孔内空气间隔对有/无金属罩聚能装药定向侵彻效果的影响

为了探究孔内径向空气间隔对有/无金属罩聚能装药定向侵彻效果和炸药爆轰能量传递过程的影响,采用ANSYS/LS-DYNA软件,开展孔内装药空气间隔为6,8,10,12,14 cm时的数值模拟研究,分析了聚能装药中有药型罩形成EFP和无药型罩形成聚能气流的能量集中释放过程,以及对孔壁的定向侵彻深度。结果表明空气间隔小于10 cm时,聚能气流对孔壁的侵彻深度相对于EFP平均侵深分别提高了53%(6 cm)和29%(8 cm)。空气间隔大于10 cm时,EFP平均侵彻深度相比于聚能气流均增加了26%(12 cm和14 cm)。计算聚能轴线上EFP和聚能气流单位面积通过孔壁的动能,发现空气间隔较小时,聚能气流在空气中衰减耗散的能量小于EFP塑性变形耗能,此时聚能气流对孔壁的侵彻效果较优;空气间隔较大时,爆轰产物空间膨胀造成聚能气流轴线处的密度和动能显著降低,而EFP由于具有高密度和不可压缩性,能量分散小,动能衰减缓慢,此时EFP对孔壁的侵彻效果优于聚能气流。

不耦合空气间隔装药结构爆破机理分析

空气间隔装药爆破广泛应用于隧道掘进开挖,其中不耦合系数是保证光面爆破效果的关键因素。QBT工程现场仅有Φ32 mm直径的药卷,为改善爆破效果,采用LS-DYNA程序对轴向不耦合系数Kl进行数值研究,分析了轴向不耦合系数Kl取2.41、3.22、4.83时炮孔壁应力场、速度场及损伤特性,与光面爆破小直径药卷(Φ25 mm)连续装药结构进行对比,揭示轴向不耦合系数对爆破效果的影响,得到最优取值。结果表明:有效应力峰值与轴向不耦合系数成反比,应力衰减程度与轴向不耦合系数成正比;质点峰值速度下降率为64%~82%,有效降低了爆破振动,轴向不耦合系数越大,控制振动水平能力越强,但由于岩石损伤程度分布发育不充分,在孔口处可能存在挂门帘现象。

露天矿山空气间隔装药爆破技术优化与应用实践

随着国家基础设施建设日趋完善,诸多爆破作业单位面临被市场淘汰的严峻危机,而露天矿山爆破工程以其相对稳定的业务量和可观的市场规模,成为了行业的优质业务,因此现阶段改进爆破技术,降低爆破成本,提高自身综合竞争力,是爆破作业单位走向高质量发展的必由之路。笔者探讨了空气间隔装药技术在露天矿山爆破中的实际应用案例,探究了以PVC管为空气间隔器的优化方法在露天矿山空气间隔装药爆破作业中的应用,旨在探究这一创新方法是否能有效提高爆破作业效率,改善爆破效果,并降低爆破综合成本。

间隔装药的殉爆起爆技术在露天矿山爆破中的应用

为了降低西沟露天石料厂的采石爆破成本,提高经济效益;应用空气袋间隔装药装置技术进行了150 mm炮孔和100 mm炮孔的爆破实验对比,同时进行了露天炮孔孔内反向和正向起爆殉爆试验对比。结果表明:采用炮孔中部空气袋间隔装置的露天矿台阶爆破,电子雷管起爆一端装药之后再利用其爆轰波殉爆起爆另一端装药,孔径大的炮孔比孔径小的炮孔殉爆起爆的爆破效果好;采用殉爆起爆技术后,做到了节能减排和提效;反向起爆爆破法与正向起爆爆破法相比,爆破效果更好。

