角柱形垂直掏槽爆破参数研究

针对角柱形掏槽孔网参数确定问题,依据前人研究,总结推导了岩体爆破作用下粉碎区半径Rp和裂隙区半径Rf的计算模型,量化了爆炸应力波和爆生气体对岩体破碎的影响,并根据Rp和Rf的结果结合碎胀空间效应构建了角柱形掏槽孔网参数的计算模型。结合现场实际情况,可得爆炸应力波产生的粉碎区半径R1=50 mm,裂隙区半径R2=550 mm,爆生气体二次破碎产生的粉碎区半径l c=16 mm,裂隙区半径l g=420 mm;从而得到Rp=66 mm、Rf=970 mm结合碎胀空间效应,可知装药孔和空孔距离L和装药孔间距L_(1)满足66 mm<L<L_(1)<160 mm,依据现场实际取L=0.1 m、L_(1)=0.15 m;对该掏槽方案建立数值模型进行计算,模拟结果表明裂隙区裂纹平均长度为1069.4 mm,与Rf=970 mm相比误差为99.7 mm,粉碎区槽腔破碎的平均长度为67.1 mm,与Rp=66 mm相比误差仅为1.1 mm,再对该掏槽方案进行多次现场巷道掘进试验,试验结果表明炮孔利用率可由原先的80%提高至93%以上,验证了模型的有效性。

动载下磁铁矿石的动力学特性及破坏模式分析

针对磁铁矿石在采选和破碎过程中耗能巨大的问题,借助分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,对磁铁矿石进行不同应变率条件下的冲击压缩试验,分析磁铁矿石的动态力学特性及其破坏过程中的能量耗散特征,并借助ANSYS/LS-DYNA软件模拟试样完整动态破坏过程。研究结果表明:磁铁矿石试样的动态抗压强度具有显著的应变率相关性,应变率从43.94~147.75 s^(-1),其动态抗压强度从126.77 MPa提高到220.62 MPa。能量传递规律分析表明,随着入射能的增大,反射能增长趋势增大,最大占比约占总入射能的22%;而透射能增长趋势减小,且透射能占比从低入射能下的78%降低至高入射能下的38%,用于试件破碎的耗散能量逐步增多,与入射能呈线性关系。其破坏模式从中低应变率下的劈裂破坏转为高应变率下的压碎破坏,从破碎尺度来看,中低应变率下碎块多为大块状,而高应变率下碎块尺度较小且多呈细粒状及针状。数值仿真计算表明试件最开始发生破坏是由试件入射杆端面的“十字”反射拉伸波引起的。研究结果可为判断磁铁矿石动力破碎的难易程度以及提高冲击破岩效率提供参考。

复杂环境下隧道楔形掏槽合理延期时间优化研究

为探究楔形掏槽不同延期起爆时间对地表振动影响规律,采用基于ANSYS/LS-DYNA的流固耦合算法对楔形掏槽爆破参数进行优化,分析掏槽孔微差爆破对掏槽区域破碎效果的影响与地表振速响应规律。研究结果表明:掏槽区域岩石爆破效果受延期时间影响较大且存在1个阈值,延期时间超过5 ms后自由面方向的掏槽区域内岩石破碎程度未贯通。同时,相较于同时起爆,隧道地表监测点在不同微差时间下降振率变化范围为14%~68%,变化速率呈先快后慢的趋势。而边墙与底板测点降振率受微差时间影响较小。在满足爆破效果的基础上,选择产生最小振动峰值的延期时间5 ms进行现场试验,现场实测峰值与数值模拟得出结果误差在10.32%,说明利用数值模拟的方法研究爆破振动是合理可行的。研究结果可为相关隧道掏槽孔爆破延期时间选择提供依据和参考。

