径向不耦合装药孔壁冲击压力特性

径向不耦合装药结构广泛应用于实际爆破工程中,为探究径向不耦合装药孔壁冲击压力的变化规律,基于冲击波理论,利用激波管模型对径向不耦合装药条件下孔内波系作用过程进行简化分析。研究了孔内爆炸冲击波在各介质面的冲击压力,获得了径向不耦合装药条件下孔壁初始冲击压力的计算表达式,模拟了径向不耦合装药时冲击波的作用过程。研究结果表明:径向空气层的存在极大削减了爆炸冲击波压力,孔壁峰值压力在不耦合系数1~2时发生指数型衰减,在不耦合系数大于2时,其衰减速度较缓慢。冲击波作用在孔壁处时存在多个波峰,且初始峰值压力最大,后续峰值压力随时间的延长逐渐减小;随着不耦合系数的增大,初始峰值压力逐渐减小且到达峰值压力的出现时间也逐渐延后;不耦合系数越大,多波峰特性越明显,不耦合系数较小时峰值压力较大,会对围岩产生较大的破坏。为减小对围岩的破坏且满足相应的爆破要求,应充分利用不耦合系数较大时的多波峰特性,根据岩石性质选择合理的径向装药系数。

不耦合装药系数对岩体爆破损伤的影响

在爆破工程中,选择合适的装药结构能够有效提高炸药利用率,从而改善爆破效果。基于RHT(Riedel-Hiermaier-Thomamodel)动态响应力学关系,采用ANSYS/LS-DYNA软件研究了偏心不耦合装药条件下不耦合系数K对岩体爆破荷载的影响,以及爆破过程中岩体的损伤情况。通过建立单孔偏心不耦合爆破模型,分析了不耦合系数K为1.0、1.5、2.0、2.5、3.0和3.5条件下的有效应力、振动速度、爆破地震波能量和损伤状况。同时,研究了不同不耦合系数K条件下爆心距(l)与损伤度(D)、质点振动速度(PPV)与爆心距(l),以及振动速度(vpp)与损伤度(D)之间的关系。结果表明:随着不耦合系数K的增大,耦合侧与不耦合侧有效应力和峰值振动速度、地震波峰值能量略微减小;粉碎区和裂隙区范围逐渐减小,且粉碎区损伤半径较裂隙区减小速率更大。岩体损伤程度和质点振动速度(vpp)均随着爆心距的增大而逐渐减小。质点振动速度越大损伤程度也越大,当vpp=50.4 cm/s时,岩体中的损伤变量达到损伤破坏阈值(D=0.19);当vpp>140.6 cm/s时,损伤度D>0.80。

砂质泥岩巷道顶板定向爆破不耦合装药系数优化与应用

聚能爆破技术在沿空留巷工程项目中有着重要的作用,装药结构问题一直是目前讨论的热点及难点。对于目前沿空留巷顶板超前预裂装药长度尚没有明确的指标情况下,以孟津煤矿二_2-11031工作面轨道顺槽为研究背景,提出了等长装药顶板预裂技术,为明确最优装药结构,本文通过LS-DYNA数值模拟软件建立了三维定向聚能爆破模型,改变轴向药柱的长度,以裂纹扩展长度和应力衰减速率为分析指标,通过数值模拟可知,轴向不耦合系数在1.25~1.7之间径向切缝距离约为40 cm,轴向切缝距离约为80 cm,相比轴向不耦合系数在2~3之间,切缝距离分别提高了25%和12.5%;轴向不耦合系数在1.25~3之间,应力衰减速度均小于1,能量利用最为合理;将轴向不耦合系数α=1.25~2的装药结构在孟津煤矿二_2-11031工作面轨道顺槽进行顶板定向爆破实验,对预裂爆破后的两炮孔中线进行钻孔窥视,观察到4种爆破方案,两炮孔之间沿切缝方向裂纹均已经完全贯通,裂纹光滑平整,现场应用效果良好,结合经济性、安全性两方面考虑,不耦合系数α=1.7为最优;研究结果表明等长装药结构可以代替传统的三段式装药结构。研究结果可以为今后类似的项目提供参考。

不耦合装药下岩石爆破块体尺寸的分布特征

通过不同装药结构下立方体红砂岩小型爆破实验,分析了岩石的损伤程度和破坏模式,同时引入三参数极值分布函数量化岩石爆破块体尺寸分布特征。此外,根据岩样R1的爆破实验结果进行了有限元数值模型验证,基于验证的模型展开了岩石单孔爆破损伤破裂行为的模拟,讨论了径向、轴向不耦合系数和耦合介质对岩石破碎效果的影响。结果表明,三参数极值分布函数可以较好地表征岩石爆破后破碎块体尺寸分布特征,块体平均尺寸随着不耦合系数的减小呈线性降低趋势,且破碎块度趋于均匀。通过比较不同耦合介质装药时岩石内部的能量分布特征和破坏体积发现,水作为耦合介质时,爆炸能量的传递效率最高,其次分别是湿砂和干砂,空气的能量传递效率最低。结合等效波阻法计算的理论应力透射系数可以很好地反映不耦合装药时岩石的破碎程度。