深孔轴向多段间隔装药孔壁冲击压力分布

为确定地下垂直长深孔爆破时合理的空气间隔长度,基于爆轰波理论,分析了多段间隔装药爆破条件下孔壁冲击压力随间隔长度变化的内在分布规律函数;依据Mises准则,得出了不同岩性时合理的间隔长度参考值,并通过数值模拟和现场爆破试验进行了验证。结果表明,空气间隔段孔壁冲击压力沿炮孔轴线从两端向中间骤降,但在中点周围略微增大,压力曲线呈两端大、中间小、中点周围略微凸起的“W”形对称分布。

孔底空气间隔装药增强破碎作用研究

为研究孔底空气间隔装药增强破碎作用,基于激波管原理以及应力波在不同介质的反射与透射理论,对孔底空气间隔装药结构对应5个反射与透射面上应力波的传播作用过程进行了详细分析。采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,对连续装药结构以及不同空气层比例的孔底空气间隔装药结构进行数值模拟分析,数值模拟结果与理论分析相符。以孔底岩石能够出现明显的多个加载卸载过程以及岩体损伤范围能够覆盖整个空气间隔段作为判断依据,孔底空气间隔装药结构的最佳空气层比例为20%~30%。对不同空气层比例的现场钢管模拟试验结果表明:空气层比例为20%~30%的孔底空气间隔装药结构爆破效果最佳,出现明显钢管鼓包现象、爆后钢管残留率小、0~20 cm深度的岩体爆破损伤最大。

中部空气间隔不同比例装药对炮孔孔壁受力及碎石块度的影响

为分析装药中部不同空气间隔位置对炮孔孔壁受力的影响,以Starfield迭加法为基础,得出中部空气间隔装药爆破时整段孔壁上的冲击压力计算公式。在ANSYS-DYNA中建立多组不同中部空气间隔位置的计算模型,对孔壁及周围岩体的受力和损伤度进行分析。最后,进行现场爆破实验,使用WipFrag软件对碎石块度分布的变化规律进行分析。结果表明:中部空气间隔装药爆破时,孔壁压力整体呈现两端大、中间小的分布特征,装药段孔壁受到的冲击压力达到最大,冲击波以8字型向炮孔周围传播。当空气间隔位置在装药段中点时,上、下段药柱周围岩体受力大致相等,碎石块度相对均匀。因此,垂直台阶进行露天爆破开采时,为降低大块和粉料的产生率,空气柱上、下段可进行等比例装药,倾斜边坡可以适当向上调整空气间隔位置。

炮孔底部空气间隔装药结构爆破理论与模型试验

从理论和试验角度对轴向不耦合孔底装药结构改善爆破效果进行研究,并介绍了孔底空气间隔装药结构爆破理论。

孔底间隔装药孔壁冲击压力特性

在良好破碎效果的前提下,通过降低孔底冲击波峰值压力来减小上向扇形深孔孔底以上岩体振动,是降低振动保护上部建筑的有效措施。为确定合理的孔底空气柱长度,采用理论研究和现场爆破试验相结合的方法,研究了孔底空气不耦合装药时空气柱长度对孔壁冲击压力的影响规律,得到了炮孔底部空气间隔不耦合装药条件下轴向不耦合因数和孔壁冲击压力曲线;基于岩石动态抗压强度,确定了适用于软、中、硬岩石的合理底部轴向空气间隔长度范围。为检验结论的合理性,进行现场验证试验并分析了爆破后采场顶板成型和爆堆块度的状况,结果表明:空气间隔层使冲击压力作用时间显著增加,而冲击压力峰值有明显减小;当不耦合因数为1.5即空气柱长度为200 mm时,孔底峰值压力衰减了73.4%,当不耦合因数为4即空气柱长度为1200 mm时,孔底峰值压力衰减了96.7%;当空气间隔层大于60 cm时,炮孔底部出现压力较低的区域。合理的底部空气间隔长度,不仅能保证良好的爆破块度,也能减小孔底峰值压力、降低爆破振动,保护采场顶板和其他保护对象。

