爆破机理的回弹假说与蓄能爆破技术研究

露天爆破过程中的偶然发现,使我们对传统的预裂爆破机理产生怀疑。实验结果显示,即使没有应力波和爆炸气体的存在,也同样可以实现预裂效果。本文在三个基本假设的前提下,建立了单排孔齐发爆破两炮孔间岩石应力状态模型,提出了爆破机理的回弹假说,并依此设计了一种以缓冲孔为动力源的邻近边帮控制爆破方式——蓄能爆破。回弹假说认为,当蓄能孔刚好处于缓冲孔的回弹位移区内时,回弹位移区的岩石在主动位移区前移腾出空间后,将储存的弹性变形能释放,产生垂直于炮孔连心面上的拉力,这个拉伸力是使岩石产生裂缝的动力源。由于动力源和成缝机理各不相同,蓄能爆破是有别于预裂爆破、光面爆破的一种全新的邻近边坡控制爆破形式。     

预裂爆破中柱状孔间应力场作用分析

建立深孔预裂爆破柱状孔间应力作用力学模型,以塔吉克斯坦吉劳露天矿南部边帮1915平台现场参数为试验模拟基础,利用ANSYS/LS-DYNA建立分段空气间隔装药条件下三维双孔预裂爆破数值模型,分析了预裂爆破中柱状孔间不同部位处应力作用过程。研究表明:孔口部位主要以反射拉伸破坏为主,炮孔中部可近似看作是平行于炮孔轴线方向的应力波多重叠加导致破坏,炮孔底部采用加强装药后,应力大小及持续时间大大加强,有助于克服孔底夹制力,形成孔底贯通预裂缝。     

爆破机理的推墙假说与协能爆破技术研究

介绍了推墙假说的基本思想；利用推墙假说分析了两个孔贯穿的3个基本条件：临空自由面、补偿空间以及合推效应；以三个基本条件为标准，比较大区排间微差爆破、压渣爆破、T型起爆、波浪型起爆、斜线起爆、大孔距爆破等的优劣，并设计了一种新的爆破方式--协能爆破。协能爆破的技术要点是：采用三角布孔、排间起爆、前排孔加大抵抗线减小孔距。推墙假说认为，预裂爆破、光面爆破、蓄能爆破与大孔距爆破、协能爆破等源于同一爆破机理，它们都是单排孔齐发爆破孔间易被贯穿这一现象的具体应用。     

威斯特铜矿临近边坡缓冲爆破技术研究

在露天矿爆破开挖过程中,当边坡岩体节理裂隙发育,岩性破碎时,单采用预裂爆破或者光面爆破技术来控制边帮保留岩体是不够的。为充分利用缓冲孔和缓冲层的爆破降振作用,减弱爆炸荷载对边坡岩体的损伤,台阶靠帮时采用缓冲爆破技术维护边坡稳定性。通过优化缓冲爆破参数设计,采用间隔装药分段起爆方式,对威斯特铜矿2号露天采场进行缓冲爆破试验。试验结果与传统台阶爆破进行对比,缓冲爆破振动强度能够降低25%以上,并且台阶坡面相对平整,大块率降低20%左右,基本没有出现根底,爆破效果良好。     

小直径炮孔点聚能爆破技术

本文介绍了适用于小直径炮孔爆破的岩石聚能切割爆破技术。其聚能药包能产生两股方向相反的锥形金属射流，在炮孔壁上形成两个相对的“占状”穿孔。每个炮孔装有若干个聚能药包，起爆后在孔壁上形成一排聚能穿孔，从而使岩石在此方向上产生裂缝并扩展、断裂。文中根据脆性断裂力学理论建立了装药参数设计公式，并以实例说明此聚能爆破技术方便易行，可用于预裂爆破，光面爆破和石料开采。     

基于数值模拟的预裂爆破参数优化研究

为了解决预裂爆破中预裂效果难以保证,爆破参数难以选取的问题,采用数值模拟技术对不耦合系数、孔间距等参数进行模拟分析。首先选取了RHT模型作为岩石材料模型,该模型能够较好地描述岩石在爆炸荷载下的拉伸和压缩力学响应行为。进而设计多个方案分别对不耦合系数和孔间距进行模拟,并分析其结果。模拟结果表明:不耦合系数越大,围岩受到的损伤破坏越小,而孔间距则对爆破损伤范围基本没有影响,但是其取值越大则不能形成有效的预裂缝,本次模拟确定最佳的爆破参数为不耦合系数k=3.5,孔间距L=700mm,为实际工程中预裂爆破中参数的确定提供了参考依据。     

