基于现场混装的宽孔距空气间隔预裂爆破技术

采用理论分析与现场试验相结合的方法研究了混装车装药条件下的宽孔距空气间隔预裂爆破技术。理论分析结果表明:空气间隔装药预裂爆破条件下,即使预裂孔间距较大,炮孔间岩体在爆生气体压力作用下产生的应力强度因子也往往大于岩石的断裂韧度,炮孔间可以形成预裂缝。结合河南经山寺露天铁矿上覆岩层剥离进行的现场试验结果显示:岩体质量较好时,采用18倍孔径的宽孔距空气间隔装药预裂爆破技术,可获得较好的边坡轮廓成型质量,但是炮孔装药段的岩体损伤较严重,损伤深度明显大于非装药段。     

基于声波检测的空气间隔装药预裂爆破损伤特性研究

采用空气间隔装药预裂爆破技术进行岩体开挖,在提高爆破有效能量利用率的同时,能够取得理想的爆破效果.结合河南省经山寺铁矿上覆岩层剥离进行的空气间隔预裂爆破现场试验,采用声波检测技术,以岩体声波速度降低10％为判据,分析了空气间隔装药预裂爆破对岩体的损伤特性.结果表明,炮孔装药段爆破对岩体的损伤较严重,并有明显的粉碎区,最大深度可达2 m左右,空气间隔段的岩体损伤相对较小.岩体的爆破损伤深度与地质条件以及装药结构密切相关.     

预裂爆破在水布垭水利枢纽工程溢洪道泄槽段保护层开挖中的运用

预裂爆破是沿开挖边界布置密集炮孔,采取不耦合装药或装填低威力炸药,在主爆区之前起爆,从而在爆区与保留区之间形成预裂缝,以减弱主爆区爆破时对保留岩体的破坏并形成平整轮廓面的爆破作业。本文通过对水布垭溢洪道泄槽段开挖难点的分析,介绍了预裂爆破技术在成功解决这些难点、并加快施工进度、确保开挖质量方面所起的巨大作用。     

白鹤滩特高拱坝坝肩柱状节理玄武岩开挖爆破试验研究

柱状节理玄武岩具有表面易破碎、易松弛等性状特点,作为300 m级高拱坝坝肩基岩世界罕见。柱状节理玄武岩基岩面岩体施工处理,经常出现边坡预裂面破坏,预裂面超欠挖严重、预裂面半孔率低、岩体扰动等问题。为解决破碎岩体边坡开挖的稳定,减少预裂爆破对建基面稳定的危害,根据白鹤滩水电站左岸坝肩柱状节理玄武岩物理及力学特性,通过预裂爆破与光面爆破对比试验,以确定爆破类型;并优化预裂爆破装药线密度、孔排距等参数。结果表明：预裂爆破综合效果优于光面爆破。通过在爆前、爆后布置物探监测仪器对周围岩体损伤进行监测,得出预裂爆破孔0.6 m的间距及线密度240 g/m装药参数,对柱状节理玄武岩实现基岩面扰动最小,达到最佳爆破效果。为强卸荷岩体高拱坝基础开挖提供了理论和实践借鉴。     

液态CO_2相变开挖岩体孔间距参数研究

为保证液态CO_2相变致裂技术在随州绕城南路综合管廊基坑石方开挖中的爆破效果,在进行实际施工生产之前,对73型液态CO_2致裂管单管单孔致裂岩体性能进行了现场试验,在对液态CO_2进行TNT当量计算之后,基于LS-DYNA有限元软件进行了单孔爆破数值模拟和不同孔间距的两孔爆破数值模拟。结果表明:73型液态CO_2致裂管现场试验和数值模拟单孔最大岩体破坏范围分别为1.84 m和1.766 m,试验和模拟结果具有较高的一致性,数值模拟方法预测73型液态CO_2致裂管致裂岩体范围上可靠性良好。73型液态CO_2致裂管台阶爆破最优孔间距为2.0 m,双孔爆破相邻炮孔之间岩体最大损伤范围比单孔爆破岩体损伤范围增加13.25%。73型液态CO_2致裂管的台阶爆破最优孔间距的确定有效保证了基坑台阶开挖的爆破效果,同时具有良好的经济和社会环境效益。     

考虑裂隙岩体爆破损伤的装药结构研究

装药结构是改善裂隙岩体爆破效果的重要因素,结合某隧道爆破掘进工程,通过地质雷达现场岩体损伤探测及柱状装药爆破损伤理论估算,获取隧道掌子面前部裂隙岩体爆破损伤规律,并提出基于其爆破损伤规律的装药结构。雷达探测发现:隧道掌子面前部裂隙岩体受爆破开挖损伤明显,Ⅳ级岩体的裂隙区范围最大值约2.4 m,Ⅲ级岩体为1.8 m,均位于下一装药区域内,理论计算与雷达探测结果基本一致。利用获得的掌子面前方裂隙岩体的爆破损伤规律,提出了"减药非连续装药"装药结构,可减少裂隙区炮孔二分之一装药量。实践证明:该装药结构能提高爆破有效能,降低工程成本与围岩损伤。     

预裂爆破成缝机制及其影响因素的探讨

通过对预裂爆破成缝理论及岩石断裂模型的探讨,并结合断裂力学和损伤力学的有关理论,从岩石爆生裂缝的成缝机理上分析了裂缝的起裂方位、起裂条件、裂缝扩展与止裂.同时,从炸药性质、装药结构、炮孔间距、岩石物理力学性质、地质条件、孔径和岩体初始应力等方面的因素探讨了其对岩石预裂爆破成缝的影响.     