露天煤矿富水深孔爆破间隔器研发与应用

为解决露天矿开采中,遇到的富水炮孔无法安装空气间隔器进行间隔装药爆破的问题,在分析空气间隔器适用性和结构的基础上,研发了一种水孔专用间隔器,用于减少乳化炸药使用量。通过地面实验与现场检验的方式研究了水孔间隔器的膨胀效果、对乳化炸药的支撑作用,以及对爆破效果的影响。结果表明:该水孔间隔器应用于富水深孔爆破中,爆破后爆堆情况、大块率和铲装后根底均与周边非间隔装药爆破情况相当,实现了降本增效。

空气底部间隔装药对爆破效果的影响

贵铝石灰石矿用空气底部间隔装药的方法进行爆破 ,使爆破能量传递均匀 ,降低了初始爆破压力 ,改善爆破效果 ,减少大块率 ,提高电铲作业效率。

空气间隔装药爆破机理研究

利用爆轰波理论分析了空气间隔装药炮孔内一维不定常激波的相互作用及其在炮孔堵头、孔底的反射过程,同时分析了孔内各点的压力随时间的变化过程,介绍了空气间隔装药爆破的机理及设计参数。基于此,认为应充分利用空气间隔爆破结构的优势,并在梯段爆破中满足以下两个条件:(1)在设计过程中要尽量使稀疏波及从孔底反射的稀疏波传播过程能在整个孔内每一断面都作用到,即稀疏波到达孔底的时间要比从堵头反射的压力波到达孔底要早;(2)反射压力波应该到达空气与爆生气体接触面的时间比从孔底反射的稀疏波到达空气与爆生气体接触面的时间要早。由此通过计算得到了在梯段爆破工程中合理的空气层长度比例值约为30%～42%。计算结论与已有实测成果基本一致。

切缝药包空气间隔装药爆破的动态测试

为了研究不同装药结构的爆破效应,利用超动态应变测试系统,研究了水泥砂浆中切缝药包空气间隔装药爆破介质的动态响应。研究结果表明:采用空气间隔装药后,与连续装药相比,试件内同一位置应变峰值降低,空气柱起到了缓冲和储能的作用;切缝药包爆破中,切缝方向应变衰减速度较快,而随着距炮孔距离的增加在平行和垂直切缝方向的应变值则越来越接近;轴向不耦合系数在1.5～2.0之间爆破效果较好,间隔长度过大时,切缝方向和垂直切缝方向应变的比值有降低的趋势,影响定向爆破效果。研究结果为实际工程爆破提供了实验依据。

节理裂隙岩体空气间隔装药爆破试验研究

为探索节理裂隙岩体空气间隔装药爆破技术的可行性,在贵州某土石方工程爆破施工现场选取岩体节理裂隙发育和岩体相对完整的2种地质区域,分别选取空气层的比例为5%、10%、15%、20%、25%、30%等工况进行混装铵油炸药孔口与孔底空气间隔装药爆破试验,利用Split—Desktop 3.0软件对爆破块度和爆破开挖后根底进行统计分析,得出了不同区域相同空气层位置、比例以及相同区域不同空气层位置、比例下的爆破效果。结果表明:节理裂隙发育区域采用空气间隔装药容易产生根底;岩体完整性对空气间隔装药参数取值有显著影响;岩体节理裂隙发育区域,应当选用较小的空气间隔比例;该试验区域的节理岩体可采用间隔比例为10%～15%的孔口空气间隔装药进行爆破。

混凝土介质中空气间隔装药的爆破机理

基于LS-DYNA非线性有限元程序,采用JHC混凝土损伤演化模型,研究了不同装药结构及不同空气比情况下炮孔近区混凝土损伤的破坏机理。3种装药结构计算结果表明:随着空气比的增加,破坏方式由压剪破坏转变为拉伸破坏,不同的空气比可应用于不同的爆破目的;对于梯段爆破,空气层位于上部的装药结构爆炸能量利用率最好,当空气比为40%时,炮孔中部混凝土单元破坏方式由压剪转为拉伸破坏,表明存在一个合理的空气比,可以提高爆炸能量利用率;对于预裂、光面爆破,空气层位于中部的装药结构爆破效果最优;起爆方式对梯段爆破效果的影响要比预裂和光面爆破效果明显。

