预裂—缓冲爆破中柱状孔间应力波作用分析

利用新型全息动光弹，以南芬矿高台介靠帮控制爆破的现场参数为实验模拟基础，研究了两预裂孔间应力波迭加的动态变化过程，在两炮孔均实行孔底和孔口时起爆（四起爆点）并对孔底进行加强装药条件下，获得了不同时刻的等差条纹图，发现沿炮孔方向应力波分布有很大不同，提出了初始Ｐ波与后出现Ｓ波迭加形成的波是所有波中最重要的部分，研究表明，孔底加强装药是深孔孔底产生预裂效果的关键因素，孔底连线上应力场强度不受端部效应影     

降低炮孔孔底空气间隔装药的爆破震动

 针对爆破作业中因岩体结构和构造的差异,爆破地震传递的能量不同,为了减少爆破地震在地下岩体传播过程中的爆破地震效应,通过理论研究以及模型试验,分析了爆破对炮孔孔壁的应力应变作用过程,并得出孔底空气间隔装药长度与震动持续时间、震动峰值的关系。同时结合现场浅孔、深孔爆破中炮孔空气间隔层不同间隔方式的地震效应对比,综合比较震动幅值、震动频率和震动持续时间等因素,证明不同空气间隔方式的间隔装药均能降低爆破地震效应,减小前冲、后冲,孔底空气间隔装药在3种装药方式中降震效果都较好,其降震可达10%～25%。其中,孔底间隔装药结构的爆破地震效应最小,其次为孔上部间隔装药,炮孔中部间隔装药地震效应最大。     

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.     

预裂爆破成缝机理及预裂孔间距的设计方法

通过对不同不耦合系数条件下裂缝扩展速度和爆生气体扩散速度进行计算分析,发现裂缝的扩展速度和爆生气体扩散速度随着不耦合系数发生变化,两者量值的对比关系决定了爆生裂缝是由爆炸应力波和爆生气体共同作用的结果,从而揭示了预裂缝的形成机理具有随时间和装药参数动态变化这一特征.基于炸药爆炸应力波和爆生气体作用下炮孔周边应力分布特征,提出了预裂孔间距的设计方法,给出了运用岩体的动态抗压强度和动态抗拉强度计算孔间距的公式.     

水泥浆封堵深孔预裂爆破合理封堵长度

针对深孔预裂爆破装药量大,传统炮泥封堵易发生“冲孔”的问题,提出以水泥浆为封堵材料,并对其合理封堵长度进行研究。基于水泥浆性能,假设凝固后的水泥浆与岩石为同一材料,阐述水泥浆封堵炮孔的作用机理;根据Starfield迭加法的基本思想,建立柱状药包等效多个球状药包计算模型,探究球状药包应力波衰减规律,计算球状药包在自由面的迭加拉应力;基于减弱爆破漏斗理论,以迭加拉应力与岩石抗拉强度相等为原则,推导封堵长度取值公式;利用数值模拟,分析了不同封堵长度下爆破后应力波的扩散范围与岩石的破碎范围;以新巨龙煤矿2302N工作面爆破法过大落差断层为背景,进行现场试验,借助钻孔成像仪观测炮孔周边岩层破碎情况。结合理论计算、数值模拟及现场试验确定水泥浆封堵长度为2.5 m。     

定向卸压隔振爆破的机理与试验

简述了定向卸压隔振爆破原理、破岩机理及爆破效应,通过超动态、动焦散、动光弹等试验及数值模拟,初步了解动力特性及爆轰波分布规律。试验表明：炮孔隔振护壁面一侧比无护壁面一侧应变降低45.31%,压力降低大于30%,底部空气间隔压力降低在30%以上,无护壁面一侧最大剪应力是护壁面的3.5倍,孔底空气间隔装药结构,可延长应力波在岩石中的作用时间2～5倍。显然爆炸能量集中自由面方向,提高岩体破碎质量,显示隔振半圆形管材与底部空气间隔对炮孔爆炸压力的卸压作用,减轻对岩体破损,保护围岩的稳定性。     

不耦合装药时孔壁压力的理论分析和求算

炮孔装药结构分为耦合装药和不耦合装药,后者因不耦合介质不同由可分多种不耦合装药形式,较常用的是空气不耦合装药和水不耦合装药。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。     

爆炸载荷作用下有限平面中应力波传播的动光弹研究

用多火花式动态光弹性仪成功地记录了爆炸载荷作用下有限平面中应力波传播的动态应力条纹。一个模型中炮孔设在模型的几何形心,另一个模型中设了两个炮孔,并同时起爆。用动光弹方法对入射波和反射波的传播以及应力波的叠加特性进行了研究,给出了应力波反射之前炮孔周围应力场的定量分析结果和反射应力波与径向裂纹相互作用的结果,这对于涂刻理解炸药爆炸产生的应力波的传播和叠加过程具有重要意义。     

