充填环境下预裂缝的爆破动力响应分析

根据广西高峰矿新采矿方法的工程实际情况,采用高能炸药的Joles-Wilkins-Lee(JWL)状态方程,以质点振动速度峰值PPV为主要指标,利用显式动力分析软件ANSYS/LS-DYNA模拟充填采矿中预裂缝对爆炸应力波的作用机理,分析爆炸应力波在充填环境下的传播特征以及在经过预裂缝和不同介质分界面的衰减规律。研究结果表明：爆炸应力波在经过预裂缝时,质点振动速度峰值急剧衰减,预裂缝具有良好的降振效应,降振率在80％～90％之间;不同介质的分界面弱结构具有一定的降振效应,降振率在3％～10％之间;在邻近爆源一侧,预裂缝和分界面表现出能量聚集效应,且距预裂缝和分界面越近,能量聚集效应越明显,其能量聚集率最大可达25％。     

高瓦斯煤层深孔预裂爆破增透数值模拟试验

为了解决高瓦斯低透气性煤层的瓦斯抽放难题,利用数值模拟和现场测试相结合的方法,研究了深孔预裂爆破技术对高瓦斯低透气性煤层的卸压增透效果.研究结果再现了爆破过程中,动压冲击震裂、应力波传播与叠加及爆生气体驱动裂纹扩展的整个过程,分析了爆破孔间距对爆生裂纹和增透效果的影响,提出了高瓦斯低透气性煤层深孔预裂爆破的合理间距,表明深孔预裂爆破技术有效地提高了煤层透气性和瓦斯抽采率.该成果为高瓦斯低透气性煤层的瓦斯抽放提出了解决方案.     

爆炸载荷作用下刻槽炮孔动态裂纹扩展规律

基于准静态爆生气体膨胀和岩石断裂力学理论，建立了不耦合装药刻槽爆破时的脆性断裂爆破模型。对刻槽炮孔内爆生气体压力、临界压力和应力强度因子进行了分析计算，从而得出了刻槽炮孔裂缝在扩展过程中，包括启裂、止裂条件、启裂方向、扩展长度和裂缝扩展速度等的变化规律。此外，论文还对刻槽爆破时的动态效应进行了初步探讨，根据分析结果在大理石切割爆破中进行了刻槽试验，并和普通光面爆破效果进行了比较。     

煤层深孔预裂爆破卸压增透效果数值模拟分析

针对高瓦斯低透气性煤层,对深孔预裂爆破进行了数值模拟分析研究。再现了爆破过程中,动压冲击震裂、应力波传播与叠加以及爆生气体驱动裂纹扩展的整个过程,系统地分析了控制孔与爆破孔对于爆破卸压增透效果的影响,提出了高瓦斯低透气性煤层深孔预裂爆破的合理间距,为高瓦斯低透气性煤层的瓦斯抽采效率提出了解决方案。深孔预裂爆破为高瓦斯低透气性煤层增透、进而解决高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采难题提供了一条有效的途径。     

双聚能槽药柱的研究及工程应用

双聚能槽药柱在炮孔内有约束条件下爆炸时,由于聚能作用会聚集双聚能槽药柱爆炸后的成缝能量,并使得炸药爆速发生变化,在采用文中装置后可确保聚能射流能够沿着预裂(光爆)面发挥气刃作用,这样将使爆破应力波作用、高压气体的膨胀作用和聚能射流的气刃作用在岩体形成裂缝的瞬间能够有机结合.     

