不耦合装药结构对岩石爆破的影响

为了研究不耦合装药结构对爆破效果的影响,在实验室中采用水泥砂浆模型对不耦合装药结构进行了模型实验,并对爆破块度和爆炸应力波进行筛选及统计与测试分析.采用AUTODYNA有限元分析软件对不耦合装药结构爆炸应力波在岩石传播过程中粉碎圈、裂隙形成进行了数值模拟研究.模型实验研究表明,不耦合装药结构可提高炸药能量利用率及改善爆破块度分布;数值模拟结果显示,炸药和炮孔壁之间的间隙可以改变应力波在炮孔壁上的加载率,延长了应力波和气体的作用时间,显著地降低了粉碎圈厚度,提高了炸药能量的利用率和爆破的效果.     

火炮发射过程中装药响应数值模拟研究

为研究火炮发射过程弹体内部装药的响应,采用节点约束-分离模拟方法对PBX9501炸药装药进行损伤数值模拟,采用Visco-SCRAM模型进行点火数值模拟,计算分别得到了PBX9501装药损伤和点火的临界弹体初速. 研究结果表明,采用节点约束-分离方法可以较好地描述弹体发射过程中内部炸药装药的损伤响应, Visco-SCRAM模型和裂纹摩擦点火模型可以描述装药点火响应.     

台阶爆破异位孔与周边孔装药量匹配关系

为解决露天矿穿爆作业过程中经常出现的爆破孔异位现象,所导致后续爆破效果不理想,大块率较高、炸药单耗偏高、残留根底现象严重的问题.以抚顺东露天矿为例,以现场实践爆破参数为基础数据,借助于有限元软件ANSYS/LS-DYNA进行爆破数值模拟,并利用最小二乘法线性拟合的数学方法将数值模拟结果进行拟合,得出各个炮孔之间的匹配公式,进而找到异位孔与周边孔装药量的最佳匹配关系,为露天矿穿爆生产成本控制以及工程爆破具有重要的理论和提供指导意义.     

不耦合系数对露天矿山光面爆破影响研究

为探究大型露天矿山光面爆破炮孔最佳不耦合系数,利用数值模拟分析软件LS-DYNA建立不同耦合系数数值模型,不耦合系数分别为1.00、1.75、2.33、3.50、7.00,对比分析不同工况保留岩体的破坏程度,从而确定最佳不耦合系数。结果表明,耦合装药时,保留岩体的破坏程度最大;不耦合装药时,随着不耦合系数的增大,保留岩体的破坏程度减小。其中不耦合系数为3.50时,可以有效降低保留岩体的破坏程度,即最佳不耦合系数。通过现场试验,不耦合系数为3.50时爆破效果较好、坡面平整,半孔痕率达90%以上,与数值模拟分析结果吻合。实验结果可为同类工程提供借鉴。     

寒区隧道围岩水热力耦合数值分析

利用“三区域”理论,建立考虑水分迁移和水冰相变的寒区隧道水热耦合问题的联合求解微分方程,然后采用 COMSOL Multi-physics 软件实现温度场和水分场耦合数值模拟,进而将数值模拟结果与土柱冻结试验的结果进行对比,验证水热耦合数值模拟模型的有效性.根据冻胀理论,着重对寒区隧道的应力场控制方程进行推导,利用孔隙冰与冻胀率之间的关系建立寒区隧道水热力三场耦合计算模型.最后以牡丹江到绥芬河区间的牡绥隧道为例,对温度场、水分场以及应力场进行了模拟分析.结果表明:外界温度的变化对开挖后的隧道会有很大影响.随着时间的增加,隧道洞口冻结圈厚度逐渐增加,在1月份达到最大冻深2m左右.     

露天矿高陡边坡变形破坏机理及稳定性

针对露天矿普遍存在的一类复杂特殊的高陡边坡稳定性及变形区防治的问题,以抚顺西露天矿南帮变形区高陡边坡为工程背景,采用Morgenstern-Price极限平衡法与有限元数值模拟软件RFPA相结合的方法对高陡边坡的变形破坏机理及稳定性问题进行了系统的研究.研究结果表明:抚顺西露天矿南帮变形区高陡边坡破坏机制为前缘蠕滑、后缘拉裂的"坐落-滑移式"破坏,该区域稳定性差,处于不稳定状态.针对南帮变形区存在的问题提出合理的边坡变形综合防治措施.     