深孔顶板预裂爆破与定向水压致裂防冲适用性对比分析

针对厚硬顶板条件下冲击地压防治技术选择的难题,围绕深孔顶板预裂爆破和顶板定向水压致裂防冲原理、现场应用类型及主要影响因素进行了系统分析,并对二者在同一工况条件下的防冲效果和工程施工效率进行了对比.研究表明:深孔顶板预裂爆破和顶板定向水压致裂都是以破坏顶板完整性,使其不具备积聚弹性变形能为目的,实现冲击地压的防控.在相同布孔方式下,爆孔间距越小,爆破应力波产生的mises有效应力作用范围越集中,能量衰减速度越慢,岩石破碎塑性区以及裂隙区扩展范围越大,爆破预裂效果越好.在等围压条件下,随着预制裂缝角度的增加,压裂孔裂纹失稳扩展压力表现为先增大后减小的趋势;随着预制裂缝长度的增加,压裂孔起裂压力和裂纹失稳扩展压力均逐渐减小;随着天然裂隙夹角的增大,爆孔预制裂缝起裂压力变化不大,裂纹失稳扩展压力呈现先降低后升高变化趋势.当工作面在顶板定向水压治理区域推采期间,微震事件明显减弱,回风平巷围岩应力显著降低,巷道变形量也明显减小.同时,深孔顶板定向水压致裂在顶板控制效果、现场施工效率、工程量、限制条件以及施工安全性等方面,均优于深孔顶板预裂爆破技术,但深孔顶板预裂爆破技术具有组织时间短、防冲效果见效快的特点,适用于冲击危险区域的应急解危.     

露天矿预裂爆破参数的理论分析

根据岩石力学、爆炸力学和弹性力学的理论，通过分析研究，得出了预裂爆破设计的基本参数计算公式，可作为矿山 预裂爆破设计的主要参数依据。     

边坡石方开挖准预裂爆破技术研究

通过ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立高速公路边坡准预裂爆破模型,选取塑性随动硬化材料模型,来模拟爆破载荷作用下岩石的本构关系,考虑不耦合系数、线装药密度、药包直径及炮孔间距等参数,进行缓冲孔爆炸应力场数值模拟计算。通过在高速公路施工现场进行爆破试验,并采用IDTS3850型测振仪进行爆破振动测试,检验模型设计及参数计算的准确度,验证缓冲孔设计方案的可行性。     

大孤山铁矿预裂爆破研究与应用

大孤山露天铁矿靠帮爆破采用预裂爆破技术。为了寻求最优的预裂爆破参数,利用LS-DYNA软件对不同爆破参数条件下的预裂爆破过程进行数值模拟,分析模拟结果得出大孤山铁矿靠帮预裂爆破的最优炮孔间距和不耦合系数等预裂爆破参数。根据所模拟的最优预裂爆破参数,进行现场耦合预裂爆破和不耦合预裂爆破对比试验。不耦合预裂成缝效果显著且爆破施工对保留边坡震动小,有利于维护边帮稳定,得到良好的预裂爆破效果。数值模拟所确定的爆破参数可应用于大孤山铁矿靠帮爆破中,对现场爆破施工具有实际指导意义。     

中深孔全断面切缝管定向断裂爆破技术应用研

分析了切缝管定向断裂爆破裂纹的形成与扩展机理,在切缝处应力集中和压力差共同作用下形成初始裂纹,而后的裂纹扩展经历了切向拉伸应力作用下的扩展阶段、爆生气体驱动压力作用下裂纹稳态扩展和爆生气体驱动下的宏观裂纹扩展3个阶段。在理论分析的基础上结合工程实际,提出了切缝管药包定向断裂复合楔形掏槽爆破和周边孔切缝管药包定向断裂爆破技术。现场应用效果表明：切缝管爆破可提高炮孔利用率和眼痕率,降低爆破对围岩的扰动损伤,改善掏槽爆破和周边爆破效果,有利于提高巷道掘进速度。     

