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.     

水耦合定向断裂装药结构试验及机理分析

在分析空气介质耦合切缝药包装药结构的基础上,结合含水炮孔爆破技术的成果,提出了一种新的水耦合切缝药包装药结构.在试验室进行了单孔和双孔模型试验,测试了各模型的动态应变值,优化出该装药结构PVC(Polyvinyl chloride)管的最佳缝宽为4 mm.利用射流理论对该装药结构作用下岩石的开裂机理进行了探讨.     

破碎岩层中隧道爆破的装药设计

为了提高破碎岩体中隧道爆破的爆破效率,并做到最大限度降低爆破对隧道围岩的损伤,有效保护隧道围岩稳定性,对破碎岩层中的隧道爆破装药设计进行了研究.分析了炸药品种选择,装药量确定,装药结构,以及周边眼起爆方法及相应的参数计算方法.结果表明,采用低爆速炸药进行爆破,并针对所用炸药品种进行爆破参数确定,采用空气柱间隔装药,周边眼实行隔炮眼分段起爆,并进行相应周边眼参数设计等有利于获得良好的爆破效果.本文方法对加快隧道施工速度,同时降低爆破引起的隧道围岩损伤,有效保护隧道围岩具有参考价值.     

缓冲层介质对切缝药包爆破断裂力学行为影响的研究

为了研究炸药至炮孔壁之间的缓冲层介质对切缝药包爆破断裂力学行为的影响,采用新型数字激光动态焦散线测试系统,开展多组爆破光测实验。借助LS-DYNA数值模拟软件,对比分析炮孔内部压力场的分布规律。研究结果表明:切缝药包能够利用切缝管有效控制爆炸应力场的分布,使能量沿切缝方向集中释放,定向爆破效果显著。与空气相比,水提高了切缝药包对炮孔壁的冲击破坏能力,爆生主裂纹的断裂力学参数增大,表现为更长的扩展距离、更高的运动速度和动态应力强度因子。爆炸冲击波能和爆生气体脉动能是水中主要的能量存在形式,模拟结果显示水比空气具有更好的传压能力,缓冲层内形成更高的压力峰值。     

定向断裂爆破在综放工作面初采切巷的应用

为解决综放工作面初采期上隅角瓦斯超限问题,采用初采切巷深孔爆破强制放顶的方法充填采空区以缩小工作面有效通风断面,以达到改善初采期间工作面通风状态与提高瓦斯排放效率的目的.但是炮孔间距由于受到初采切巷支护结构的限制往往大大超过预裂爆破经验公式确定的上限,造成预裂效果差的后果.为了选择适合现场使用的增加炮孔间距的最佳爆破方法,应用ANSYS/LS-DYNA软件对不耦合装药、V型刻槽和切缝药包3种爆破方式进行数值模拟,结果显示切缝药包爆破在增加炮孔间距和保护岩壁方面有明显优势,并通过模拟确定了切缝药包的最佳开口宽度.最后,通过在阳泉国阳公司K8205工作面进行超前深孔预裂爆破强制放顶的现场应用,比较爆破前、后和割一刀煤后支柱压力的变化情况,验证了良好的预裂爆破效果.      

缓冲层介质对切缝药包爆破断裂力学行为的影响

为了研究炸药至炮孔壁之间的缓冲层介质对切缝药包爆破断裂力学行为的影响,采用新型数字激光动态焦散线测试系统,开展多组爆破光测实验。借助LS-DYNA数值模拟软件,对比分析炮孔内部压力场的分布规律。研究结果表明:切缝药包能够利用切缝管有效控制爆炸应力场的分布,使能量沿切缝方向集中释放,定向爆破效果显著。与空气相比,水提高了切缝药包对炮孔壁的冲击破坏能力,爆生主裂纹的断裂力学参数增大,表现为更长的扩展距离、更高的运动速度和动态应力强度因子。爆炸冲击波能和爆生气体脉动能是水中主要的能量存在形式,模拟结果显示水比空气具有更好的传压能力,缓冲层内形成更高的压力峰值。     

