连续数值模拟方法(CDEM)中的JWL爆炸模型及断裂能模型,对岩石基坑开展了爆破过程的数值模拟,并通过应力、振动速度、平均破碎尺寸、极限破碎尺寸、大块率及系统破裂度等指标进行综合分析。结果显示：模型监测点处以拉应力破坏为主导,延时35 ms时应力波叠加效果较好,引起的模型监测点峰值振速较小;随着延时的增大,岩石爆破效果逐渐变差,而当延时为25 ms时,较短的延时不利于应力波的传播和衰减导致爆破效果不佳。监测点处y方向峰值振动速度随着炮孔间距L的增大逐渐减小,岩石爆破效果逐渐改善,而过大的炮孔间距会阻碍应力叠加。炮孔间距6 m时能够有效减少大块率,爆破破碎效果最佳。改变炮孔间距相对于改变延时时间大块率降低了3.2%,系统破裂度提高了3.8%,因此,改变炮孔间距优于改变延时时间的爆破效果。     

炮孔堵塞物运动规律的理论探讨

本文分析了炮孔装药爆破时炮孔堵塞物的受力情况，建立了爆气体作用下堵塞物的运动方程，并根据动量守恒和能量守恒，求算出堵塞物的初始运动速度和脱离孔口时的速度。     

基于JKSimBlast的露天台阶爆破空气间隔装药结构优化研究

黑沟矿区露天台阶爆破采用连续装药结构,爆破后大块率高,二次破碎工作量大,严重影响矿山后续铲装作业效率。基于爆破模拟软件JKSimBlast中露天开采2DBench模块,开展露天爆破装药结构优化研究。选择常用空气间隔器作为间隔材料,保持炮孔深度17.5 m和装药长度10 m不变,以空气间隔器长度、中间间隔位置为研究对象,以大块率为评价指标,设计两因素五水平共计25组全因素组合实验。模拟结果表明空气间隔长度相同时随着间隔位置下移,爆破大块率先减小后又增大,存在一个最佳间隔位置。间隔位置相同时随间隔长度增大大块率先减小后增大,进而确定最佳间隔长度2 m与最佳间隔位置距离孔口11.5 m。最后,基于优化结构在5个不同爆破区域开展现场工业试验,选取区域3优化前后爆堆照片作为参考组,利用Split-Desktop爆破分析软件进行数据处理,得到5个区域优化前后大块率并进行比对,结果显示优化后的装药结构爆破后大块率平均降低9.24%,优化后的间隔装药结构有效改善爆破效果,为露天矿装药结构选择和优化提供有益借鉴。     

岩体结构面对台阶爆破效果影响研究

岩体作为一种不连续的、各向异性的非均质结构体，随机分布有节理、裂隙和断层等结构面，各类结构面的存在对爆破效果具有重要的影响。为探究岩体结构面对台阶爆破效果的影响，以别斯库都克露天煤矿为研究对象，分别采用LS-Dyna数值模拟与现场实验研究结构面角度和位置对台阶爆破效果的影响。数值模拟结果表明：当结构面倾角小于30°时，应力峰值受结构面倾角影响程度较低；当结构面夹角大于30°时，爆炸应力波的初始峰值随夹角的增大而增大。在台阶不同位置存在软弱夹层时，台阶爆破泄能结果差异较大。当软弱夹层位于台阶上部区域，爆破效果较好。当软弱夹层位于台阶中部和下部区域时，台阶爆破泄能较为明显，导致爆破效果较差，需要制定专门的爆破方案进行处置。现场实践表明：随结构面倾角的增加，爆破后爆堆的大块率呈减小趋势。针对现场存在的软弱夹层位于中下部情况，通过采用加大炮孔超深0.5 m,并在软弱夹层下部岩体增加3～5 m深斜孔的方法，能有效降低大块率，改善爆破效果，提高铲装效率。     

水下钻孔爆破堵塞长度的数值模拟研究

结合长江太子矶航道炸礁工程,根据国内外水下钻孔爆破参数的经验公式,初步确定了该水下破工程的堵塞长度.运用ANSYS/LS-DYNA软件,通过对不同堵塞长度参数的优化调整,对比分析得出了最佳的堵塞长度为140 cm左右,与经验公式所给范围相同.以该值配合其他经验参数通过在现场试验验证发现,爆破效果较好,取得了预期的效果.     

深部高地应力下岩石双孔爆破的损伤规律

为了研究岩石在深部高地应力下的爆破损伤演化规律,基于HJC损伤本构建立岩石双孔爆破模型,采用隐-显式序列算法,综合考虑炮孔间的相互作用、埋深以及侧应力系数因素的影响,设置不同工况条件开展数值计算。结果表明:无地应力条件下,在孔距50～130 cm变化的过程中,发现沿炮孔孔心连线方向的损伤半径逐渐增大,垂直孔心线方向损伤半径逐渐减小;有效破碎面积的变化呈现钟形曲线,存在最佳孔间距d=70 cm使孔间损伤裂纹贯通的同时,有效破碎面积达到最大。地应力工况条件下,在侧应力系数λ=1时,有效破碎面积减小,x和y方向损伤半径均减小,损伤裂纹的扩展受到抑制。而在λ≠1时,损伤裂纹更偏向于地应力较大的方向发育,另一方向的损伤扩展受到抑制。深度即地应力的大小对岩体爆破效果并无线性关系,深度越大,对应侧应力系数下地应力对爆破效果的作用越明显。     

长山壕某金矿预裂爆破的研究

为了改善预裂爆破效果、提高边坡稳定性,以长山壕金矿中的软弱岩层为研究对象,通过利用动力有限元分析软件ANSYS LS-DYNA,建立了三维单孔和二维双孔预裂爆破数值模型,再现了预裂爆破裂缝扩展过程,旨在得出孔间距与线装药密度、不耦合系数的函数关系,为不同要求的施工给出合理的参数。数值模拟结果表明:在软弱岩层预裂爆破中,炮孔直径为10 cm、11.5 cm、12 cm、7.5 cm,不耦合系数分别为4.55、3.59、4.29、3.75,炮孔壁能得到很好的保护,且预裂缝刚好贯通;线装密度一定时,在一定范围内孔间距随着不耦合系数的增大而增大,随着不耦合系数的减小而减小。