黏土类炮孔堵塞材料动态力学特性数值模拟研究

煤矿井下爆破,特别对于高瓦斯矿井厚硬顶板深孔预裂爆破,炮孔封堵是井下爆破的必须手段,一方面能够提高煤矿许用炸药的能量利用率,另一方面能够有效降低炮孔瓦斯积聚。炮孔封堵长度是一个重要的爆破参数设计,封堵过长造成钻孔资源浪费,封堵过短容易冲孔,炮泥在受爆破冲击动载作用下的变形及受力是钻眼爆破的难点。为了探究不同长径比炮孔堵塞的动态力学性能,基于有限元软件进行分离式霍普金森压杆(SHPB)的数值模拟,开展3种不同冲击速度和3种不同长径比下试件变形特征。模拟的结果表明,当冲击速度一定时,黏土试件的最大应力和应变与试件的长径比呈负相关性。当黏土试件的长径比一定时,试件的最大应力和应变与试件的冲击速度呈正相关性。爆破行业发展了这么多年,经历了从无炮孔堵塞到有炮孔堵塞。给予炮孔适当的堵塞后,可使爆生气体在孔内作用的时间延长,显著的增强爆破的效果。相比无炮孔堵塞,设置合理的堵塞材料和长度后,爆破可以变得更加的环保、经济,而且不易发生冲孔现象,增加了爆破的安全性。传统的堵塞材料大致可以分为三大类:固体类封孔材料,胶结体类封孔材料,液体封孔材料。固体类主要包括黏土、砂石、岩粉等。胶结体类主要包括磷石膏、速凝剂等和水混合而成的胶结体。液体类主要包括水袋等。伴随着相关专业学科的不断进步和研究的不断深入,一些相比传统炮孔堵塞材料更加高效便捷的材料相继出现,并很快地运用到现场。上官剑铭,叶亦杰等研制了一种水泥炮加聚氨酯发泡胶的新型堵塞材料,经过试验发现,这种炮孔堵塞物,显著的降低了爆炸产生的高温和尘土,并且在延长爆轰气体作用时间,减少炸药用量,降低爆炸能量的损失方面表现突出。赵晓,姚元涛,孙建锋等研制了一种由细沙、水泥、速凝剂、粉煤灰等材料按一定比例混合再用防潮纸及塑料膜封装的新型快速封堵材料,与传统的封堵材料相比,该新型封堵材料的经济效益突出,并且显著的加快了爆破工程的进度。炮孔堵塞材料的冲击试验相关学者做了很多工作,但是有关数值模拟方面的工作却很少,因此本文对于黏土封堵材料进行数值模拟研究,运用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件进行黏土材料的动力学特性研究。