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.      

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。     

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...     

空气不耦合装药爆破孔壁冲击压力分析

从理论上分析探讨了炮孔空气不耦合装药爆破时孔壁初始冲击压力的计算方法。研究结果表明：一方面炮孔空气不耦合装药爆破降低了孔壁初始冲击压力，且当岩石条件一定时，孔壁冲击压力值随着装药不耦合系数值的增大而呈指数规律衰减；另一方面类似于炮孔耦合装药，不耦合装药爆破同样存在着较坚硬致密的高阻抗岩石，孔壁冲击压力值较高，较松散软弱的低阻抗岩石，孔壁冲击压力值较低。同时求解出了利于光面爆破的孔壁岩石不被冲击压坏的最小装药不耦合系数。     

装药位置的光面爆破效果模拟试验研究

为了寻求合理的光面爆破装药结构,本文在对现行光面爆破装药结构评述的基础上,以破裂面的凹凸量、有害破坏程度、半眼痕完整率和爆破块度为指标对装药位置的光面爆破装药结构进行了模拟试验。研究结果表明,当炮孔底部和上部留有一定长度空气柱时,光面爆破效果最佳,并对该装药爆破机理进行了初步探讨。     

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。     

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.     

光面爆破参数的理论分析

本文依据光面爆破成缝理论和以降低围岩破坏为目的，从理论上分析了光面爆破时诸如装药不偶合系数、空气柱长度、装药集中度、炮孔间距和光煤层最小抵抗线等参数的计算方法。     

大型地下洞室开挖爆破破坏影响范围

大型地下洞室爆破开挖通常需要考虑岩体完整程度的影响。以位于四川和云南交界的金沙江上的溪洛渡水电站特大断面地下主厂房浅孔台阶开挖爆破工程为研究背景,提出考虑初始损伤影响的岩石爆破损伤模型以及和初始损伤相关且可用于确定爆破破坏影响范围的判据。建立初始损伤和岩体完整性指数之间的关系式,使得提出的本构模型能考虑岩体完整程度的影响。通过编程将提出的本构模型应用到FLAC3D软件中,进行爆破数值模拟。首先分析岩石爆破破坏影响范围特性,然后以爆破破坏最大水平半径作为爆破破坏影响范围的特征参数,分析爆破破坏最大水平半径和岩石初始损伤、单段爆破药量以及爆破质点峰值振动速度之间的关系,得到不同初始损伤条件下爆破破坏对应的临界振动速度和安全允许炸药量。最后利用现场爆破试验、钻孔声波测试和质点峰值振动速度测试的结果验证数值模拟结果的合理性。研究结果表明:对于浅孔台阶爆破,水平径向爆破破坏影响范围随孔深的减小而增加,并在顶部平面达到最大值。该破坏边缘质点的峰值振动速度可作为爆破施工监测的安全判据。岩石初始损伤越大,初始损伤对爆破破坏最大水平半径的影响越显著。数值计算结果和现场试验结果较吻合。     

层状复合岩体路堑开挖中预裂爆破技术实验

层状复合岩体中岩层性质的差异常常导致预裂爆破效果不理想。利用超动态应变测试系统对复合岩体预裂爆破装药量、装药结构等影响因素进行了实验研究，并通过超声波仪对爆破后保留区的岩体进行了损伤检测。其结果指出在层状复合岩体中进行预裂爆破时须采用不耦合分层装药，并采用不同的线装药密度是符合实际的，对工程应用有指导意义。     