爆破振动对海底隧道覆盖岩石的损伤研究

海底隧道掘进爆破开挖岩石的过程中,爆破振动必然会对隧道覆盖岩石造成损伤和破坏,危及隧道施工安全.阐述了质点峰值振动速度临界值作为爆破围岩损伤的判别标准和作用于炮孔壁上爆炸脉冲荷载计算公式.以青岛胶州湾隧道为背景,采用Abaqus软件,对周边眼爆破振动的覆盖岩石动力响应进行数值模拟,并对计算结果按照最小二乘法进行拟合,得到覆盖岩石质点峰值振动速度衰减公式.按质点峰值振动速度判别标准计算出了周边眼爆破引起的覆盖岩石损伤范围仅为0 358 1 m.研究表明采用低爆速炸药、不耦合间隔装药光面爆破技术, 爆破对海底隧道覆盖岩石损伤范围较小.     

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.     

EPS泡沫在径向不耦合爆破中吸能效应数值仿真

基于大型非线性显式动力有限元程序LS-DYNA对初始密度分别为12.0,21.0,27.0kg.m-3的聚苯乙烯(EPS)泡沫作充填材料的径向不耦合爆破进行数值模拟.分析了在嵌入不同密度EPS泡沫下混凝土爆破中的损伤以及孔壁周围压力、速度和加速度的分布与衰减规律,并与水不耦合以及空气不耦合爆破的数值模拟结果进行了对比,发现EPS泡沫可以有效地吸收爆炸能量,减小孔壁周围混凝土的损伤区范围;其次,EPS泡沫初始密度ρ0对混凝土损伤影响较大,随着ρ0的增大,EPS泡沫吸能减振功效变得相对不明显,通过调整泡沫初始密度或改变装药不耦合系数Kd可取得相近的爆破效果;最后,为了在取得较好爆破效果的同时降低爆破成本建议EPS泡沫填充时Kd取值在2.0以内.     

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。     

多次爆破作用下巷道围岩累积损伤演化与破裂特征

为研究多次爆破作用下巷道围岩累积损伤演化与破裂特征,建立考虑扰动效应的时效损伤本构模型.二次开发扰动效应的时效损伤本构模型,并建立数值模型验证了开发程序的正确性.将本构模型应用于深部巷道多次爆破开挖的数值模拟中,研究围岩累积损伤演化特征与破裂特征.结果表明：地应力对巷道围岩爆破累积损伤有抑制作用,地应力越大,抑制作用越明显;围岩的损伤程度随爆破扰动次数的增加呈现非线性累积特征,围岩损伤范围也随着爆破荷载作用次数的增加而扩大;巷道围岩近区在多次爆破荷载作用下损伤严重,巷道围岩表层出现破裂现象.     

降雨条件下急倾斜煤层开采的仿真分析

基于多孔介质流体力学、高等土力学等理论,考虑降雨对急倾斜煤层开采的影响,建立降雨条件下急倾斜煤层开采的流固耦合模型,采用FLAC3D有限差分软件进行数值模拟。通过数值模拟,对降雨条件下急倾斜煤层顶底板附近雨水渗流以及产生的围岩变形进行深入分析,得出不同开采时步下围岩的位移情况,通过与未降雨时围岩变形的对比,得出降雨入渗导致围岩变形加剧的结论。在此基础上,提出了降雨条件下近地表急倾斜煤层围岩在开采过程中的变形情况,为安全开采与防护提供了理论基础和定理依据。     