围压作用下伟晶辉长岩的能量特性及破坏模式分析

为探究围压条件下伟晶辉长岩的能量释放与破坏模式的关系,利用霍普金森压杆和LS-DYNA数值模拟软件对伟晶辉长岩开展了不同围压和不同冲击速度下的动态力学性能测试,分析其在不同围压和应变率下的能量释放特征及破坏规律。结果表明:高围压下,试样无明显塑性变形阶段,且围压状态对高应变率下的动态抗压强度有抑制作用,当冲击气压高于0.4 MPa时,动态抗压强度的增长趋势放缓;应变率和围压对伟晶辉长岩的能量与破坏模式有显著影响。随着围压的升高,试样的反射能占比增大,而透射能占比减小;能耗密度随应变率的增加而增大,当应变率为95 s^(-1)时(对应的冲击气压为0.4 MPa)出现拐点,同时高围压下的能耗密度大于低围压下的能耗密度。对于处于围压下的试样,其破坏断面多带有一定的角度,通过LS-DYNA有限元软件模拟了试样在围压下的动态破坏过程,发现中低围压下试样多呈剪切破坏,而高围压下试样有多条剪切裂纹发育贯通,呈复合破坏模式。

基于SPH粒子法的盲天井掏槽爆破数值模拟

针对上向盲天井掏槽孔爆破效果,运用补偿系数法对周边大空孔孔间距进行计算并进行方案制定,利用光滑粒子流体动力学方法(SPH粒子法)进行数值模拟计算,开展盲天井掏槽爆破周边空孔作用以及补偿系数对爆腔及岩石损伤范围影响研究。研究结果表明:在孔间距一定时,爆腔面积随补偿系数增大呈增加趋势;当补偿系数达到2.42时爆破效果最佳且达到峰值0.54 m^(2),而后爆破效果作用达到极限,爆腔面积变化趋于稳定;岩石损伤范围因炸药作用效果有限,总体变化范围在10%以内;模拟过程中SPH粒子能良好地模拟出爆破过程中岩石运动状态、空孔填充情况以及岩石损伤范围。所得模拟结果与现场试验爆腔断面面积吻合度高,说明数值模拟计算具有一定的准确性。

动载下结晶灰岩动力学性能研究

针对保留围岩在爆炸荷载下的稳定性问题,基于SHPB、二波分析和分形理论等,对不同应变率加载下云南某矿区结晶灰岩的应力-应变曲线、破碎形态、分型维数及能量耗散特性开展相关研究。试验结果表明:应变率为49.64s^(-1)时,岩石试件破坏模式主要为轴向劈裂破坏;应变率为87.05s^(-1)时的破坏模式为劈裂-剪切组合破坏;在动态抗压强度方面,随着应变率的增加岩石的动态抗压强度与之呈明显的线性正相关关系,与静态抗压强度相比,动态强度增长因子由1.19增长至2.86;随着应变率增加,分形维数表现出逐渐增大的规律,应变率在30.37~138.18s^(-1)时,Df值从1.96增加至2.23,但随着应变率的增加Df最终趋于某一阈值;耗能密度随入射能量呈指数增长。研究结果提供了不同应变率冲击荷载下结晶灰岩的动态破碎和耗能规律,为此类矿区安全高效的爆破施工及类似工程设计提供依据。

基于岩石爆破损伤的合理炮孔参数研究

为改善某工程巷道掘进爆破效果,通过理论计算及LS-DYNA数值模拟方法对现有爆破方案中的关键参数进行优化,分别构建了三组掏槽与光面爆破的模型,提取代表损伤的因子D,并基于此分析爆破效果。结果表明:双空孔可为掏槽孔间产生连贯空腔提供良好条件;对比掏槽孔间距为20、30、40 cm时掏槽爆破效果,发现间距为30 cm时能形成最大空腔且贯通;对比光爆孔间距分别为30、40、50 cm时的爆破效果,随着孔间距增加,两孔间的损伤区由贯通转变为不贯通,光爆孔间距为40 cm时可达到最佳爆破效果。将以上结论运用于实际工程,发现爆破效果明显改善,说明将岩石损伤变化规律应用于隧道掘进中炮孔间距改进具有合理性。