基于Ricker类子波的爆炸应力波传播规律研究

为了研究爆炸应力波在介质中的传播过程,采用Ricker类子波作为爆炸场源,建立了单孔条形药包爆破的有限元数值计算模型,分析了爆炸应力波的传播规律及其对介质质点的扰动特征。研究结果表明:爆炸压缩波(P波)在岩体中的传播速度快于剪切波(S波),但剪切波(S波)的衰减较慢;在爆炸应力波的作用下,介质中的质点首先表现出较大的径向位移,随后又产生较大的环向位移,爆源近区的介质可能因急剧压缩而被压碎,随后又因环向张拉位移产生径向拉裂纹;在径向位移和环向位移的共同作用下,爆生裂纹将呈现出不断波动扩展的特性;采用Ricker类子波作为爆炸场源研究爆炸应力波在介质中的传播问题,对于再现爆炸应力波的传播过程,深入分析爆炸应力波的传播及其与介质的作用机理具有重要意义。     

岩体巷道光面爆破参数的分析与应用

在强度高、完整性好的岩体中实施光面爆破,通常都能取得较理想的爆破效果.对于软弱破碎岩体,由于各种结构弱面和夹层,以及岩体的振动损伤,按常规法参数设计的光面爆破,一般很难获得较好的爆破效果.针对此类岩体,分析了光面爆破作用机理和作用过程以及岩体损伤特性,基于应力波与爆生气体综合作用原理,提出了不考虑损伤和考虑损伤条件下,光面爆破参数确定的理论计算方法.通过与常用光面爆破参数的比较和现场爆破论证说明,基于爆炸应力波和爆生气体综合作用理论的光面爆破计算公式,适用于软弱破碎岩体及损伤岩体光面爆破参数的确定;软弱破碎岩体的光面爆破,爆炸应力波使炮孔眼壁产生初始裂纹,爆生气体准静压力在裂缝的扩展、贯通过程起了主导作用;光爆层损伤后,周边眼炮孔间距和抵抗线可适当加大.     

高应力低渗透煤层深孔爆破增透机理与效果

采用Hoek-Brown(HB)准则转化得到的等效Mohr-Coulomb(MH)准则表征煤体的本构特性,建立了高应力煤层深孔爆破的有限差分动力数值计算模型。通过数值解与理论解的对比验证了FLAC3D动力模块模拟爆炸应力波在煤岩体介质中传播规律的有效性。在爆炸应力波、爆生气体单独作用下以及两者共同作用下,对高应力煤层深孔爆破致裂增透过程进行了3种工况的动力数值模拟,通过模拟得出深埋高应力煤体深孔预裂控制爆破影响的主要因素及作用机理。     

基于LS-DYNA与PFC联合的岩体爆破数值模拟方法分析

岩体爆破过程中,爆炸应力波的加载率大,而爆生气体的加载率小,导致在炸药爆炸过程中爆炸应力波和爆生气体的作用时间存在明显不同.依据这一认识将岩体爆破过程分为2个阶段,即"动压作用"阶段和"准静压作用"阶段.基于LS-DYNA和PFC程序,建立了改进的岩体爆破离散元模拟方法.采用PFC程序建立岩体模型,实现岩体破裂、抛掷的模拟;采用LS-DYNA动力有限元程序获得炸药爆炸所产生的爆炸应力波,实现动压作用过程的模拟;采用Weibull分布函数建立爆生气体压力加载曲线,实现准静压过程的模拟.以山东黄金某金矿为依托,采用该方法开展单自由面球状药包爆破模拟,分析了爆破过程中的裂纹产生、发展过程以及速度场的演化规律,并开展了现场爆破漏斗试验,试验结果表明采用该方法所得到的数值计算结果与现场爆破试验结果相吻合,验证了本文所提出的岩体爆破模拟方法的可行性与合理性.     

瓦斯气体在煤体爆破损伤断裂过程中的作用机理研究

利用试验结果、数值计算结果和理论分析结果综合分析了瓦斯气体在煤体爆破损伤断裂过程中的作用机理。煤体爆破损伤断裂过程包括爆炸应力波作用的初始阶段和爆生气体与瓦斯气体共同作用的后期阶段,瓦斯气体在整个过程中具有积极作用,它能增大爆破损伤程度和爆破裂纹扩展速度。在爆炸应力波作用阶段,瓦斯气体的存在能增大应力波峰值和作用时间,降低拉伸相内应力波衰减速度;在爆生气体作用阶段,瓦斯气体参与爆生气体驱动裂纹扩展,随后瓦斯压力场与爆生气体准静态应力场叠加促进爆生气体驱动裂纹的进一步扩展。     