偏心不耦合系数对爆破裂隙影响的数值模拟

为了探究偏心不耦合爆破岩石的最优不耦合系数,建立6组单孔二维ANSYS/LS-DYNA模型,分析PK本构岩石在偏心不耦合爆破荷载作用下的损伤效应。结果表明:①随着偏心不耦合系数的增加,不耦合侧破碎区半径呈现先显著减小再缓慢减小的趋势,而耦合侧为先快速增大再缓慢减小;不耦合侧裂隙延伸长度呈现先略减小而后缓慢增加最后显著降低的趋势,耦合侧则基本不变;不耦合侧爆心距20 cm处质点振动峰值速度呈显著增加趋势;②当不耦合系数不变时,岩石抗压强度越大裂隙延伸长度越长,反之越短。当不耦合系数k=1.7时,不同抗压强度岩石在偏心爆破荷载作用下实现不耦合侧破碎区半径最小而耦合侧较大,不耦合侧裂隙少且耦合侧较发育,有效减小非爆破区岩石爆破效应,为最优偏心不耦合系数。

径向不耦合装药爆压消峰作用及其对岩石破裂范围影响

弄清单孔爆破岩石破裂规律是揭示群孔爆破岩石破碎机理的基础。从理论上阐明了单孔爆破岩石破裂机理,采用高能爆轰炸药模型和混凝土损伤模型,分别模拟了空气与水不耦合装药下单孔爆破的应力变化过程、裂纹扩展过程以及不耦合系数为1.0~3.5时岩石粉碎区与裂隙区大小;分析了炮孔壁上爆破压力峰值、粉碎区与裂隙区的大小随不耦合系数的变化规律。研究结果表明:由于不同介质的影响,空气不耦合装药结构对于爆压的削峰作用约是水不耦合装药结构的2倍;当不耦合系数介于1.0~3.5时(药卷直径不变),空气不耦合装药下粉碎区直径介于4.44~1.59倍炮孔直径,裂隙区直径介于22.5~7.62倍炮孔直径;水不耦合装药下粉碎区直径介于4.44~2.74倍炮孔直径,裂隙区直径介于22.5~10.67倍炮孔直径。

预应力条件下不耦合装药系数对爆轰聚能效果的数值模拟

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,并通过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,对裂隙区的主裂纹长度有明显的抑制作用。预应力(σ_(x)=σz=14 MPa,σ_(y)=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岩体的应用具有一定的指导意义。

水不耦合径向装药对预裂成缝效果影响分析

为研究空气和水两种介质对预裂爆破的影响,通过LS-DYNA软件,研究不同不耦合系数情况下大理岩HJC本构模型在空气和水介质条件的单孔爆破损伤情况和多孔爆破成缝情况。结果表明:1)不耦合系数相同情况下,水不耦合装药岩石损伤范围会大于空气不耦合装药。随着径向不耦合系数增大,大理岩在空气不耦合装药和水不耦合装药条件下的损伤范围均逐渐减小,这可以有效保护孔壁岩体。2)水不耦合装药与空气不耦合装药的应力传播规律相同,但水不耦合装药相较于空气不耦合装药,对爆炸能量的利用率更高。3)针对岩石条件,得到了最优的爆破参数组,在现场取得较好的预裂爆破效果。

不耦合装药刻痕爆破裂纹的动态力学特征及损伤分形规律实验

为探究不耦合装药刻痕爆破裂纹的动态力学特征和损伤规律,采用动态焦散线实验技术研究不耦合系数R_(d)为1.00、1.33、1.67和2.00时聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的爆炸裂纹扩展的动态力学特征,结合分形维数理论计算爆后损伤变量和分形维数。研究结果表明:R_(d)<1.67时,炮孔周围分区的损伤变量都较大,且在炮孔非刻痕方向形成了较多次生裂纹;R_(d)=1.67时,炮孔左、右裂纹的动态力学行为相似,爆后损伤变量和分形维数最小;随着R_(d)的增大,爆炸主裂纹长度减小,主裂纹扩展的速度、应力强度因子和动态能量释放率减小,但裂纹扩展时间增加,爆生气体的准静态作用延长,爆生气体作用对裂纹的再次激活、起裂、扩展和止裂的动态力学行为影响,在一定程度上实现了动、静作用分离的量化分析;自由边界条件下PMMA不耦合装药刻痕爆破的损伤变量ω与分形维数D关系为ω=0.001 75D^(9.04)。