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。     

煤矿岩巷爆破掘进过程中周边眼对裂纹扩展止裂机理

周边眼在岩巷光面爆破中可以使巷道表面相对光滑完整,同时它对岩体内原生裂纹或爆生裂纹的扩展可能起到止裂的作用。为探究周边眼的止裂作用机理,针对爆破开挖过程中不同间距周边眼对原生裂纹扩展的止裂问题进行了实验及数值模拟研究。实验采用带中心装药孔、预制裂纹(原生裂纹)及两个简化周边眼的有机玻璃圆形试件,观测原生裂纹在周边孔止裂作用下的起裂-扩展-止裂效果。采用AUTODYN软件进行了数值模拟研究,岩石采用线性状态方程(EOS),强度模型为Elastic,失效准则为最大拉应力准则(MMTS),并在扩展路径附近设置观测点,以观测这些点的应力随周边眼间距变化的规律。通过实验及数值模拟结果分析得出:(1)在两周边眼间会产生与裂纹扩展方向垂直的压应力,对裂纹扩展的确能够起到止裂作用;(2)不同的周边眼间距,在周边眼间产生的压应力不同,导致不同的止裂效果;(3)周边眼间距越小,产生的压应力越大,对裂纹扩展的止裂效果越好。     

爆破参数对预裂爆破裂纹扩展规律研究

预裂爆破是一种控制爆破,为保证预裂爆破的良好效果,需要对岩石裂纹扩展情况进行研究。通过数值模拟的方法,对孔距和不耦合系数等爆破参数对岩石双孔爆破裂纹扩展规律进行研究。研究发现：随着不耦合系数的增加,主裂隙的平均长度先增大后减小,孔壁所承受的冲击压力显著减小;双孔连线中点处的拉伸应力随孔间距的增大而降低。但是随着不耦合系数及孔距增大,双孔裂纹难以贯通,不能够达到预期的预裂效果。合理确定不耦合系数以及孔距,这对矿山爆破严格控制装药量,科学布置炮孔等采取合理的爆破参数精确的控制爆破效果具有重大意义。     

爆破机理的推墙假说研究

在长期的露天矿台阶爆破实践中，发现前排孔抵抗线过小是爆破产生极底的主要原因之一。作者在几个基本命题的基础上，提出了爆破机理的推墙假说，及以此为理论基础的前排孔加密爆破技术，推墙假说认为，两孔间的贯穿是两孔中炸药的爆炸力向自由面合推墙效应的结果，且要求岩墙厚度适度，均匀，有充足的补偿空间，且施力均衡。而大区微差爆破则是把一堵厚岩墙分成若干个薄岩墙，然后分别推倒，所以，微差挤压爆破不如前排孔退后且加密。还指出前排孔加密爆破技术应采用三角形布孔，排间起爆，以便达到合推的效果。     

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。     

爆破作用线对非均质岩体破碎效果影响分析

在非均质岩体的露天矿进行大区深孔爆破中,通过设计优化的爆破网路,确定爆破作用方向,可使有大量结构面存在的非均质岩体有较好的爆破效果。爆破作用线就是根据非均质岩体节理、裂隙发育的变化趋势,采用逐孔毫秒微差多侧向自由面起爆增加径向拉应力使爆破作用增强。通过对黑山露天煤矿3#采区岩性和结构面分析,提出爆破作用线理论：对存在结构面的复杂岩体,增加爆破自由面,设计对称“V”型斜线间隔爆破作用线非电导爆管起爆网路实行逐孔毫秒微差,可减少岩石大块;对局部存在的非均质岩体,确定爆破作用线方向加强爆破作用,设计间隔爆破作用线斜线非电导爆管起爆网路实行逐孔毫秒微差起爆,可使岩体破碎均匀。这些研究成果对于解决干旱区非均质岩体的露天煤矿爆破技术问题有借鉴作用。     

甘肃北山坑探设施光面爆破施工技术研究

甘肃北山坑探设施为我国高放废物地质处置工程研发及建设阶段里程碑式的设施。基于光面爆破施工方法,设计了甘肃北山坑探设施项目光面爆破的爆破参数,得到了适宜于本项目的爆破实施方案,进而实施了在不同爆破参数（周边孔间距）的光面爆破,验证了光面爆破参数的科学性。同时,需指出的是,钻爆施工涵盖多种不同的爆破参数,影响因素众多,爆破试验获取的爆破数据仅仅是对不同周边孔间距的初步探索。研究成果可对后续工程开挖提供相应的试验数据与理论支撑,其对于深部地下工程的爆破开挖及高放射性废物的深地质处置有一定的理论指导意义。     

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。