煤矿岩石巷道楔形掏槽爆破数值模拟分析

通过LS-DYNA数值软件模拟了煤矿岩石巷道楔形掏槽爆破,分析了爆炸应力波传播规律及被爆岩体底部的应力特征。结果表明:楔形掏槽爆炸开始后,应力波从炸药底端呈锥状向被爆岩体自由面方向扩展,并迅速与相邻炮孔的应力波开始叠加;应力波到达自由面,在自由面处发生应力波反射形成拉伸波,拉伸波与正向传播的压缩波继续叠加在岩体中继续传播,叠加有利于被爆岩体底部掏槽炮孔所包夹的岩石发生破碎,形成爆破槽腔。     

煤体爆破作用机理模拟试验研究

为进一步改善煤体爆破效果,在岩石爆破理论基础上分析了煤体爆破作用特点与原理,确定了煤体爆破损伤断裂准则。试验结果表明：煤体中爆炸应力波一般包含两段波形,爆炸应力波的衰减速度较一般岩石更快,爆炸应力波的主要作用是形成少量新裂隙、激活原生裂隙并打破瓦斯气体的平衡状态;煤体爆破损伤包含爆炸波作用的初始阶段和爆生气体与瓦斯气体作用的后期阶段,在近区,爆破损伤以爆炸波的衰减速度迅速减小;中远区在准静态爆生气体和瓦斯气体压力作用下爆破损伤缓慢减小。LS-DYNA数值模拟结果表明,瓦斯对煤体爆破具有积极作用,瓦斯压力可以增大应力波作用时间和应力峰值。煤体爆破是爆炸应力波、爆生气体和瓦斯气体共同作用的结果。     

爆炸应力波的破岩特征及其能量分布研究

通过对岩体内炸药爆炸产生应力波破岩特征分析，得出了更为精确的应用波作用下裂隙区半径计算公式，同时对岩体内的原生裂纹及爆炸应力波损伤作用下的爆生裂纹的最终扩展长度进行研究。并利用实验室模型试验和ADINA计算程序对岩体内应力波能的数值进行计算分析，得出当小低抗线大孔距时，岩体内应力波能分配较均匀，有利于在破碎岩石。     

基于LS-DYNA的爆炸应力波在不同密度岩体中传播规律研究

利用LS-DYNA程序对不同密度岩体内爆炸应力波传播特性以及应力峰值进行模拟分析,结果表明:应力峰值随爆源距的增长而衰减;相同距离条件下,应力峰值随均匀岩体密度呈线性增加趋势;松散有裂隙的介质可降低爆炸应力,起到降震的作用。研究结果为工程降震措施提供参考。     

爆生气体在光面爆破中的作用

本论述了爆炸应力波、爆生气体准静态压力在爆破破裂过程中的作用，作认为，当应力波越过径向裂纹尖端后，爆生气体准静态压力在光面爆破破裂过程中的作用是主要的，运用有限单元法计算在爆生气体准静态压力作用下炮孔周边径向裂纹的应力强度因子K1，并绘出了径向裂纹尖端周围应力的分布情况，分析研究了渗入到径向裂纹中的爆生气体对径向裂纹扩展的影响，以及径向裂纹数量、长度、空孔、自由面对径向裂纹扩展的影响和长裂纹对短裂纹扩展的影响。所得结果可供分析光面爆破机理和进行光面爆破设计时参考。     

煤巷底板岩石爆破提高瓦斯抽放率的应用与数值模拟

在松软煤层相邻的岩石进行深孔控制爆破时,相邻煤层也产生裂隙和振动并可提高瓦斯流量。为研究此方法与煤体爆破的差异,利用三维数值模拟结合煤矿现场爆破实验,探讨了不同爆破介质的动应力分布及抽放效果。分析了底板岩石布孔和单煤体爆破布孔的特点;建立了不同条件下的爆破模型;研究了单煤体和煤岩介质中爆破孔与控制孔连心线距离与有效应力的关系。复合介质从岩石变为煤体后,有效应力极值减小57%,相同位置单一煤体只减小27%;瓦斯抽放效果很大程度上与爆破后控制孔轴线方向有效应力分布有关,爆破孔与控制孔间距为2.0 m时,轴线方向平均有效应力与全煤层爆破3.0 m间距时基本相当。通过对重庆渝阳矿进行底板岩石深孔爆破实践,证实了以上研究结论的正确性。     

爆破应力波在构造带煤岩的传播规律及破坏特征

针对煤矿井下爆破作业扰动到构造带煤岩体容易诱发煤与瓦斯突出事故的现实背景,根据爆破应力波在构造带煤岩的传播规律结合相似模拟实验和数值分析,研究应力波对构造带煤岩的损伤破坏特征及其对煤与瓦斯突出的影响作用机理。研究发现,爆破应力波从岩体传播到构造松软煤层时,在煤岩交界面发生了波的透射和反射;透射的压缩应力波作用于煤体,使煤层裂隙增加;反射的拉伸应力波反作用于岩体,使位于岩体内相应测点的应力值增大约1.1倍,在靠近松软煤体一侧的岩体内形成交叉网状裂纹,加大了岩体的破坏程度和破坏范围。构造松软煤体加强爆破应力波的反射拉伸和爆破振动的累积效应导致构造带煤岩交界面的煤岩体损伤严重,当煤岩体的强度不能抵抗瓦斯内能和煤岩体的弹性潜能时将会发生煤与瓦斯突出。     

