不同堵塞条件下硬岩隧道直眼掏槽破岩效果数值模拟研究

为研究不同堵塞材料及堵塞长度对硬岩隧道直眼掏槽爆破效果的影响,依托工程实例,采用ANSYS/LS一DYNA仿真模拟软件建立三维数值模型,对5种不同堵塞条件展开研究。根据数值模型计算结果,对掏槽区域爆破裂纹拓展情况进行了定性分析,对典型部位的岩石受力情况进行了定量分析。结果表明:1)自由面岩石主要受拉应力作用产生裂纹,炮孔堵塞使得爆炸荷载整体作用时间延长,致使自由面上裂纹更加密集;2)位于炸药和堵塞材料之间空气段附近的围岩,先受爆炸应力波作用岩石被压碎,后受力在拉压应力之间多次转化,致使裂纹被放大,结合爆生气体发挥的“气楔”作用,使得裂纹几乎贯穿模型截面;3)炮孔堵塞后炸药段周围岩石受到的爆生气体作用应力值显著提升,比不堵塞时的炸药段周围岩石峰值应力高出1.31~2.34倍,炮孔堵塞使得爆生气体持续稳定发挥作用时的压应力值提高3.70~4.70倍;4)以黏土和水作为堵塞材料时,堵塞长度为40cm的直眼掏槽破岩效果优于堵塞长度为60cm的效果。研究成果可为优化硬岩隧道直眼掏槽爆破参数提供理论基础。

大断面隧道直眼掏槽施工技术应用

随着施工市场的不断扩展,传统的人工钻爆已逐渐退出应用市场,凿岩台车开始显露头角。由于传统的斜眼掏槽的钻孔方式对于钻孔角度有高度要求,而目前市场上的凿岩台车在角度的控制上难于精确化控制,因此变更钻孔方案势在必行。本文援引阿联酋铁路隧道工程为例,诠释如何使用直眼掏槽爆破的方式,加快隧道施工进度,减少隧道欠挖现象,为相关工程提供参考。

围压下空孔直径对直眼掏槽爆破振动的影响

为研究围压条件下直眼掏槽爆破振动在不同空孔直径下的变化规律,利用自主设计的大型双榀组合式加载框架及电液伺服加载系统,对边长为600 mm、砂胶比为2∶1的立方体水泥砂浆试块进行双轴等围压加载掏槽爆破模型试验,并通过数值模拟分析进行对比研究。结果表明:施加围压产生初始应力对爆破振动的影响表现为速度时程曲线上的不同步性;掏槽爆破引起的质点振动合速度峰值随着空孔直径的增加呈现先增大后减小的趋势;空孔直径采用1倍和2倍炮孔直径时,低频带能量占比减少,爆破振动信号频带能量有向中高频移动的趋势,可以有效降低直眼掏槽爆破振动效应。

大空孔直眼掏槽有效应力分布规律模拟研究

大空孔直眼掏槽技术常应用于岩巷掘进,为探究掏槽孔与空孔间距对空孔附近有效应力分布规律及掏槽效果的影响,采用数值模拟对不同孔距系数K下的单孔掏槽进行研究,分析了空孔围岩有效应力演化规律及损伤范围,并在单孔掏槽基础上研究了多孔掏槽有效应力的分布规律。研究表明:空孔对应力波具有导向作用,掏槽爆破在爆源与空孔壁的切线方向形成应力集中。当K=1.0~1.6时,单孔掏槽在孔心连线方向形成连续贯通损伤,K越小,空孔壁附近形成裂隙贯通区范围越大,但K过小使掏槽空间过小且钻孔难度也会增大,综合现场情况,建议大空孔直眼掏槽最佳K值为1.3~1.6。多孔掏槽在空孔壁附近的有效应力并非单孔掏槽有效应力的简单叠加,多孔掏槽能够避免低峰值区的出现增强掏槽效果。

爆炸堵孔装置在直眼掏槽中的应用

为了评估爆炸堵孔装置的堵塞效果,将装有导爆索的爆炸堵孔装置放入模拟炮孔中进行爆炸实验,然后通过万能试验机对其进行单轴压缩脱模实验。结果表明:爆炸堵孔装置与孔壁贴合后的抗压强度为26.5~35 MPa,抗剪强度为3.07~3.4 MPa,远大于常规炮泥的抗剪强度(0.09 MPa)。将爆炸堵孔装置用于隧道爆破直眼掏槽眼中,并对原有的孔网参数进行优化,结果显示:在保证掏槽进尺的情况下,掏槽眼孔数相对于优化前减少了35%,而且炮孔的间距也相应增大,有利于降低相邻掏槽孔贯穿的风险,从而有效提高施工效率。因此,将爆炸堵孔装置与炮泥联合使用,可大幅增强炮孔堵塞效果,从而防止爆生气体过早逸出,延长爆生气体在炮孔内的作用时间,进而充分发挥爆生气体的气楔破岩作用,并有效增强爆生气体的抛掷作用,对保证隧道直眼掏槽爆破效果具有重要意义。