中等砂化白云岩小断面隧洞控制爆破技术： 以滇中引水工程玉溪段隧洞为例

白云岩砂化是白云岩分布区一种特殊的岩溶地质现象,中等砂化白云岩岩体呈块状破碎结构,爆破以及超欠挖控制难度很大。为降低施工风险,减少超挖超耗,依托滇中引水工程扯那苴隧洞前段,开展了中等砂化白云岩小断面隧洞控制爆破参数优化研究。采用LS-DYNA软件,建立了砂化白云岩周边孔爆破模型,研究了不同光面爆破参数对岩体爆破裂纹扩展的影响,通过不同工况下的对比研究,提出了适用于中等砂化白云岩的光面爆破设计参数的合理取值范围。结果表明：周边孔间距取30～70 cm、径向不耦合系数小于2.6、最小抵抗线距离取30～60 cm、周边孔密集系数介于0.6～1.3时,爆破效果良好。在此基础上,总结形成了相应的控制爆破技术,施工效果与数值模拟结果吻合较好。     

预应力条件下不耦合装药系数对爆轰聚能效果的数值研究

为探究不耦合装药系数在预应力条件下对爆轰聚能药包破岩效果的影响,基于ANSYS/LS-DYNA有限元软件,开展了预应力、不耦合装药系数以及起爆方式耦合作用下爆破效果的数值研究,并通炮孔内壁峰值压力的监测分析了药包的破岩能力。计算结果表明:预应力对爆炸产生的破碎区影响较小,而对裂隙区的主裂纹长度有明显的抑制作用。预应力（σx=σz=14 MPa、σy=7 MPa）条件下,随着不耦合装药系数的增加孔壁峰值压力呈现逐渐降低趋势,爆轰聚能药包聚能侧爆压提升能力呈现先降低后升高的趋势,耦合装药时爆轰聚能药包聚能侧爆压提升26.3%,不耦合装药系数K=1.6时聚能侧爆压提升22.1%;爆轰聚能药包与中心点起爆药包相比,孔壁聚能侧峰值压力提升11.9%,损伤面积提升15.1%,有明显的定向作用。研究结果对爆轰聚能爆破技术在深部高地应力的应用具有一定的指导意义。     

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.     

基于Surpac软件的露天铁矿爆破数值模拟设计

采用矿业工程软件surpac对鞍钢集团齐大山铁矿进行爆破数值模拟设计。根据岩体矿石参数,确定爆破分区、爆破孔网设计参数、爆破孔装药结构。动画模拟爆破方式,计算爆破矿、岩量,预测爆破影响范围及相关数据。     

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.     

炮孔水耦合装药爆破破岩机理研究

根据爆炸相似律和水中冲击波的基本方程探讨了炮孔水耦合装药结构的孔壁压力;建立了爆炸载荷作用下岩石的动态应力场,据此从理论上求出了炮孔水耦合装药爆破时裂隙区半径、粉碎区半径和光面爆破或其它成型控制爆破的最佳装药不耦合系数;最后,通过工程实践进行验证.     

不耦合装药降低油母页岩尾矿率的爆破技术试验

为研究不耦合装药对油母页岩尾矿率的影响,以抚顺东露天矿为研究对象,通过理论分析,得到合理的不耦合装药方案.利用KUS模型进行模型建立、采用数值模拟软件ANSYS/LS-DYNA对理论分析的结论进行模拟,得到炸药爆炸过程中产生的最大拉应力.数值模拟的结果表明:同时采用轴向(上、下部联合使用空气间隔)和径向完全不耦合装药,能够得到较好的爆破效果,并且避免根底的出现.为验证理论分析和数值模拟的合理性,在抚顺东露天矿进行了现场试验,试验结果表明:采用不耦合装药可以达到降低尾矿率的目的.     

极薄煤层长钻孔松动爆破的数值模拟及应用

为了使长钻孔爆破能够松动大面积煤岩体,提高采煤效率,以安泰煤矿极薄硬质煤层为研究对象,利用ANASYS/LS-DYNA程序算法原理对爆炸后应力波的传播过程进行数值模拟,得到既能达到松动效果又不大面积损坏上覆岩的不耦合系数,以及装药孔壁径向初始应力峰值,通过理论计算得出其他爆破参数。实践证明：应用该方法能有效提高采煤效率,现场松动爆破后,月产煤量由原来的900 t提高到1 840 t。     

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。