灰色系统模型在露天矿边坡沉降预测中的应用

为解决抚顺西露天矿边坡沉降变形问题,运用灰色系统模型结合曲线拟合对抚顺西露天矿边坡沉降变形进行预测分析.在传统灰色系统的基础上,运用对数变换的数学方法对实测数据进行改进,建立改进的灰色系统模型,并对露天矿边坡沉降变形进行预测.结果表明:改进的灰色系统模型最大误差仅为0.7%,低于传统灰色理论模型的平均相对误差2.3%,模拟预测效果好,能够满足沉降预测的预报要求.因此,改进的灰色系统模型可用于露天矿边坡变形预测中.     

灰色系统模型在露天矿边坡沉降预测中的应用

为解决抚顺西露天矿边坡沉降变形问题,运用灰色系统模型结合曲线拟合对抚顺西露天矿边坡沉降变形进行预测分析.在传统灰色系统的基础上,运用对数变换的数学方法对实测数据进行改进,建立改进的灰色系统模型,并对露天矿边坡沉降变形进行预测.结果表明:改进的灰色系统模型最大误差仅为0.7%,低于传统灰色理论模型的平均相对误差2.3%,模拟预测效果好,能够满足沉降预测的预报要求.因此,改进的灰色系统模型可用于露天矿边坡变形预测中.     

基于流固耦合理论土工布对尾矿坝的渗流-应力场影响分析

基于非饱和流固耦合理论,分析土工布对尾矿坝渗流-应力场的影响,以湖南某尾矿坝为背景,运用FLAC 3D(fast Lagrangian analysis of continua)软件,建立三维尾矿坝数值模型,模拟不同工况下尾矿坝的渗流-应力场影响。通过考虑耦合作用应力场和位移场对比分析,分析流固耦合作用下不同层数土工布对尾矿坝的渗流-应力影响。研究结果表明:非饱和流固耦合理论可以更为客观的分析尾矿坝的实际情况;耦合作用下尾矿坝的沉降明显比不考虑耦合作用的沉降大;铺设土工布对于减少坝体沉降量有明显的积极作用;土工布在耦合作用下的孔隙水压力明显比不考虑耦合时大,而且孔隙水压力分布较为均匀;这可以对尾矿坝的渗流-应力场的分析以及尾矿坝的设计运行提出合理建议和参考依据。     

微装药空腔能量传递的数值模拟与试验研究

为研究微通道装药(微装药)空腔能量传递的影响因素,采用数值模拟和实验测试方法得到了空腔衰减压力.用AUTODYN软件的点火增长模型描述微装药的非理想爆轰过程,计算了不同装药尺寸、空腔厚度和约束材料的输出压力,并与锰铜压阻计的测试结果进行对比.结果表明,数值计算与试验值的偏差在10%以内,说明数值模拟方法可用于微通道空腔压力衰减研究.微装药直径越大或空腔厚度越小,压力越大,45#钢比有机玻璃约束更有利于空腔能量的传递.     

不耦合装药爆破效应数值分析

不耦合装药是现代爆破技术应用的主要措施之一。利用有限元程序ANSYS/LSDYNA首先对不同不耦合系数条件下的爆破进行了数值模拟,然后对偏心和同心不耦合装药爆破进行了对比分析。计算结果表明,不耦合系数取3.0比较合理,偏心不耦合装药爆破在孔壁会产生明显的偏心效应。     

准东露天煤矿近水平层理边坡滑坡变形机制

针对新疆准东煤田露天矿近水平层状赋存连续的碳质泥岩弱层问题.进行钻孔测斜、岩石与煤的抗压、抗剪等实验,采用数值模拟建立模型、掌握边坡滑坡变形机制.结果表明:该研究可使边坡稳定性分析更结合生产实际,对于指导露天矿开采设计理论和矿山安全生产具有重要的理论和实践意义.     

火炮发射过程中装药损伤数值模拟研究

为研究火炮发射过程弹体内部装药的损伤响应,采用节点约束-分离模拟方法对TNT和PBX9501炸药装药进行数值模拟,计算不同发射速度下弹体内部装药的损伤及破坏,计算得到了TNT和PBX9501装药损伤的临界弹体初速以及加速度载荷,数值模拟结果与实验结果吻合较好. 研究结果表明,采用节点约束-分离方法可以较好地描述弹体发射过程中内部炸药装药的损伤响应.     