直眼掏槽深孔爆破在煤矿中的应用

为有效提升煤矿巷道掘进质量、降低施工材料成本消耗,必须根据工程情况,结合直眼掏槽深孔爆破技术原理,合理布设各个爆破施工工序,提升爆破效果。本文针对案例工程的基本概况进行分析,深入探讨工程直眼掏槽深孔爆破施工作业流程及经济技术指标。

中深孔直眼掏槽爆破工艺在数码电子雷管中的应用

数码电子雷管广泛应用于矿山掘进爆破后,使用楔型掏槽爆破工艺造成掘进成本明显增加。福建煤电股份有限公司试验的圆筒型和矩阵型2种中深孔直眼掏槽爆破工艺优化了掏槽眼布置方式和装药结构,有效提高了单循环进尺,降低了雷管消耗量,特别是圆筒型中深孔直眼掏槽爆破工艺布置优势更明显。中深孔直眼掏槽爆破工艺已成为矿山企业控制掘进成本的1种有效途径。

角柱状筒形直眼掏槽爆破技术应用探索

结合当前数码电子雷管推广应用实际,以翠屏山煤矿角柱状筒形直眼掏槽爆破技术攻关应用为例,对提高循环进尺、降低数码电子雷管单位消耗量、化解数码电子雷管增支因素提出了一些具体的技术措施和施工组织管理办法。

直眼掏槽爆破参数设计探讨

直眼掏槽爆破是巷道掘进深孔爆破中的关键技术,对直眼掏槽爆破几个较为关键的参数设计进行了较为细致的分析和研究,认为起爆微差时间应大于岩石破碎时间和抛体加速时间,且随炮眼深度的增加而增加,这一结论对矿山巷道掏槽爆破掘进有一定的参考价值。

岩巷掘进准直眼掏槽爆破新技术应用实例分析

为了提高岩巷掘进速度,克服直眼掏槽和斜眼掏槽的不足,根据岩石爆破理论,提出一种新的掏槽方法——准直眼掏槽方式。该掏槽方式突破传统掏槽设计,主掏槽眼稍微倾斜(准直眼),槽底炮孔间距较大,次掏槽眼垂直于自由面。与现有掏槽方式相比,该掏槽方式具有以下特点:准直眼孔底间距大,可杜绝穿孔现象;采用合理间隔时间进行分层分次爆破;中心辅助直眼与两侧对称的准直眼互相配合,结合直眼掏槽和斜眼掏槽各自的优点;形式简单,易操作;槽腔大,效率高,成本低。基于爆生气体的准静态理论和岩石力学的极限平衡理论,分析准直眼掏槽槽腔形成过程。为了优化准直眼掏槽参数,进行大量的现场掏槽试验,从而确定不同爆破条件下的准直眼掏槽炮孔的布置方式、深度、倾斜角度、间距、装药量和微差起爆间隔时间等技术参数。施工中采取以长度定角度的方法可满足该掏槽方式对准直眼角度的严格要求。实践表明,在煤矿岩巷掘进中使用准直眼掏槽方式,能够取得良好的爆破效果和显著的技术经济效益。

直眼掏槽爆破效果的影响因素分析

通过力学模型和数值计算 定量分析炮孔深度、孔距、空孔直径等因素对直眼掏槽爆破效果的影响，以及空孔在直眼掏槽中的作用。分析结果表明 在含空孔直眼掏槽爆破中，炮孔深度每增加1m，每装药孔所对应的空孔面积应相应增大3 ％ ～ 6 ％。

岩巷掘进准直眼掏槽爆破模型试验研究

为了更好地应用准直眼掏槽爆破技术,基于相似理论,建立准直眼掏槽模型试验相似准则,进行准直眼掏槽方式的物理模型试验。以主掏槽孔孔口间距、炮孔排距和主掏槽孔倾斜角度为主导因子进行正交试验。极差分析结果表明:对于掏槽深度,主掏槽孔孔口间距的影响最大,主掏槽孔倾斜角度其次,炮孔排距影响最小;对于槽腔体积,主掏槽孔孔口间距影响最大,炮孔排距的影响其次,主掏槽孔倾斜角度影响最小。方差法分析结果表明:主掏槽炮孔孔口间距对掏槽深度有极为显著的影响,主掏槽炮孔倾斜角度有显著影响,而炮孔排距无显著影响;主掏槽炮孔孔口间距、炮孔排距和主掏槽炮孔倾斜角度对槽腔体积均有极为显著的影响。此外,开展主掏槽孔倾斜角度大于85°的模型试验,结果表明:主掏槽孔倾斜角度对准直眼掏槽爆破的影响极为明显。该结果同时也验证准直眼与自由面夹角取值范围的分析。模型试验最优爆破参数为:主掏槽孔孔口间距150 mm,炮孔排距70 mm,主掏槽孔倾斜角度83°。现场应用由该模型方案所转化的现场试验方案,取得良好的爆破效果。