四面山砂泥互层隧道爆破参数优化研究

在近水平软硬互层围岩隧道钻爆开挖的过程中,由于水平方向层理、节理、弱面以及软弱夹层的存在,使得光面爆破的轮廓平整度很难得到保证,并导致较为严重的超欠挖现象。以四面山层状围岩隧道为工程依托,基于X射线衍射试验以及室内物理力学试验所获取的砂、泥岩的力学参数,综合考虑微差、孔间距、不耦合系数等因素,采用正交试验制定了砂泥互层围岩隧道爆破模拟方案,并对重庆江习四面山近水平砂泥互层围岩隧道进行了爆破优化数值模拟,得到了层状围岩隧道爆破优化方案,将原爆破方案及优化方案与现场测试结果进行了对比,结果表明模拟结果与现场测试值基本符合．研究成果可在类似隧道爆破施工中推广应用。     

爆破载荷作用下围岩裂隙发展特征试验研究

为研究爆破载荷条件下围岩损伤范围与裂隙扩展行为问题,以云南红河州咪的隧道爆破开挖为背景,通过理论分析与室内模型试验分析方法,以Froude比例法建立爆破载荷作用下裂隙发展试验模型,分析爆破载荷作用下围岩试样的动态力学与裂隙发展趋势.结果表明:通过对空气间隔装药孔壁压力计算得到应力波作用下裂隙范围计算公式,同时基于爆生气...     

急倾斜厚煤层采空区稳定性分析及注浆治理效果评价

以某急倾斜厚煤层采空区为对象.首先,通过数值模拟软件进行空区形成模拟,分析最大主应力与竖向位移特征,结合实测数据评价模拟的符合性.结果表明:空区上覆岩层偏向下山煤柱处、上山煤柱偏向下伏岩层处、上覆岩层与上山煤柱交汇处随着集中应力的减小而初期破坏减弱;空区下伏岩层偏向上山煤柱处、下山煤柱与下伏岩层交汇处、下山煤柱偏向上覆岩层处随着应力的增大而初期破坏增强;地表模拟与实际沉降量高度吻合,可以反映空区围岩实际情况.其次,进行空区煤柱失稳模拟,分析并评价围岩的稳定性.表明空区场地最大剩余沉降量为0.3～0.9 m,能破环建筑地基,空区围岩处于失稳状态.最后,模拟空区注浆充填治理,结合现场监测数据评价治理效果.表明现场与模拟监测点最终竖向位移差值在-2.3～8 mm范围,两者基本一致,注浆治理效果显著.可见注浆充填法能有效治理当地类似急倾斜厚煤层采空区失稳问题.     

顶煤弱化爆破参数的数值分析

为提高坚硬厚煤层放顶煤开采回采率,本研究借助FLAC3D数值分析手段,对采用爆破技术弱化顶煤的参数进行数值模拟,最终获得装药量与煤岩体破坏程度、对钻孔周围介质的扰动频率、在钻孔周围介质中引起的剪应力大小三方面规律,为煤矿现场顶煤弱化爆破参数选择提供依据。     

基于ALE算法的隧道开挖爆破振动特性数值分析

基于ANSYS/LS-DYNA软件,分析隧道开挖过程中爆破振动对围岩及初期支护的影响.为了使数值模拟能够真正反映实际情况,采用更精确合理的爆炸数值计算方法:利用软件内置炸药模块和状态方程模拟爆破荷载的作用,并采用ALE算法模拟炸药与岩石之间的接触关系.在ALE算法中,为防止爆炸过程中网格的过分畸变给结果带来不利影响,将炸药定义成流体.分析结果表明:应力、速度均在爆炸发生的极短时间内达到峰值,而后迅速衰减,10ms后达到稳定状态.上台阶爆破在围岩拱顶处产生的水平振速峰值为下台阶爆破的6倍左右,在拱脚位置约为0.88倍;上台阶爆破在围岩拱顶处产生的竖直振速峰值为下台阶爆破的8倍左右.下台阶爆破在围岩拱顶处产生的应力峰值是上台阶爆破的1/5,在拱脚处相差不大;同一位置,初期支护结构质点振速峰值与单元应力峰值均比围岩大.