扇形孔爆破裂隙的数值模拟

对扇形孔爆破裂隙产生机理的认识可以为改进爆破方案提供科学依据。利用程潮铁矿中深孔落矿参数及岩石的基本力学参数,通过AUTODYN软件,应用Johnson-Holmquist(J-H)材料模型,来模拟岩石爆破产生的裂隙。通过在炮孔之间的孔底、中间和孔口位置添加高斯点来记录爆破过程中最大爆破应力变化。通过模拟结果分析,炮孔越是密集的地方爆破应力越大,爆破裂隙也越多;相邻炮孔间隔时间起爆可以大幅度提升孔底岩石的最大爆破应力;相邻炮孔间距较小时,间隔时间起爆的作用就不明显了,岩石受到的最大爆破应力主要受距离近的炮孔爆破应力波的影响。     

切顶留巷深孔预裂爆破炮孔间距数值模拟分析

为提高煤炭资源回收率,缓解采掘接替紧张,避免因留设煤柱产生的煤矿地质灾害,切顶留巷技术已成为煤矿煤炭开采的主要方法,为研究不同切顶炮孔间距对岩石顶板的爆破切顶的影响,利用有限元模拟软件LS-DYNA,建立有、无地应力双孔预裂爆破模型。依次设置炮孔间距为10、12、14、16倍炮孔直径,结合数值模型的有效应力云图、有效应力时程曲线和炮孔间裂纹扩展等结果综合分析选择最优的炮孔间距,并在现场进行试验。结果表明：地应力对炮孔裂纹有抑制作用;在地应力状态作用下,两炮孔裂纹贯穿距离为9～11倍炮孔直径效果最好,且对周围岩体的损伤较小,与现场钻孔窥视结果一致。     

炮孔填塞对爆破作用影响的试验研究

<正>一、引言 岩石介质内受载强度及载荷作用形式取决于炸药种类、药量、填塞物、岩石性质和炮孔的几何尺寸等。这些因素的综合作用决定着岩石的最终破碎效果。 在给定岩石种类、炸药、药量及爆破方式的条件下,炮孔填塞就成为影响爆破破碎效果的主要因素。适当的炮孔填塞能加强爆炸气体对周围岩石的作用,改善爆破效果,这已被大量的生产实际和实验结果所证实。 本文试图将填塞物作用与岩石爆炸应力     

邻近矿柱浅孔落矿不耦合装药爆破损伤控制的数值模拟研究

采用ANSYS/LS-DYNA三维非线性动力有限元软件对浅孔落矿邻近矿柱炮孔不耦合装药结构进行了数值模拟, 引入岩体爆破损伤的质点峰值震动速度安全判据及爆破损伤范围计算式, 分析了矿房和矿柱的爆破损伤范围, 采用爆破荷载下岩石Von Mises屈服准则分析了矿柱与其邻近炮孔的安全距离。结果表明: 随着炮孔不耦合系数增加, 爆破对矿柱损伤范围逐渐减小, 不耦合系数为1.38(炮孔直径为44 mm)时, 爆破对矿柱的损伤范围约为0.15 m, 相对于其他孔径的炮孔对矿柱的爆破损伤范围较小。邻近矿柱炮孔合理的装药结构能有效控制爆破损伤范围, 不同耦合条件下炸药爆炸矿柱稳定性与炮孔的距离有关。该研究为优化类似矿山的安全开采爆破参数具有一定参考依据。     

精心设计隧道周边眼的排列以防岩石破坏

本文叙述了一种用以确定岩石最小破坏范围时所需的每米炮孔装药量的方法。爆破引起的地面质点的震速,是附近建筑物破坏程度的一种尺度。已经建立了一个表明质点震速是质点至药包的距离和线装药密度的函数的数学模型。该模型与正好在出现岩石损坏或破碎的细长药包附近的致密岩石中的实验质点震速完全吻合。如果已知炸药的重量威力,则利用这个模型就能估算岩石中由爆破引起的永久变形带或破坏带.这个模型还可用来精确地确定靠近隧道周边的每排孔的最大装药量,可避免在与光面爆破孔相邻的那排孔中使用过多的炸药,因而使最终的隧道顶板更安全,并可降低喷浆支护费用。     