浅析爆生气体在爆破破岩中的作用

岩石的爆破破碎是应力波和准静态气体联合作用的结果。在爆生气体作用下,爆破近区的裂纹在气体驱动压力下扩展,而爆破中区的裂纹扩展是在气体膨胀压力场和原岩应力共同作用下发生的。本论文是以岩石爆破理论为基础,来研究岩石在爆炸应力波和爆生气体作用下的损伤断裂机理。     

爆炸应力波作用下的凿岩爆破破岩模拟

爆破破岩是爆炸应力波和爆生气体载荷共同作用的结果,本文采用改进的DDA方法模拟爆炸应力波作用下的爆破破岩过程. 采用Hopkinson层裂算例验证了DDA方法对应力波传播和动态断裂破坏问题模拟的准确性. 通过在炮孔壁上施加三角冲击载荷,模拟再现了凿岩爆破中爆炸应力波作用下的孔周破坏、自由表面剥落、碎裂漏斗区域形成、较远区裂纹的扩展,以及岩体的抛掷,结合应力波传播模拟结果对破岩过程与机理进行了分析. 研究为进一步采用DDA模拟两种形式爆破载荷共同作用下的凿岩爆破创造了条件.     

预裂爆破轴向不耦合系数的分析计算

以爆炸气体动力学和岩石力学理论为基础，分析预裂爆破轴向不耦合装药的作用原理和成缝机理，得出了轴向不耦合系数在不同条件下的取值范围，计算值也现场实际工程十分接近，为工程提供了可供参考的理论和计算方法。     

三孔定向爆破作用下的空孔效应实验研究

为得到三孔定向爆破作用下空孔对爆生主裂纹扩展过程的影响规律,采用动态焦散线法进行实验,研究了不含空孔和含空孔情况下爆生裂纹的动态应力强度因子、扩展轨迹及扩展速度的变化规律。研究结果表明:空孔对爆生裂纹扩展轨迹的导向作用十分明显。无空孔时,爆生裂纹的扩展速度震荡幅度较大;有空孔时,爆生裂纹的扩展速度震荡幅度较小。无空孔时,三条爆生裂纹在相互贯通之前,裂尖的动态应力强度因子会突然增大,然后迅速下降;有空孔时,爆生裂纹与空孔贯通前,其动态应力强度因子则稳定在一定范围内震荡。     

低透气性煤层深孔预裂爆破增透数值模拟研究

针对高瓦斯低透气性煤层瓦斯超限影响煤巷掘进速度问题,建立深孔预裂爆破三维有限元模型进行数值模拟研究。模拟结果表明,深孔预裂爆破经历了冲击波冲击煤岩产生裂纹、稀疏波使煤体裂纹扩展以及爆轰气体驱动裂纹扩展3个过程(0～5 ms),增透深孔预裂爆破爆破孔合理间距为3～5 m.     

煤层深孔聚能爆破动力效应分析与应用

为研究煤层深孔聚能爆破致裂增透机理,构建聚能爆破分析模型,运用理论分析与数值模拟相结合的方法探讨聚能爆破时聚能射流的成型机理、爆炸应力波的传播特点、煤体力学特征和裂隙扩展机理,结果表明:聚能槽集聚爆轰能量形成聚能射流并产生聚能效应,聚能效应显著改变了爆炸应力波的传播特性和煤体的力学性质,在聚能方向煤体所受压应力峰值是非聚能方向的1.10～ 1.29倍,有效地促进了裂隙的扩展;且主聚能方向煤体所受压应力峰值由次聚能方向的0.85倍增大到1.06倍,放缓了煤体所受应力的衰减速度.此外,煤层深孔聚能爆破工程应用实验表明,聚能爆破后抽采孔平均瓦斯含量是聚能爆破前的1.58倍,有效地提高了煤层透气性和瓦斯抽采率.     

爆破地震效应强度与爆破地震荷载的探讨

对爆破地震的振动速度与爆破振动反应谱进行了分析和探讨,为解决工程爆破问题提供了参考意见.     