不耦合系数对CO_(2)相变致裂影响数值模拟及研究

为了提高液态CO_(2)相变致裂的增透效果,探究孔径尺寸对致裂效果的影响,采用LS-DYNA软件对“不耦合装药”结构下CO_(2)致裂效果进行数值模拟,分别得到了不同径向不耦合系数下的损伤分布云图、孔壁压力时程曲线、峰值速度分布图,采用“Logistic”函数对损伤分布进行描述。研究表明,随着不耦合系数的增大,压碎区范围先快速减小后缓慢减小,裂隙区呈先增大后减小的变化趋势,在K=1.46时破坏区范围最大,此时为最优不耦合系数;当K=1.60时,压碎区与裂隙区的过渡特征变得不再明显,破坏区主要由均匀的裂隙区构成;不耦合致裂结构能改变爆生气体应力波加载方式,降低应力波峰值、延长应力波作用时间,从而能有效降低CO_(2)相变致裂的振动效应,径向不耦合系数K=1.60相较K=1.07,振动强度降低2.48倍。现场试验表明:采用K=1.46致裂结构产生较小的压碎区,裂隙扩展区较K=1.07更大,裂纹发育更长,瓦斯体积分数与瓦斯纯流量较致裂前增加了4.28倍、4.89倍,相较K=1.07瓦斯抽采效果更佳。该研究结果可为CO_(2)相变致裂效果提供理论支撑。

轴向不耦合装药爆破下页岩的动态应变分布及损伤分形特征

为研究轴向不耦合装药结构对炸药能量传递和爆破效果的影响,提高炸药能量利用率,增强岩体破碎效果,对页岩爆破进行研究,设置下部装药、中部装药、两端装药和耦合装药4种装药结构,进行爆破模型实验。通过超动态应变测试系统,采用互补集合经验模态分解方法处理试件轴向各测点应变波形,并基于计盒维数理论,计算比较应变变化以及各测点处截面的损伤分形维数,对4种装药结构爆炸能量传播规律进行分析。结果表明:下部装药结构能显著提高炸药能量利用率,延长爆生气体作用时间;下部装药、中部装药和耦合装药结构试件截面的损伤分型维数从上到下先增加后减小,两端装药先减小后增大,其中下部装药结构试件损伤分布最均匀,爆破效果最好。

轴向不耦合装药结构水介质不耦合系数及位置效应分析

为了改善爆破破岩效果,减少爆破的有害效应,并减少岩石大块率的产生,采用ANSYS/LS-DYNA模拟水介质所处的不同位置以及不同不耦合系数对爆破效果的影响,通过优化装药结构以期找到合理的装药结构和较优的不耦合系数。基于显式动力学有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立三维数值计算模型,以爆炸应力云图、峰值拉应力分布为评判依据,对轴向不耦合装药位置、轴向不耦合系数等因素进行了对比分析。研究表明:轴向不耦合装药位置的不同,对最大拉应力值的影响不同,虽然水介质在中部和在顶部的装药结构在孔口段处的最大拉应力值远大于岩石的抗拉强度,但综合考虑孔底岩石所受的损伤效应,得出水介质在两端的装药结构能量分布较为均匀,孔底岩石受的损伤大大减少,减少对未爆岩体的损伤和扰动;以最大拉应力值作为爆破效果的评判标准,在不耦合系数1.3~1.8之间,峰值拉应力存在极大值,即对应一个最优的不耦合系数,同时较耦合装药结构相比,减少了粉层和有毒有害气体的生成。

深部岩石爆破裂纹扩展与不耦合装药系数的关系

通过数值模拟,研究了有无地应力条件下深部岩石爆破过程中裂纹扩展与不耦合装药系数之间的关系。模拟结果表明:初始地应力对爆破裂纹产生和扩展的影响较大;粉碎区半径、裂隙区半径、径向裂纹扩展最大长度以及炮孔孔壁应力峰值均随不耦合装药系数的增大而降低。通过动焦散相似试验,根据不同不耦合系数对应的径向裂纹扩展长度,构建了径向裂纹扩展长度与不耦合系数间的关系式,关系式与试验结果的拟合度达0.974。深部岩体爆破开挖过程中,可根据径向裂纹扩展长度与不耦合系数之间的关系设计爆破参数,以达到高效率爆破开采的目的。研究结果可为矿山深部高效率爆破开采提供一定的参考。