栗木山隧道层状硬岩掘进控制爆破技术

岩体中的节理会造成爆炸应力波的耗散和泄露,从而影响爆破效果。平罗高速栗木山隧道围岩以Ⅲ、Ⅳ级为主,岩层中厚层状、质地坚硬,因水平节理的影响施工过程中易出现炮孔利用率低、周边超欠挖现象。通过采用楔形加直眼混合掏槽形式、合理布置炮孔、控制单孔装药量、周边孔采用空气间隔装药结构等措施,增强掏槽爆破能量而控制周边孔、二圈眼的装药量,减少了节理面附近的岩体过度破坏;同时严格按设计爆破图表施工,提高了炮孔利用率和光面爆破半孔率,研究取得了良好的爆破效果。     

孔壁压力计算方法的探讨

本文依物理学基本定律对不同装药结构进行分析,给出了耦合装药在冲击荷载超过岩石变形曲线上的临界应力时,按冲击波理论计算孔壁压力;否则,按弹性波理论来计算;不耦合装药时按弹性波理论计算。     

中心内爆引起的圆柱壳流固耦合问题数值模拟

针对中心装药的冲击波加载,研究了椭球封头圆柱壳的流固耦合问题.基于法向位移、速度和力建立流固界面边界条件,采用FVM求解积分ALE型无粘流体力学方程组,采用FEM求解虚功原理,得到内爆流场冲击波和壳体应力波的传播过程.结果表明:我们的方法和计算软件可研究内爆引起的壳体流固耦合问题.尽管壳体结构和装药位置相对简单,但冲击波在壳内传播和内壁面多次反射产生的波系结构相当复杂,压力云图刻画了冲击波演化图像.壳体所受加载特征是:前期表现为冲击波超压,后期表现为冲量,壳体变形依赖冲击波加载历史.封头顶点、封头和侧壁交线以及距中心最近的中环面出现较大等效应力,也是结构易破坏的部位.     

装药爆炸下地下拱形结构变形及破坏特征分析

地下拱形结构侵彻爆炸下涉及许多复杂的物理过程,即装药的爆炸、弹坑的形成、冲击波的传播、应力波在岩石介质中的传播以及岩石与结构的相互作用.为了解决上述复杂问题,利用非线性动力有限元软件LS-DYNA对常规武器侵彻爆炸作用下地下拱形结构的动力响应展开研究.通过数值模拟可较直观地了解应力波的传播过程,及爆炸应力波在拱形结构物中传播及与周围围岩的相互作用.对爆炸应力波作用下拱形结构的变形和破坏特点进行了分析.数值计算结果表明,在爆炸应力波作用下钢筋混凝土结构内侧受反射拉伸波作用产生震塌破坏,加大药量时结构的震塌破坏程度加重,大约在距拱中心线1/4处产生应力集中,形成塑性铰.可为工程设计、改造加固及战时快速抢修提供有益的参考.     

地铁隧道电子雷管爆破降振技术及爆破参数优化研究

文章以北京地铁隧道16号线施工为工程背景,采用电子雷管爆破技术,研究了不同炮孔布置方式及隧道上方土体较厚时爆破振动波的传播规律。研究结果表明：采用三排掏槽孔爆破可以有效的降低爆破振动,并提高单次进尺;隧道埋深较大时,爆破主频较低,信号内小于20Hz的低频能量比例较大。采用电子雷管微差爆破很难提高爆破远区的振动主频,因此必须减小爆破药量和单次进尺以控制振动强度;距隧道掌子面25—30m范围内有建筑物时,必须采用小爆破进尺,单孔装药量最大不超过1.2kg;当建筑物在30m以外时,可以适当增加爆破进尺,以保证隧道的高效和安全施工。研究成果可为类似工程提供有益的参考。     

延长药包不同位置起爆时的应力场

利用红宝石脉冲激光器建立了三维动态散光光弹性爆破模型实验系统,首次对条形药包在一端起爆、两端同时起爆、药柱中点起爆等条件下的爆破模型进行了研究,得到了在同一剖面的4个时刻的动态应力条纹图;对3种爆破模型的动应力场进行了对比分析,并就其爆破效果提出了相应的结论.     