路堑爆破开挖地震效应分析

在分析爆破地震效应的主要控制因素地震速度与地震频率基础上，根据现场测定数据，拟合出地震速度、药量大小与爆源距离之间关系式。分析了振动频率对构筑物的影响和爆破地震与天然地震的区别，提出了爆破安全距离的确定并验证了爆破安全距离计算方法以及地震速度作为破坏判据可行性和正确性。试验测定结果与研究表明，必须重视爆破地震规律及其对各种建筑物和构筑物影响的研究，才能充分发挥爆破技术的经济效益和最大限度地降低爆破振动的危害。     

不同间距邻近爆破载荷下隧道破坏规律及动态响应研究

试验研究和数值分析是研究不同间距邻近爆破载荷下隧道动态破坏问题的有效手段。通过试验研究发现,当间距较小时,迎爆侧呈三角形破坏,背爆侧表现为起拱点和底角的裂纹扩展,且随间距增加,破坏程度逐渐减弱。通过LS-DYNA数值模拟研究发现,当炸药量一定时,随间距的增加,起拱点位置振速峰值呈指数型衰减,当间距小于3D时,衰减较快,且振速峰值大于安全振速,位于危险间距内;当大于3D时,衰减缓慢,位于安全间距内。迎爆侧振速峰值最大区域分布在直墙中部至起拱点位置,直墙中下部和拱形部位次之。      

爆破应力波中远区破岩作用分析

应用断裂与损伤力学理论，分析了爆破应力波远区破岩作用机理认为爆破应力波在远区的破坏效应是基于该区域内局部岩体强度和断裂韧度降低，使衰减后的弱应力波作用强度仍可能大于该点处的岩石极限强度所致。提出岩石损伤与缺陷的存在，会产生应力集中或放大效应的依据，并阐述爆破应力波作用下远区原生裂纹扩展的理论分析，给出了基于岩石损伤的裂纹扩展长度估算模型。     

台阶爆破模型试验下破碎岩石抛掷速度规律分析

为了研究台阶爆破破碎岩石抛掷速度的主要影响因素与变化规律,采用量纲分析法确定破碎岩石抛掷速度的主要影响因素,并借助高速摄影系统与台阶爆破模型试验研究不同影响因素下破碎岩石抛掷速度的变化规律.结果表明：破碎岩石抛掷速度的主要影响因素为炸药单耗、最小抵抗线与炸药量的关系(W³/Q)和不耦合系数,抛掷速度对炸药单耗最为敏感,W³/Q与不耦合系数次之;高速摄影图像显示,当爆破作用时间为0.5 ms时,台阶自由面岩石出现位移,当爆破作用时间为2.0 ms时,在爆炸应力波作用下,台阶自由面出现裂缝,破碎岩石的运动形态可分为鼓包运动阶段与抛掷运动阶段,二者之间存在明显的过渡阶段;炸药单耗、W³/Q、不耦合系数与抛掷速度间存在明显的非线性关系,抛掷速度随炸药单耗的增加呈指数函数递增,且存在临界炸药单耗使破碎岩石的抛掷速度出现激增,抛掷速度随W³/Q、不耦合系数的增大呈幂函数递减.     

几种典型爆破振动控制技术的试验研究

为有效控制爆破施工过程中所产生的爆破地震效应,分别开展了电子雷管起爆、加减振孔、加空气垫层、不同起爆方向等典型爆破振动控制技术的减振试验研究,得到了质点振动速度、减振率、振动衰减系数等典型振动参量的变化规律.试验结果表明,各减振技术在相应条件下均能起到一定的减振效果,实际工程爆破施工时,应综合考虑爆区地质条件和周围环境因素,选择合适的爆破振动控制技术.      

基于有效保护围岩的定向断裂爆破参数研究

对岩石周边爆破进行深入研究。指出了光面爆破不可避免造成围岩损伤的不足，提出了采用定向断裂爆破技术是降低围岩爆破损伤的有效方法：进而，依据现有的定向断裂爆破原理，导出了定向断裂爆破的预裂纹长度、炮孔装药量与炮孔间距的计算式：最后，结合工程算例对这些爆破参数之间的关系作了分析。表明：计算结果与所得结论以工程实际相符，有参考价值。     

城市爆破中结构振动速度的初步研究

本文从爆点周围建筑物的破坏判据、药包安放位置和拆除物的材料性质来研究爆点周围建筑结构的振动速度。为了表明药包安放位置和拆除物的材料性质对振速的影响,我们做了两组对比爆破拆除试验,试验结果与分析相符。