初始地应力下不耦合装药对预裂爆破影响的数值研究

为了研究初始地应力下不耦合装药对预裂爆破的影响,以国内某水电站左右岸坝肩槽边坡开挖为工程背景,通过对多孔不耦合装药爆破数值模型进行模拟,分析不同初始地应力下不耦合系数对岩体爆破的振动效应、岩体破坏形式、损伤范围和预裂缝形成效果。结果表明:垂直主应力不变时随着水平主应力增加,水平方向峰值质点振速(PPV)受到抑制,竖直方向PPV受到促进作用,不耦合系数K对各方向PPV起抑制作用。初始地应力的大小对岩体压碎区的形成无明显影响,对裂纹扩展长度起抑制作用。不耦合系数K增加使得岩体压碎区半径和裂纹扩展平均长度减小。相关研究成果可为类似工程提供借鉴。

不耦合系数对露天矿山光面爆破影响研究

为探究大型露天矿山光面爆破炮孔最佳不耦合系数,利用数值模拟分析软件LS-DYNA建立不同耦合系数数值模型,不耦合系数分别为1.00、1.75、2.33、3.50、7.00,对比分析不同工况保留岩体的破坏程度,从而确定最佳不耦合系数。结果表明,耦合装药时,保留岩体的破坏程度最大;不耦合装药时,随着不耦合系数的增大,保留岩体的破坏程度减小。其中不耦合系数为3.50时,可以有效降低保留岩体的破坏程度,即最佳不耦合系数。通过现场试验,不耦合系数为3.50时爆破效果较好、坡面平整,半孔痕率达90%以上,与数值模拟分析结果吻合。实验结果可为同类工程提供借鉴。

不耦合装药条件下煤层爆破效应数值模拟研究

为了解决露天矿煤层爆破所带来的末煤率高的问题,提高矿山的经济效益,研究了采用不耦合装药代替连续装药结构;通过ANSYS/LS-DYNA软件构建了不耦合系数为1.0、1.2、1.4、1.6、1.8这5个模型进行分析。结果表明:随着不耦合系数的增大,炮孔底部压应力逐渐减小,且减小的速率呈现先增大,后减小,再增大的趋势;采用不耦合装药方法,可解决煤层爆破过度破坏的问题。

关于PVC管径向不耦合预裂装药爆破施工探讨

在现有预裂爆破理论与实践研究基础上,结合相关炸药爆炸动力学和岩石力学分析,从理论上分析计算了PVC管径向不耦合预裂装药在不同装药条件下的参数表达式。根据现场实际条件,对不同装药条件下的径向不耦合系数进行了相关生产性爆破试验。实践证明,采用合适的预裂孔径、孔距搭配合适直径的PVC管进行预裂装药,施工效率、施工质量、施工成本等可以满足在导爆索匮乏的情况下预裂爆破需求。

不同介质不耦合装药爆破试验研究

为了研究不耦合装药介质对爆破效果的影响,采用新型数字激光动态焦散线试验系统,对比水、空气、黄泥3种介质偏心不耦合装药的动态裂纹扩展特征。结果表明:偏心不耦合装药的爆炸冲击波表现出非对称性,冲击波先作用于炮孔偏心侧,后作用于炮孔非偏心侧;水为不耦合装药介质时,主裂纹起裂时间最早,主裂纹尖端应力强度因子峰值最大;在爆生主裂纹扩展峰值速度方面,介质效果水>空气>黄泥。

偏心不耦合装药爆破裂纹扩展实验研究

为了研究偏心不耦合装药结构下爆炸裂纹扩展规律,以有机玻璃板为介质,采用不同装药不耦合系数(分别为1.00、1.29、1.57、1.71、1.86、2.00、2.28)的装药结构进行爆炸实验。实验表明:偏心不耦合装药时炸药爆炸在炮孔周围形成的微裂纹区半径是不均匀的;随着装药不耦合系数的增大,耦合侧和不耦合侧的微裂纹区半径差值是逐渐增大的。在不耦合系数为1.71时,耦合侧最长主裂纹长度、主裂纹总长度、主裂纹平均长度达到最大;同时耦合侧与不耦合侧最长主裂纹长度差值、主裂纹总长度差值及主裂纹平均长度差值也达到最大。该研究为改进和优化偏心不耦合装药结构、降低爆破对围岩损伤破坏具有一定的参考价值。

爆炸挤压成腔中的不耦合效应研究

为研究不耦合装药结构对提高爆炸挤压空腔形成量的影响 ,从不耦合效应机理分析入手 ,得出了最优不耦合系数应使介质中不出现粉碎圈和单位质量炸药成腔量最大 ,进一步推导了最优不耦合系数的理论计算方法 .通过实例分析表明 ,用本文提供的计算方法确定的黏土中爆炸挤压最优不耦合系数在 2 5 4～ 2 71之间 ,与试验中 2 60的最优不耦合系数较吻合 。