单螺旋空孔直眼掏槽成腔过程数值模拟研究

采用ANSYS三维非线性动力有限元软件,对单螺旋空孔直眼掏槽的爆炸应力波传播规律与成腔过程进行了数值模拟研究,得到了单元有效塑性应变分布图、节点有效速度分布图、节点时间-加速度历程曲线和炸药爆炸体积扩展过程示意图。结果表明,模拟的爆炸应力波是以柱面波形式传递,这与理论上的爆破应力波传递形式相一致,同时还总结出爆破效果与装药孔至空孔的距离相关的结论。整个数值模拟研究实现了掏槽爆破成腔成型过程和压力传播过程的可视化,对预测掏槽爆破效果和优化爆破设计具有积极意义。

直眼掏槽爆破机理若干基本问题的研究

通过模拟实验，讨论直眼掏槽爆破机理，包括空孔、破碎块度、抛掷、炸药单耗等基本问题．通过模拟实验的宏观观测，分析直眼掏槽爆破作用过程，为直眼掏槽物理模型和力学模型的建立以及参数优化奠定理论基础．

分层分段直眼掏槽在石灰岩井筒爆破中的应用研究

主要介绍了复式三角形分层分段直眼掏槽、复式正方形分层分段直眼掏槽以及孔内微差分段直眼掏槽在石灰岩井筒爆破中的对比试验情况。结果表明:复式正方形分层分段掏槽在试验井筒中有最佳的爆破效果,并应用现有岩石动力学的成果分析了这一试验结果的原因。此外,试验还表明最佳的炮孔深度接近于井筒的半径。

城市硬岩隧道减振爆破直眼掏槽技术应用及实践

在城市隧道掘进爆破施工中,掏槽方式的选择,不仅影响掘进速度,同时也影响爆破振动效果。为将青岛地铁一期工程3号线3标段下穿建筑物时爆破振动影响程度降到最低,选取该标段下穿济南军区第一疗养院口腔科医院段作为试验区段,对小直径单中空直孔掏槽、大直径单中空直孔掏槽和大直径双中空直孔掏槽3种掏槽形式的掘进进尺、炮眼利用率和爆破时掌子面正上方地表质点振动速度峰值进行数据统计分析。从中得到以下结论:1)同等条件下,大直径单中空直孔掏槽在炮眼利用率、减振效果方面优于其他2种掏槽形式,采用该掏槽形式,顺利通过了试验区段的施工,且振动速度控制在2 cm/s内;2)直眼掏槽掘进及减振效果与装药眼距中空孔边沿距离l与中空孔孔径ф的比值相关。

空孔直眼掏槽成腔模型理论与实践分析

空孔直眼掏槽是隧道或井巷掘进的主要方法之一。基于典型空孔掏槽炮眼布置,分析了掏槽眼爆破形成空腔的物理力学过程;建立了空腔形成的物理和力学模型;研究了腔内碎石在高压爆生气体作用下的抛射过程;得出了空腔尺寸的理论计算方法。槽腔岩石介质破碎和外端部漏斗形成取决于掏槽眼装药爆炸动作用;碎石的抛出率与炸药性质、岩石性质和爆破参数有关。理论分析与在某矿进行的 48 次试验结果有较好的吻合性。

直眼掏槽的爆破作用及参数计算

论述了分阶分段直眼掏槽爆破机理，提出了分阶分段直跟掏槽爆破装药量的计算依据，并给出相应的计算方法。

三角柱直眼掏槽爆破参数研究

通过对三角柱直眼掏槽爆破进行试验研究 ,认为爆破槽腔的形成过程可分成两个阶段 ,即岩石破坏阶段和破碎岩石抛出阶段 ;进而 ,依照岩石压缩破坏与剪切破坏的力学准则 ,导出三角柱直眼掏槽炮眼间距与装药系数的计算式 ;根据计算结果 ,在井下巷道工程实际应用中进行对比 ,证实了它的可靠性。

直眼掏槽效率敏感因子的理论与试验分析

建立了典型空孔直眼掏槽的力学模型,从理论上得出了影响空孔直眼掏槽效率的影响因子为岩石的抗拉强度、抗压强度、岩石初始密度、岩石中纵波的传播速度、炸药的性质、空孔半径、空孔到掏槽孔的距离、崩落孔与掏槽孔的起爆时差;选择了其中对工程有实际意义的4个参数进行27次正交试验.结果表明:影响掏槽效率的可调因子的敏感性从强到弱依次为空孔半径、起爆时差、炸药种类、崩落孔到掏槽孔的距离.