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。     

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.     

提高岩石爆破效果的炮泥塞

本发明涉及一种炮孔爆破的炮泥塞,是关于工程爆破中炮孔堵塞的炮泥塞,尤其是能延长爆破(爆生气体、应力波)作用时间的炮泥塞.     

聚能效应在岩石定向断裂控制爆破中的研究

针对目前石材开采面临的问题，对采用聚能药包岩石定向断裂控制爆破技术时的裂缝(纹)起裂和扩展的机理进行了探讨，同时对该法的爆破参数进行了设计；实验室和现场试验验证结果表明，由聚能射流形成的切缝有明显的定向作用，使爆生气体的能量沿预定方向集中，裂纹的定向断裂控制效果良好，表明该法是一种比较理想的断裂控制爆破技术；研究成果对相关理论研究和现场应用均有一定的指导意义，该法将会成为岩石定向断裂控制爆破发展的一个方向。     

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.     

双孔同时起爆柱状药包爆破岩体损伤效应研究

为了研究双孔同时起爆柱状药包岩体的损伤效应,通过使用PFC软件构建离散元数值模型,基于球状药包和柱状药包爆破破坏过程的理论分析与计算,研究了双孔柱状药包岩石爆破损伤特性。研究结果表明：炸药爆炸应力波在自由面的俯视平面上的传播过程接近圆形扩散,药柱上端岩体在径向压缩波的作用下发生断裂破碎,自由面处形成鼓包并逐渐从原岩开始剥离;柱状药包的爆破漏斗形成过程与球状药包类似,包括爆炸应力波的破岩过程、爆生气体驱裂过程和碎岩在爆生气体作用下抛掷运动过程;双孔同时起爆应力波存在“干涉效应”,且爆破损伤区域呈“蝴蝶”状分布。     

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。     

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.     

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.     

光面护壁爆破的护壁效果及作用机理探讨

试验研究了光面护壁爆破的护壁效果,论述了护壁爆破的作用机理.采用智能声波检测仪测试爆破前后岩体的超声波速度,从而评价光面护壁爆破与普通光面爆破在相同条件下的爆破效果,结果发现护壁爆破声波平均降低率1.45%,普通光面爆破平均降低4.83%,普通光面爆破是光面护壁爆破的3倍以上,显示出光面护壁爆破避免岩体损伤的优越性.分析认为:在冲击波和爆生气体准静压作用下,光面护壁爆破在产生定向爆裂岩石的同时,保留部分岩体得到药包外壳半圆管的保护,从而避免爆破损伤.在龙16号油气井钻前场地施工工程中应用,岩体损伤小,护壁效果好.     

地铁爆破振动对周边建筑物及燃气管的影响

通过爆破振动监测,研究城市地铁爆破过程中,不同弹药量对建筑物振动的影响,爆破开挖时间变化与建筑物竖向位移和裂缝宽度的变化情况,以及不同爆源深度对燃气管振动的影响.研究结果表明:建筑物竖向振动速度随着弹药量增加而增大,建筑物竖向位移和裂缝宽度随着爆破开挖时间的推进而不断增大,燃气管振动速度随着爆源深度的加深而逐渐减小.减振孔隔振实验表明,燃气管振动速度会随着减振孔深度的增加而减小,减振孔的减振效果明显.     

切槽爆破断裂应力强度因子及其装药量的确定

本文首先用脆性介质宏观断裂力学理论讨论了Ｖ型对称双切槽炮孔爆破的断裂机理，确定出切槽尖端介质中的断裂韧度和抗压、抗拉强度，导出使岩石沿切槽方向理想断裂所需的爆生气体作用于孔壁的最小压力和允许的爆生气体作用于孔壁的最大压力，从而提出切糟爆破炮孔装药量的合理范围。     

爆破粉尘颗粒物运动过程的力学分析

以单孔爆破为例，研究柱装炸药爆破时产生的粉尘颗粒物和爆生气体的相对运动过程，分别在冲击运动阶段、蘑菇云形成阶段和扩散运动阶段对粉尘颗粒物进行受力分析，讨论爆破方式及水平风场对运动过程的影响，并在此基础上分别建立爆破粉尘在铅直方向、水平风向和水平横风向的动量运动方程。     

反向起爆破碎效果优于正向起爆的机理探讨

通过分析反向起爆和正向起爆,应力的强度分布、岩石的质点运动、裂缝的形成方向和扩展速度以及爆生气体对裂缝的扩展作用等,得出,反向起爆之所以能提高岩石破碎效果,是因为其应力波的传播方向、裂缝的形成方向和质点的运动方向更有利于岩石的破碎     

平巷掘进光面爆破参数优化试验研究

1 光爆参数的近似计算公式本文采用理论与现场试验相结合的方法,对平巷掘进光面爆破参数优化的问题进行了研究,通过理论分析,建立了光爆参数的近似计算公式;提出了用模糊综合评判对平巷掘进光爆参数进行优化的新方法,确定出了正交设计试验方案中的最优光爆参数。本文以光面爆破贯穿裂缝的形成是应力波和爆生气体共同作用的理论为基础,通过理论分析,建立的光爆参数近似计算公式如下:     

岩体爆炸动态损伤与断裂计算

给出一种应变波作用下岩体损伤累积的计算方法，并将爆破过程中应变波的动作用和爆生气体的准静态作用结合起来，提出新的爆炸断裂计算方法，同时也揭示了应为波预载荷作用的力学本质．     

露天矿爆破扬尘规律及水炮泥配比优化

为简单有效解决露天矿台阶爆破产生的粉尘污染问题,解决目前大多数露天矿台阶爆破水炮泥使用效率不够理想的现状,研究爆破扬尘机理和水炮泥-固体炮泥最佳配比.以抚顺露天矿台阶爆破为工程背景,运用气固两相流及爆炸力学理论,采用Fluent软件数值模拟与现场测试相结合的方法,实现对爆破扬尘污染的实时模拟.研究结果表明:冲击运动阶段及蘑菇云形成阶段,爆生气体急速膨胀,大量的粉尘在爆破冲击动能的作用下,冲入开放的大气空间,随后扩散阶段,粉尘在无风条件下运移速度很低.粒径60~100μm的粉尘沉降缓慢,粒径在40μm以下粉尘由于受风流扰动强烈,自然沉降困难.推导出水炮泥-固体炮泥配比公式,既满足爆破效果的要求,又达到良好的降尘效果.     

高压水射流螺旋式切槽辅助松动爆破模型

基于水射流独特的切割优势提出了高压水射流螺旋式切槽辅助松动爆破的新方法,实验研究了高压水射流切割煤岩体所形成缝槽的断口形貌并建立了其几何模型.在此基础上,基于断裂力学理论同时结合Westergaard方法,确定了复变函数,进而推导出爆生气体准静态作用下射流螺旋切槽孔的应力场公式,得到了射流螺旋切槽孔缝槽尖端应力强度因子计算公式,并分析了高压水射流切槽辅助松动爆破松动效应.最后,采用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件对该模型进行了验证,结果符合较好.     

深孔水压爆破的数值模拟研究

利用LS-DYNA对深孔水压爆破过程进行了数值模拟,比较了水介质不耦合的深孔正反起爆以及不同炸药等因素对岩石作用效果的影响。结果表明,反向起爆的深孔爆破效果优于正向起爆,有利于自由面附近岩石的破碎,并且延长爆生气体压力作用时间约10%;梯-黑炸药对岩石同一位置质点的径向位移比TNT高出11%,炸药的能量越高,对岩石的破碎效果也越好。     

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。