地应力及岩石抗拉强度对双孔爆破的影响

为研究地应力和岩石抗拉强度对爆破效果的影响,本文利用颗粒流程序（PFC2D）开展数值模拟实验,用单孔爆破实验效果验证了模型的合理性。考虑炮孔间的相互影响,从裂纹形态、应力场及能量场三个角度来分析双孔爆破实验结果。结果表明:（1）双孔爆破在地应力为40~60 MPa时裂纹才会受到明显的抑制作用,当地应力小于40 MPa时,随着地应力的提高,平行于炮孔方向的裂纹受到的抑制作用较小,而垂直于炮孔连线方向的裂纹受到抑制作用较大。（2）地应力在0~5 MPa时,摩擦能和动能衰减最严重;地应力在20~40 MPa时,岩体内部应变能峰值最高。（3）抗拉强度每增长10 MPa,裂纹数量会减少约80%,同时,岩石抗拉强度对能量场的影响也较严重。     

障碍物形状对瓦斯爆炸火焰传播过程的影响

为研究障碍物形状对瓦斯爆炸火爆传播过程的影响,利用水平长直爆炸实验管道,研究了圆形、半圆形、十字圆、四孔圆、挡板和网状共6种形状障碍物对火焰传播速度和瓦斯爆炸超压的影响. 结果表明,瓦斯体积分数为8%时,在半圆形障碍物下火焰传播速度最快,火焰加速诱导的较强激波对未燃气体的作用起到了关键作用,其它形状障碍物条件下火焰传播速度较低;瓦斯体积分数为10%时,火焰整体传播速度较低,四孔圆和挡板形状的障碍物下火焰传播速度最小;激波越过障碍物后受到火焰的影响较小,在不同工况下爆炸超压呈现出相似的分布规律.      

多层煤-岩介质中扇形深孔爆破应力场特性

在大量现场实验基础上选择有代表意义的实际工程为背景,利用三维数值模拟方法,建立了较合理的煤--岩介质穿层爆破计算模型,获得不同位置抽放孔有效应力随时间的变化规律,分别探讨了各特定位置有效应力随距离增加而衰减的差异.计算结果表明:在计算模型条件下,复合介质孔口煤层和孔底煤层中爆破击穿范围分别为1.4和1.8 m;孔底由于受应力波的叠加和反射双重作用影响,在相同距离时孔底有效应力平均值较孔口大73%;煤--岩复合介质中煤层爆破效果优于单煤层爆破效果,在同等情况下,复合介质煤层中孔口处有效应力极值较单煤层增加17%～42%,孔底增加6%～24%.     

Blasting practices in a quarry with karstic cavities

The blasting practices in a limestone quarry with karstic cavities have been presented. The existence of karstic cavities in the quarry has reduced blasting efficiency significantly. In order to improve blasting efficiency different blasting strategies (loading holes with ANFO in plastic bag, recording cavity location along the holes and charging the holes according to this information, and modifying blasting pattern according to karstic cavities) had been implemented and the results were evaluated on per ton cost basis. It was concluded that efficient blasting in such aquarries requires determining the size and shape of karstic cavities and based on this information, to modify the blast pattern and charge the holes. The suggested method is to record the cavity along the drill hole and to generate 3D model of cavities. By doing this, the production cost in the limestone quarry has decreased from 0.407 $/t to 0.354 $/t.     

水下深孔爆破岩石裂纹扩展及损伤规律

由于水下环境的隐蔽性，水下爆破效果及其对周围的影响具有不可预见性。基于LS-DYNA数值模拟，分析了单孔水下爆破对岩体的损伤及上部水体的影响、不同起爆位置与多孔爆破对围岩的损伤规律。结果表明:水下单孔柱状装药爆破时，炮孔破坏范围主要沿孔径方向扩展，底部出现两条明显的“八字形”损伤裂纹；炮孔底部起爆、炮孔装药中点起爆、炮孔装药段两三分之一点起爆，三种起爆方式对围岩的损伤形态基本一致，但底部起爆模式下，底部的“八字形”裂纹开口更大、长度更长。炮孔装药中点起爆时，炮孔底部岩石损伤的深度最大、底部起爆时最小。底部起爆对上部水体的压力峰值最大，中点起爆压力峰值最小；多炮孔起爆下岩石损伤形态相似，损伤范围随着炮孔数目的增加而横向扩展，爆炸区域下方两边角处的横向、纵向裂纹，随爆破孔数的增加而继续向外扩展。研究成果对于水下深孔爆破围岩损伤规律的研究具有一定的指导作用。     

机械波的多普勒频移公式中两个典型问题

本文从一般情形下的多普勒频移公式出发。提出了到目前为止尚无文献提及的相位时空线的概念;运用时间-位置图线等概念分析了机械波频移公式中,观测者相对波源以大于波速的速度背离时频率出现负值的问题,以及观测者相对波源运动与波源相对观测者运动频率变换公式不同的问题。