基于预裂成缝对爆破参数拟合的数值模拟分析

通过ANSYS—LSDYNA软件对不同爆破参数条件下的预裂缝过程进行模拟,并对预裂缝的爆破效果进行了计算分析,对几组符合爆破实际情况的线装药密度、孔间距、炮孔直径参数进行分析,回归推导出预裂爆破线装药密度公式,并从模拟过程看出,预裂缝裂隙是先从孔壁开始形成并向中点发展,而不是应力波干涉理论认为的裂缝首先从中点产生,并向两孔发展。为预裂爆破理论研究和参数的合理确定提供了一条有效的途径。     

基于切缝装药定向预裂的中深孔掏槽爆破研究EI北大核心CSCD

针对岩巷中深孔掏槽爆破效果差的问题,设计了基于切缝装药定向预裂的中深孔掏槽爆破方案。首先从理论上分析定向预裂对槽腔形成的影响,然后开展掏槽爆破数值模拟揭示槽腔岩体的破坏历程和破坏机制,最后通过现场试验探究其应用效果。结果显示:预裂孔中的切缝装药爆破后沿预裂孔连线会形成定向预裂面,定向预裂面具有自由面反射拉伸效应和应力波阻隔效应,能够促使槽腔岩体充分破坏以形成易于抛掷的岩块,且定向预裂面可以降低成腔阻力,有利于掏槽孔爆破成腔;数值模拟实现了槽腔岩体破坏过程的可视化,通过模拟结果证明了定向预裂面的自由面反射拉伸效应和应力波阻隔效应;相比于现有普通中深孔掏槽爆破技术,在岩巷中深孔爆破采用该掏槽技术时,平均循环进尺增加了0.29 m,平均炮孔利用率提高了11.6%,平均炸药单耗降低了0.19 kg/m^(3),平均雷管单耗降低了0.13发/m^(3),结果验证了此新型掏槽技术在岩巷中深孔爆破的适用性。     

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。     

新型聚能管在边坡预裂爆破中的研究与应用

永嘉县垃圾焚烧发电厂场地平整工程需要进行大量边坡开挖作业,地质条件复杂。为了改善边坡一次成型效果,提高炸药能量利用率和边坡半孔率,降低主爆区对边坡岩体的震动危害,设计了新型聚能管。通过采用新型聚能管的预裂爆破与传统预裂爆破的对比试验,观测爆破后预裂缝成缝效果和边坡坡面的平整度,并计算半孔率。结果表明:采用新型聚能管预裂爆破后预裂缝符合正常尺寸标准,宽度8 mm左右,沿炮孔中心线贯穿,对预留岩体破坏小;与传统预裂边坡相比,坡面更平顺、可活动碎石较少,成型效果好;半孔率达到85%,比传统预裂爆破边坡半孔率48%相比明显提高,同时降低了边坡施工成本,经济效益显著。     

线性无罩聚能装药的破岩机理

线性聚能装药用于控制爆破,有利于在介质内形成定向裂缝。与一般不偶合装药爆破方法相比,可以减少钻孔工作量,提高破岩效果。本文主要讨论线性无罩聚能装药的破岩作用。在光面爆破和预裂爆破时,如果采用线性无罩聚能装药,炮孔间距可适当加大。炮孔间距的增加与聚能效果成正比。     

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。     

孔底设复合消能结构的岩体爆破振动特性研究

爆破振动的特性、控制方法及措施一直是工程爆破界的研究热点。基于白鹤滩水电站坝基开挖中开展的孔底设复合消能的岩体爆破开挖试验,结合动力有限元技术数值模拟,以及对实测振动傅里叶频谱分析,研究了孔底设复合消能结构的岩体爆破振动特性。数值模拟与现场监测结果表明:孔底设复合消能结构相对于常规装药结构能够大幅减小炮孔底部岩体的爆破振动速度,减小幅度达到30%以上,相应的傅里叶幅值谱峰值和主频率也有降低,可见爆破孔孔底设复合消能结构可有效降低孔底的峰值振动速度,从而控制孔底岩体的爆破损伤范围。     