裂隙岩体爆生裂纹扩展机理数值模拟研究*

为研究裂隙岩体爆破裂纹扩展机理,采用LS-DYNA软件模拟含竖向单裂隙、水平单裂隙和竖向平行裂隙的岩体爆破过程,并讨论原岩应力对裂隙岩体爆破的影响。结果表明：炮孔连线中心处存在竖向单裂隙时,孔间裂纹均能实现贯穿,裂隙有闭合的趋势,且裂隙的存在有利于提高孔间岩石的破碎程度。炮孔连线处存在竖向平行裂隙时,裂隙尖端萌生的翼裂纹可以贯通,但平行裂隙之间无法实现良好的破岩效果。水平裂隙距炮孔较近时,应力波透射至裂隙面背爆侧后会产生较多拉伸裂纹。水平裂隙距离炮孔较远时,裂隙的阻隔作用较明显。在静水地应力作用下,岩石径向拉伸裂纹和尖端翼裂纹的萌生与扩展均受到抑制作用。在非静水地应力作用下,裂纹扩展在最小主应力方向受到的抑制作用更大,且该抑制作用随最大主应力的增大而增大。     

地下硐室浅孔爆破方案设计及数值模拟

针对地下矿山硐室底板浅孔爆破整平工况,采用中心多段掏槽、周边孔延期爆破方式一次性实现浅孔爆破施工作业,通过结合现场实际情况与理论计算得出爆破设计参数,其中对掏槽区域进行专门设计,优化掏槽方式以保障掏槽区域岩石顺利抛掷并为后排炮孔提供自由面。为验证设计的合理性,设计人员使用LS-DYNA数值模拟软件建立浅孔爆破三维有限元模型,对爆破设计进行数值仿真分析。结果表明：岩石模型受爆破冲击作用后材料失效明显,有效应力高于岩石失效条件,炮孔周围压缩失效,炮孔间成缝贯通,破碎均匀;现场爆破施工完成后,爆堆松散集中,岩石破碎均匀,炮孔利用率达到72%～82%,爆破效果较为理想,为此类工程的爆破设计提供参考。     

束状孔炮孔最佳间距的研究

束状孔炮孔的间距是决定束状孔爆破破岩有效性的关键因素。根据哈里斯模型,采用爆破漏斗试验的方法确定岩石极限抗拉应变值T,计算相邻两炮孔孔间距:;分析束状孔空隙率对炮孔联通性的影响,当束状孔内炮孔间距时,束状孔内炮孔,在爆破过程中可实现完全连通;通过爆破漏斗模型试验,建立爆破漏斗模型,爆破漏斗体积最大时的炮孔间距。综合试验结果,束状孔合理炮孔间距 。     

基于数值模拟的岩石巷道深孔分段装药掏槽爆破研究

随着炮孔深度增加,炮孔底处岩石夹制作用增强导致破岩效率和炮孔利用率较低,原有的连续装药方式不能解决上述问题。在这个基础上,研究了岩石巷道深孔分段装药掏槽爆破技术来提升掏槽爆破效率。使用光滑粒子流体动力学-有限元方法（SPH-FEM)建立了不同分段装药结构的单孔掏槽爆破模型,分析了不同模型爆破过程中岩石粒子抛掷速度、岩石抛掷数量以及爆破腔体特征。结果表明：不同装药结构会影响炮孔附近岩石的损伤范围,传统的连续装药结构在炮孔径向形成的损伤区域比分段装药结构大。此外,连续装药结构由于炸药集中在炮孔底部使得炸药能量分布不均匀,导致掏槽爆破效果差;采用分段装药结构可以增加岩石破碎数量和优化爆破腔体,岩石粒子在飞散过程中会产生2次加速现象;第一段装药比例较大或者较小会明显造成炸药能量利用不合理以及爆破腔体效果差。在模拟中设定的炮孔长度、岩石参数以及炸药性能条件下,当第一段装药比例为0.4时,深孔岩石巷道掘进掏槽爆破能够充分利用炸药能量,达到较好的掏槽爆破效果。将数值模拟得到的最优分段比例应用到现场巷道掘进爆破施工中,并利用数码电子雷管实现掏槽孔内2段炸药的延时起爆。现场试验结果表明分段装药能够在深孔...     

