装药结构对孔壁压力影响的理论探讨

对炮孔耦合装药、空气不耦合装药、水不耦合装药等几种装药结构形式爆破时孔壁的透射压力进行了理论分析,结果表明：同等炸药和岩石条件下,耦合装药,爆轰波直接冲击孔壁,孔壁透射压力最大;水不耦合装药,爆轰波冲击压缩水介质激起水中冲击波,由水将爆炸压力传递给岩石,孔壁冲击压力降低;而空气不耦合装药,爆轰产物则膨胀充满炮孔后再作用于孔壁,孔壁压力最小。且随着装药不耦合系数值增大,孔壁压力降低,空气不耦合装药时孔壁压力下降速率更快。     

不同水量下不耦合装药混凝土试件爆破对比分析

为了研究不同水量条件下预裂爆破破坏机理,基于现有的爆破理论,对空气和水不耦合装药爆破进行了理论分析,得出空气和水不耦合装药的孔壁初始压力。在此基础上,应用LS-DNAY(非线性有限元)动力学分析软件,建立三维双孔不耦合装药爆破模型,分析在相同不耦合装药结构条件下,不同水量炮孔孔壁初始压应力;并依据Von Mises破坏准则,分析了炮孔连心线上的有效应力变化过程。在理论和数值模拟的基础上,进行混凝土试件不耦合装药爆破试验。结果表明:在相同的装药条件下,炮孔中水量越少,炮孔壁处产生的初始压力越小,炮孔连心线上的有效应力越小;预裂面平整度越好;同时空气和水混合不耦合装药时,空气部分的预裂面平整度优于含水部分。     

炮孔空气不耦合装药爆破的孔壁冲击压力初探

从理论上分析探讨了炮孔空气不耦合装药爆破时孔壁初始冲击压力的计算方法。研究结果表明：一方面孔壁冲击压力值随着装药不耦合系数值的增大而呈指数规律衰减：另一方面类似于炮孔耦合装药，不耦合装药爆破同样存在着较坚硬致密的高阻抗岩石，孔壁冲击压力值较高，较松散软弱的低阻抗岩石，孔壁冲击压力值较低。     

不同耦合系数条件下岩石损伤特性的研究

在预裂爆破中,采用合理的空气比和不耦合系数能有效控制爆炸荷载对岩体的破坏。利用Autodyn有限元动力分析软件,研究预裂爆破中空气间隔不耦合装药产生的爆炸荷载对岩石的损伤特性和孔壁冲击波峰值的变化规律。通过改变装药空气比,分析空气间隔装药产生的爆炸冲击波沿孔壁的压力分布,以及间隔装药时不耦合系数对孔壁冲击波峰值和应力波传播的影响。结果表明:连续装药条件下,爆破近区的压力峰值高于岩石动态抗压强度,离炮孔越远应力波衰减的越慢;在空气间隔装药条件下,岩石的损伤深度随空气比的增大而减小,孔内空气柱周围的岩石破坏不明显;在间隔不耦合装药时,不耦合系数越大,冲击荷载的强度越低,孔壁的损伤半径也越小。     

不耦合装药的作用

不耦合装药是实现光面爆破的主要措施之一。为了从理论上分析不耦合装药的作用,本文对不耦合值等于1和不耦合值等于1.5两种情况进行了理论计算。计算结果表明,不耦合装药能有效地降低爆生气体的逃逸速度,能大幅度地降低爆炸作用在炮孔壁上的初压和最高压,降低压力的衰减速度,使压力曲线变得平缓。也就是降低了炸药爆炸的冲击作用。相应地提高了静压作用的比例。不耦合装药的这些效果对光面爆破十分有利。所以,作者认为应大力推行不耦合装药。     

岩石爆破炮孔孔壁压力的试验研究

炮孔孔壁压力问题在爆破机理研究中占有极其重要的地位和作用。在本项研究中,对采用锰铜压阻传感器直接测量炮孔孔壁压力的试验方法进行了探索,并对水泥砂浆、有机玻璃介质在耦合装药与不耦合装药条件下的炮孔孔壁压力进行了试验和研究。试验结果表明,用锰铜压阻传感器测试炮孔孔壁压力是可行的。     

水耦合装药下爆炸应力波传播规律的数值模拟

利用ANSYS/LS-DYNA软件对爆炸应力波传播规律在炮孔水耦合装药不同耦合系数条件下模拟研究,并对所得到的模拟结果数据进行拟合分析,得到了4种炮孔水耦合装药条件下爆炸应力波峰值随传播距离衰减的指数α,并得到在爆破水耦合装药下最佳的不耦合系数为2.6。     

水介质偏心不耦合装药爆破特性分析及药柱位置优选

基于现有光面(预裂)爆破设计的现状,为达到精细控制炮孔各方位压力、保护保留岩体、控制爆破损伤的目的,本文分析了水介质偏心不耦合装药爆破的爆破特性及其优越性,得出了基于弹性理论及波动理论的水介质偏心不耦合装药爆炸时的孔壁压力公式,并得出了最优药柱位置的计算公式.为了便于工程设计,还对药柱位置与孔径、药径之间的关系进行了研究.研究结论能为控界保护性开挖爆破设计及相关研究提供参考.     

空气间隔装药孔壁初始冲击压力分析

为分析空气间隔装药时孔壁的初始冲击压力,引入Starfield迭加法,将柱状药包等效为有限个单元球形药包,考虑压力沿炮孔轴向的衰减及叠加作用,分析得到上部空气间隔装药及中部空气间隔装药条件下的孔壁初始冲击压力计算表达式。利用ANSYS/LS-DYNA软件建立数值模型,对监测点进行应力监测;同时,浇筑混凝土模型,并借助高速多路动态应力测试系统测量炮孔周围爆炸应力场,将2种方式的监测结果与理论分析结果相比较。结果显示:上部空气间隔装药,装药段处压力达到最大,随着与装药段距离的增大,压力明显呈先急剧减小、后趋于稳定的趋势;中部空气间隔装药,压力最小值出现在空气柱约1/2处,整体呈两端大、中间小的下凹型分布特征。在2种装药结构下,空气柱中指定点初始冲击压力的理论值与模拟值相对误差均较小。上述结果充分表明:空气间隔装药孔内压力沿炮孔轴向呈不均匀分布,2种装药结构压力分布特征与理论分析结果基本吻合,验证了理论分析的合理性。     

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。