轴向不耦合装药结构形式优化仿真研究

为了改变某隧道平导爆破效果差、爆炸能量利用率低的现状,采用ANSYS/LS-DYNA模拟不同轴向不耦合装药结构形式对爆破效果的影响,优化装药结构,以期达到增强爆破效果,降低粉尘量和岩石大块率的目的。合理的选择数值模拟中的材料模型和算法,是高效模拟分析轴向不耦合装药结构爆破的关键,因此采用ALE算法对孔口空气填塞不耦合,孔口炮泥填塞、上部空气间隔不耦合,孔口水介质填塞、底部水介质间隔不耦合,孔口炮泥填塞、上部水介质间隔不耦合,孔口水介质填塞、中部水介质间隔不耦合和孔口炮泥填塞与中、上部水介质间隔不耦合的装药结构进行数值模拟,并以爆炸应力波云图和最大拉应力来评价炸药爆破效果。数值模拟结果表明:水介质可以降低炮孔壁附近岩石的压力。装药长度1.25m时,孔口炮泥填塞、上部空气间隔不耦合装药结构较孔口空气填塞不耦合装药结构,能提高爆炸能量的利用率;孔口水介质填塞、底部水介质间隔不耦合装药结构和孔口炮泥填塞、上部水介质间隔不耦合装药结构,爆炸能量利用率基本相同;孔口水介质填塞、中部水介质间隔不耦合装药结构的炸药爆炸能量利用率较其余5种装药结构都大,能提高爆炸应力波对岩石的作用,使得爆炸应力波更加均匀作用于岩体,降低大块率产生。此数值模拟结果可为现场爆破方案设计与实施提供依据。     

复杂条件下的地下硐室深孔爆破开挖试验研究

在拉西瓦水电站地下厂房爆破开挖施工过程中,针对复杂地质条件,进行了深孔预裂爆破和梯段爆破的多方案现场试验,通过调整孔网参数、装药结构和微差时间,确定了优化的开挖方案和爆破参数,并对预裂缝的减震效果进行了定量研究,结果表明预裂缝可降低振速30%～50%.     

轴向不耦合装药结构形式优化仿真研究

为了改变某隧道平导爆破效果差、爆炸能量利用率低的现状,采用ANSYS/LS-DYNA模拟不同轴向不耦合装药结构形式对爆破效果的影响,优化装药结构,以期达到增强爆破效果,降低粉尘量和岩石大块率的目的。合理的选择数值模拟中的材料模型和算法,是高效模拟分析轴向不耦合装药结构爆破的关键,因此采用ALE算法对孔口空气填塞不耦合,孔口炮泥填塞、上部空气间隔不耦合,孔口水介质填塞、底部水介质间隔不耦合,孔口炮泥填塞、上部水介质间隔不耦合,孔口水介质填塞、中部水介质间隔不耦合和孔口炮泥填塞与中、上部水介质间隔不耦合的装药结构进行数值模拟,并以爆炸应力波云图和最大拉应力来评价炸药爆破效果。数值模拟结果表明:水介质可以降低炮孔壁附近岩石的压力。装药长度1.25m时,孔口炮泥填塞、上部空气间隔不耦合装药结构较孔口空气填塞不耦合装药结构,能提高爆炸能量的利用率;孔口水介质填塞、底部水介质间隔不耦合装药结构和孔口炮泥填塞、上部水介质间隔不耦合装药结构,爆炸能量利用率基本相同;孔口水介质填塞、中部水介质间隔不耦合装药结构的炸药爆炸能量利用率较其余5种装药结构都大,能提高爆炸应力波对岩石的作用,使得爆炸应力波更加均匀作用于岩体,降低大块率产生。此数值模拟结果可为现场爆破方案设计与实施提供依据。     

水利工地的岩体控制爆破研究

在某水利建设工地进行的斜坡道控制爆破开挖严重受到周围环境的制约和影响，对此，本文综合运用了光面爆破，预裂爆破，松动爆破及城市控制爆破中的研究成果，设计和确定斜坡道控制爆破开挖的合理炮孔布置参数，单段起药量，装药结构，起顺序及爆破防护措施等。     

导向孔对两爆破孔间成缝过程影响的数值模拟

在爆破中,控制裂纹扩展的方法之一是在装药孔之间开挖导向孔,促使裂纹的扩展贯通。炸药在爆炸时,产生的载荷包括爆炸应力波和爆生气体压力。基于这一认识,研发了爆破损伤的数值模拟系统,并对有机玻璃试样中两炮孔同时起爆时孔周裂纹的萌生、扩展过程进行模拟,探讨了无导向孔、有一个圆形导向孔和有一个带切割槽的导向孔3种情况下裂纹的扩展规律。数值模拟结果与室内试验结果相吻合,这一方面证实了在装药孔之间开挖带切割槽导向孔对控制裂纹扩展的有效性,同时也验证了该文提出的爆破损伤模型的可行性。     

急倾斜坚硬厚煤层预裂爆破数值模拟

兴泰煤矿主采层二1煤层为急倾斜坚硬厚煤层,由于二1煤层的煤岩体强度很高,并且块度很大,这给二1煤层的开采带来了极大的困难。针对二1煤层中煤炭难以开采的现状,运用ANSYS/LS-DYNA动力分析工具对二1煤层的深孔预裂爆破进行了数值模拟,以破坏不利单元的拉应力变化曲线峰值达到煤的抗拉强度为准则,优化了预裂爆破参数。模拟过程中分别取炮孔间距为3.0 m、3.5 m、4.0 m,然后确定各项参数,以及合适的装药结构和起爆方式。通过对3种方案的数值模拟,最终得到炮孔间距为3.5 m时其各项参数为最优爆破参数的结论。