地应力效应下某矿中深孔爆破参数优化研究

合理的爆破参数是取得良好爆破效果的保证，是实现无底柱分段崩落法安全、高效开采的前提与基础。针对目前无底柱分段崩落法首采进路的首排炮孔中深孔爆破参数设计均未考虑地应力的影响，进而造成爆破块度分布不均匀以及眉线破坏的问题，以扇形炮孔中间的3个特征炮孔为研究对象，首先分析了无底柱分段崩落法开采过程中的围岩应力变化情况，随后利用ANSYS/LS-DYNA模拟了不同围岩地应力条件下的岩石爆破效果，结果表明：随着水平构造应力增加，扇形炮孔之间的矿岩爆破有效应力减小，而自由面附近的矿岩爆破有效应力逐渐增加。无地应力荷载下的孔底距取值为2.2～2.4 m,最小抵抗线取值为1.5 m,当地应力荷载逐渐增大到原岩构造应力时，此时孔底距取值为2.2～2.3 m,最小抵抗线可以取到1.5～1.8 m。在此基础上，对首采进路/首排炮孔爆破参数进行优化，并在某矿山1580中段23^#进路前几排炮孔进行了现场应用，结果表明，崩落矿体爆堆集中，崩落矿石块度较均匀，眉线破坏情况得到改善。研究结果可为类似矿山中深孔爆破参数优化提供参考依据。     

深部地应力环境对砂岩力学性质的影响

深部岩体所处的特殊地质环境及地应力场的复杂性对岩体的力学性质有重要影响。山东万福煤矿位于鲁西南成武县和巨野县交界处,煤田上覆土层厚度高达700 m。在该矿区采用水压致裂法对深部地应力进行了测量,获得了矿区较为准确的地应力状态和分布规律。在此基础上,结合万福矿区地下900 m以下砂岩所处的地压环境,采用三轴岩石力学测试系统研究深部地应力条件对不同砂岩力学性质的影响,建立砂岩力学性质与深部地应力之间的相关关系。结果表明,砂岩的刚度和强度随围压的增大而增大;同时,在高围压情况下,砂岩由低围压条件下的剪切破裂转变为塑性流动破坏。     

钻屑法检验深孔爆破卸压技术效果

冲击地压的发生与工作面前方煤体应力场的分布密切相关,可以采用深孔爆破卸压技术来改变巷道附近围岩的应力场分布形式及煤岩体的物理力学性质,降低巷道附近围岩的受载应力,使得巷道附近煤岩体的冲击倾向性指标及冲击临界载荷降至临界值以下,从而避免冲击地压的发生,利用钻屑量和钻屑粒度对深孔爆破卸压效果进行检验。研究表明:钻屑量与钻屑粒度能够有效地反映工作面前方煤体应力分布及转移情况,能够有效地检测爆破卸压效果,为深孔爆破卸压防治冲击地压技术的效果检验提供一种检测技术。     

隧道地应力测量与岩爆预测分析

本文基于解南高速公路某隧道实测地应力数据研究隧址区初始地应力场分布规律,结果表明隧道区初始地应力场以构造应力为主导。根据实测地应力资料对高地应力区隧道开挖阶段进行岩爆预测,结果显示该区为中等岩爆等级。     

汤丹铜矿深部三维地应力分布规律及矿区结构面特征研究

摘要：汤丹铜矿1218m中段探矿工程出现地应力集中现象,巷道大变形、岩层移动加剧。为采空区稳定性数值模拟提供原岩应力场,采用单孔3段套孔应力解除法对3个中段进行三维地应力测试,获取了垂直方向9组地应力数据,将解除的试件进行围压率定试验,判定12个应力片的工作状态。三维地应力测量结果表明：最大主应力、中间主应力和最小主应力随深度基本呈线性增长;当深度达1130m时,最大主应力值为41.29MPa,与水平面夹角为-1.15°,方位角179.37°,水平主应力与自重应力比值为1.35-1.47,说明矿区存在较大的构造应力场。将测量结果与区域构造和结构面产状结合分析发现,主应力方向与断层和结构面走向一致,与巷道工程布置垂直或大角度斜交,研究成果对深部回采和井巷工程布置具有重大意义。     