侵彻过程中装药摩擦点火数值模拟

为研究弹体侵彻过程中装药安全性,采用分步数值模拟方法,在计算弹体侵彻靶体过程的基础上再计算弹体内部装药响应.装药响应计算中采用反加靶体阻力与热力化耦合算法并考虑了装药的摩擦温升机制,计算得到了装药点火的临界弹体初速,与实验结果吻合较好.计算结果表明,弹体内壁与装药之间的摩擦是引起装药温升的重要因素,装药发生摩擦点火的部位接近于装药中部.计算结果可为侵彻弹体的装药结构设计提供依据,计算方法为侵彻过程中装药的响应和安全性分析提供技术支撑.     

围岩损伤控制爆破数值模拟研究

为研究不同结构装药周边孔爆破对围岩损伤的影响规律,采用数值模拟方法开展了研究工作. 模拟结果表明,从获得良好爆破效果和降低围岩损伤的角度来看,在4种装药结构中,水+切缝管的效果最好,空气介质耦合时最差,中间依次为水介质耦合、空气+切缝管的装药结构. 因此在实际工程中,周边孔采用水+切缝管的装药结构,可适当增加炮孔间距或减小装药量,取得与其它装药结构相同的周边爆破效果,尤其对于松软破碎岩体爆破效果更加明显. 同时水的存在对于工作面的降尘和防止瓦斯爆炸等灾害事故的发生也具有一定的作用. 数值模拟结果与试验结果所得结论一致.      

动能杆战斗部杆条抛撒规律及散布场数值仿真

针对新概念动能杆反导战斗部,采用数值模拟方法,系统地研究了中心式动能杆战斗部的杆条排布参数、抛撒装药参数和填充介质等主要因素对动能杆径向抛撒速度的影响,得到了动能杆抛撒规律;以经典的格尼(Gurney)公式为基础,通过引入修正函数对数值模拟结果进行数据处理,建立动能杆条抛撒速度的工程计算模型,试验验证结果表明,该计算模型能为工程设计提供帮助.运用该计算模型,采用虚拟现实技术,对杆条散布场进行了实时三维仿真.     

间隔装药爆破方法的试验研究与应用

针对我国许多露天矿炸药消耗大、矿石成本高、爆破效果不十分理想的问题,以本钢南芬露天矿为对象,通过改善装药结构,进行气体间隔器在中深孔干孔的间隔试验应用和中深孔水孔的间隔实验研究.结果表明:间隔装药爆破法不仅可以提高爆破质量和铲装效率,还能降低炸药单耗,从而降低矿石生产成本,若采用中间间隔装药,效果会更好.该成果对其它类似矿山具有一定的参考价值和工程实践意义.     

基于LS-DYNA 3D的聚能装药数值模拟规律验证与检验

针对当前广泛应用的商用数值模拟软件LS-DYNA 3D,开展了聚能装药射流成型与侵彻数值模拟结果可信度研究,对美国BRL-82基准弹进行数值模拟规律验证.结果表明：对轴对称聚能装药结构,药型罩壁厚网格数δ=4,对应装药、射流成型及侵彻通道的关键区域网格单元划分0.25 mm;射流成型采用多物质全Euler算法,侵彻采用多物质流固耦合算法,计算结果可信度较高.此外,铜药型罩材料本构模型选为Steinberg或Johnson-Cook时,对射流成型及侵彻计算结果可信度影响较小.设计了直径为56 mm的聚能装药,基于上述验证规律对其射流成型及侵彻进行数值模拟,通过脉冲X光和静破甲实验对该结果可信度进行了检验.     

含PBX炸药装药的弹体侵彻响应数值模拟

为探究浇注型PBX炸药装药在弹体侵彻过程中的安全性问题,使用考虑孔隙的压力相关-应变率硬化-温度软化的粘弹塑性本构模型,用以拟合浇注型PBX炸药的在不同应变率下的动态力学响应,并利用动力有限元算法数值模拟含装药弹体侵彻混凝土靶板的过程中炸药的力-热耦合响应,获得装药不同位置局部温升受不同耗散功的影响规律,结果表明装药圆弧面圆心处由于应力波汇聚作用,塑性应变可达32%,装药与弹体内壁摩擦生热对装药温升有一定贡献.为装药结构设计提供力学分析的依据.     

不同耦合装药结构的爆破效果分析

为了研究不耦合装药结构与不同介质耦合装药结构的定向断裂光面爆破效果,得到最佳装药结构,从而解决工程爆破中存在的技术问题.以华泰煤矿为工程背景,采用4种装药结构,分别通过实验室实验和现场工业实验对水-空气耦合、水耦合、空气耦合和水不耦合进行巷道围岩的爆破效果进行分析对比,实验结果证明,在华泰煤矿采用水耦合爆破,可使围岩或预留岩面的完整性、稳定性较好.