柱状药包爆破应力波时空衰减规律

柱状药包爆破产生的应力波在岩石介质中的传播规律,是进行爆破理论分析和装药结构设计的重要基础,但是目前柱状药包爆破应力波传播规律仅限于简单的叠加求解。基于球状药包爆破应力波的时空衰减规律,利用现有应力波在岩石介质中的衰减规律与数值模拟相结合验证,得出了较为合理的柱状药包爆破应力波衰减规律。指出柱状药包爆破产生的应力波在炸药传播方向存在递增现象,且柱状药包爆破产生应力波的作用时间相比球状药包有所增加。     

CT探测技术在硬岩体爆破后强度弱化范围测试中的应用

岩巷综掘遇到硬岩时,为了选择合理的松动爆破参数,使全断面硬岩体均能被顺利载割,文章基于地震波CT探测技术对深孔爆破后围岩表面强度弱化范围进行了测试,根据波速在不同介质中传播速度不同,通过爆破前后数据采样分析,得出了爆破后岩体表面强度弱化范围,据此,可采用该探测方法能对爆破参数设计起到较好的指导作用。     

预裂爆破参数的理论计算及应用

爆炸应力波及爆生气体在损伤岩体中形成的应力场衰减规律及破岩机理是预裂爆破参数计算的基础。根据孔壁初始冲击压力与岩石强度的关系,得出了预裂爆破不耦合系数范围。然后,分析了损伤岩体中爆生气体形成的静态应力场,得出了预裂爆破形成的初始裂隙圈和炮孔间距。最后,以紫金山露天矿为试验现场,对理论研究进行了验证,为露天矿深孔预裂爆破的施工设计提供了参考依据。     

露天矿临近边帮控制爆破岩石成缝机理的讨论

通过预裂爆破模拟试验，对应力波叠加理论，爆炸气体的“气楔作用”等分别进行了验证，同时以爆破测震为佐证，从理论上否定了预裂爆破，并以充分的证据证明，预裂爆破实施后，根本没有产生预裂缝，留下的半壁孔是实施主爆破时缓冲孔蓄能作用的结果，在此研究成果的基础上，提出了岩石成绩机理的回弹假说，并据此假说提出了一种新的临近近边帮控制爆破方法－蓄能爆破，回弹假说认为爆破的真正动力源是缓冲孔，缓冲孔爆炸后，邻近边帮的岩石受到压缩产生弹性变形，储存了弹性变形能，当有了足够的补偿空间后，岩石在惯性作用下恢复原状，变形能释放产生垂直于炮孔连心线上的拉伸力，当拉伸力大于岩石的结构力时，岩石产生裂缝。     

单自由面无限岩体中深孔微差爆破数值模拟

采用大型动力有限元程序ANSYS/LS-DYNA及ALE算法,对单自由面无限岩体中深孔微差爆破进行了数值模拟。结果表明,数值模拟能进行爆破有效应力的时程分析、爆破应力波传播的直观演示、客观反映爆破破岩的动态过程等,模拟结果可为爆破设计提供参考。     

巷道掏槽爆破影响因素分析

在总结爆破理论和实践研究基础上,探讨了巷道掏槽爆破的作用机理,简述冲击波、应力波和爆生气体在掏槽爆破中的作用,并分析了岩石性质、炸药性能、设计计算和施工工艺4方面对巷道掏槽爆破效果的影响。详细分析了岩石应力应变特性、斜眼和直眼掏槽设计、爆速等因素,提出了应力应变特性和岩石性质与炸药性能匹配对掏槽的重要影响,并根据4方面的影响因素总结和提出了一些实际操作建议。     

高瓦斯低透气煤层松动爆破有效影响范围确定

利用ANSYS/LS-DYNA软件对松动爆破有效影响范围进行了计算机数值模拟,分别建立了爆破孔间距为5、6、7 m的爆破数值计算模型。通过对模拟结果分析得出：爆破应力波以爆源为中心向四周传播;应力波强度会随着传播距离的增加而不断衰减;在应力波传播的过程中,会发生应力叠加现象;爆破孔间距越大,叠加后应力强度在传播过程的衰减幅度就越小;通过数值模拟和现场检验,最终得出爆破孔间距为6 m时爆破效果最佳。     

岩石高边坡爆破振动传播规律小波包分析

为研究爆破荷载作用下岩石高边坡的动力特性,根据岩石边坡开挖爆破振动监测数据,应用小波包理论分析了爆破地震波沿岩石边坡传播过程中的频谱及能量变化规律。得出了爆破地震波沿岩石边坡传播过程中频谱特性、主振频率和能量随距离变化规律、不同频带上的振动速度峰值和能量变化规律。研究成果对进一步研究岩石高边坡的动力稳定性具有重要意义。