高海拔矿区地应力测量与岩爆倾向性评价

采用套孔应力解除法和空心包体三轴应变计,完成甲玛矿区井下4个水平的地应力测量,获得8组三维地应力状态数据,揭示了矿区地应力场的分布规律,建立了矿区地应力场模型。根据地应力实测数据,采用多角度、多重判据对围岩岩爆倾向性进行评价。结果表明：甲玛矿区地应力以水平构造应力为主导,属构造应力场型矿区,地应力量级属中等,井下围岩岩爆倾向性为弱~中等。研究成果对指导矿山井巷工程设计、采场布置、支护参数优化及地压灾害防控等具有重要参考价值。     

滨海金属矿区域地应力场测量与规律分析

采用应力解除法,使用高精度UPM40岩石三轴应变地应力测定仪对三山岛金矿新立矿区进行了地应力测量。结果显示,矿区水平最大主应力方位为NW向,应力场中以水平最大主应力为主导,水平最小主应力方位与水平最大主应力方位接近垂直; -400 m深度处地应力受构造应力影响有突增现象,地质情况复杂,应当予以关注; 6个测点所测最大主应力倾角都近似处于水平,水平最大主应力方位与所在区域地质构造情况吻合,表明所测地应力结果可靠。对6个测点主应力进行线性回归,结果表明,主应力随深度变化呈较好的线性相关,与现有理论相符。矿区地应力在一定程度上抑制了断裂带的导水能力; 所测地应力结果可为新立矿区的开采设计提供依据。     

毛坪铅锌矿最大主应力测试及地应力等级的确定

为了初步了解毛坪铅锌矿的地应力状态,采用地质构造形迹法、声发射Kaiser效应等方法对矿山的主应力进行了分析,并对地应力水平进行了判别。研究结果表明：毛坪铅锌矿的最大主应力方向界于N60°～70°W与N45°～50°W之间,最大主应力约12.14 MPa,以岩石强度应力比为判断标准,认为毛坪铅锌矿存在由低地应力向中高地应力发展的趋势。     

某煤矿主巷道应力集中规律及冲击灾害研究

为了研究煤矿地下巷道的应力重分布规律、围岩变形及破坏特征,进而探讨冲击灾害发生规律。通过现场地应力测量、室内岩石力学实验、数值计算等方法,对矿区巷道内3个测点处冲击灾害的基本类型和潜在规律进行了模拟研究,得知测点2所在的巷道具有显著的岩爆倾向,而测点3所在的巷道冲击地压发生的可能性最大。现场调查得知,计算结果与实际情况吻合。研究表明,现场精确测量与室内岩石力学试验相结合,能客观准确地反映现场实际情况,可为巷道冲击灾害的预测和防治提供可靠的一手资料。     

煤矿井下应力场类型及相互作用分析

基于原岩应力场与采动应力场,提出支护应力场的概念,即支护在围岩中产生的应力场与在支护体内部产生的应力场,并指出3种应力场构成了煤矿井下综合应力场.在井下实测数据的基础上,研究了煤矿井下原岩应力,特别是构造应力的分布特征;采用数值模拟方法,分析了掘进工作面、巷道及采煤工作面周围应力分布特征与规律,采动集中应力的大小;计算了预应力锚杆支护、单体液压支柱及金属支架在围岩中产生的应力场.分析计算了锚杆杆体、托板及钢带等支护构件中的应力大小与分布特征,并对比分析了原岩应力、采动应力及支护应力的量值.论述了原岩应力场对采动应力场的影响,以及采动应力场与支护应力场的相互作用与关系.     

深部环境下岩石声发射地应力测试及其应用

为了研究深部条件下不同埋藏深度对地应力分布规律的影响, 通过地表重定向技术及一种自主研发的二次取芯技术, 取得了地表以下1 050 m、1 150 m、1 250 m、1 350 m和1 450 m共5个不同深度的岩石声发射试件, 利用岩石声发射Kaiser效应原理, 测得不同水平标高地应力, 经理论计算得出相应的主应力。结果表明, 随着埋藏深度增加, 地应力呈较明显的线性变化。实测巷道应力与理论计算应力分布情况相似。其结果对于该矿区的采矿工程布置具有指导意义。