空气间隔装药孔壁初始冲击压力分析

为分析空气间隔装药时孔壁的初始冲击压力,引入Starfield迭加法,将柱状药包等效为有限个单元球形药包,考虑压力沿炮孔轴向的衰减及叠加作用,分析得到上部空气间隔装药及中部空气间隔装药条件下的孔壁初始冲击压力计算表达式。利用ANSYS/LS-DYNA软件建立数值模型,对监测点进行应力监测;同时,浇筑混凝土模型,并借助高速多路动态应力测试系统测量炮孔周围爆炸应力场,将2种方式的监测结果与理论分析结果相比较。结果显示:上部空气间隔装药,装药段处压力达到最大,随着与装药段距离的增大,压力明显呈先急剧减小、后趋于稳定的趋势;中部空气间隔装药,压力最小值出现在空气柱约1/2处,整体呈两端大、中间小的下凹型分布特征。在2种装药结构下,空气柱中指定点初始冲击压力的理论值与模拟值相对误差均较小。上述结果充分表明:空气间隔装药孔内压力沿炮孔轴向呈不均匀分布,2种装药结构压力分布特征与理论分析结果基本吻合,验证了理论分析的合理性。

空气间隔装药爆炸冲击荷载作用下混凝土损伤分析

采用JHC混凝土损伤演化模型,模拟计算了不同空气间隔装药结构情况下炮孔近区岩石损伤破坏机制,分析了空气层比例以及起爆方式对爆破效果的影响。计算表明,不同空气层位置及比例会产生不同的爆破效果,并能运用于不同的爆破目的。空气层比例与炮孔粉碎区大小成反比,空气比较小时可以用于梯段爆破,而空气比较大时可用于预裂或光面爆破。对于梯段爆破、反向起爆(空气层位于上部)和中间起爆(空气层位于中间)的效果要好;起爆方式对梯段爆破效果的影响要比预裂和光面爆破效果明显。

空气间隔装药技术周边孔间距对爆破效果的研究

隧道掘进中,控制围岩的超欠挖,即控制光面爆破效果是决定隧道掘进成败的主要考量指标。隧道掘进控制光面爆破效果的参数有周边孔间距、装药量、装药结构等,其中周边孔间距是保证光面爆破质量的最重要参数。通过理论分析LS—DYNA数值模拟平台,建立空气间隔装药双孔爆破模型,计算了周边孔间距在30 cm、40 cm、50 cm和60 cm条件下孔壁压应力及孔壁破坏情况,得出了Ⅲ类围岩中,周边孔间距在40～50 cm可获得良好的爆破效果,并通过现场试验进行了验证。

空气间隔装药爆破动态应力场特性研究

采用动力有限元分析软件并结合混凝土损伤模型,对上部空气层间隔装药爆破作用下岩石动态应力场特性进行了分析研究。计算结果表明:受自由面以及炮孔内加、卸载波两方面的影响,临空面单元随着位置的增加,破坏方式由压剪破坏逐渐转变为剪切拉伸破坏。比较反向起爆与正向起爆动态应力场发现,反向起爆时爆轰气体对岩石的静态作用强度高、时间长,有利于克服孔底岩石所受的夹制力而不易产生根底。正向起爆时,大量爆轰气体自上部裂纹及孔口逸散,不利于爆炸能量的有效利用。

空气间隔装药爆破研究现状与探讨

在现代化矿山开发和工程建设中,如何有效地利用爆炸能量是目前亟待解决的关键技术问题。空气间隔爆破技术的运用使得爆炸能量得到有效的利用,实践证明空气间隔爆破技术可以有效的克服连续装药爆破带来的诸多弊端,并能取得理想的爆破效果。本文系统介绍了国内外空气间隔装药爆破技术的研究与应用情况,分析了亟待解决的关键问题。