Numerical simulation of blasting effect with divided charge structure

This paper numerically simulates the stress development and generates a three-dimensional model of the medium-length hole blasting in infinite rock mass for continuous charge and divided charge in blasting by using the large-scale nonlinear dynamic analysis software LS-DYNA and the elastic-plastic model ~*MAT_PLASTIC_KINEMATIC and JWO-EOS.The differences of the decreasing rate in Von Mises effective stress of blasting,element effective stress peak of free surface,bore wall stress and acceleration are investigated.It is shown that divided charge could greatly improve the blasting effect by engineering blasting practice.

基于SPH露天台阶的爆破优化

针对露天深孔台阶爆破容易出现块度不均匀、大块率高等问题,运用经验公式法对台阶爆破参数进行计算并确定爆破方案,建立基于光滑粒子流体动力学(SPH)的台阶数值模型,对深孔台阶爆破孔排距共同作用下的岩体损伤情况及孔间应力大小进行研究。结果表明:孔排距会影响炮孔间的应力叠加作用,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和岩石损伤范围,当孔间距为8.5 m、排间距为5.0 m,爆破效果最佳。将模拟结果应用于现场试验,大块率较优化前降低了10.3%,块度平均合格率提高了5.2%,现场试验与模拟结果最优爆破方案效果高度一致,说明利用SPH的数值模拟方法研究台阶爆破是合理可行的。研究结果可为相关台阶爆破孔排距选择提供依据和参考。

大型露天矿山深孔台阶爆破振动特征与安全控制

为了减少采场附属设施受爆破振动效应的不利影响,对长九露天建材矿爆区进行了爆破振动监测。通过回归分析、小波包分析对采场爆破振动传播规律及能量分布特征进行了研究,使用考虑概率的改进萨道夫斯基公式对安全药量进行了推算。结果表明:三方向峰值振动速度中水平径向和垂向较大,水平切向较小。峰值振动速度总体上与最大单段药量成正比,与爆心距成反比。现场多数测点爆破振动的主频为20 Hz以下的低频。由于采用微差延时起爆,段药量和微差间隔时间是影响峰值振动速度关键因素;通过回归拟合建立了符合现场地质、地貌和爆破条件的爆破振动传播数学模型,其中垂向振动传播的方向性最明晰;采场爆破振动的能量分布在200 Hz以内,且主要集中在90 Hz以下,随着最大单段药量和爆心距增大,主振频带的带宽减小并向低频端移动,低频带能量占比增大;增加雷管段数在爆破近区减振效果不佳,在爆破远区减振效果明显。通过实测数据对比,使用考虑概率的改进萨道夫斯基公式推算的安全药量相较于传统萨道夫斯基公式能更好地控制超出安全振动速度限值的小概率事件发生,有效提高溜井在爆破施工过程中被保护的概率,对控制爆破参数设计有一定的参考意义。

富水矿岩区域爆破参数优化数值模拟研究

为改善某露天矿山富水矿岩区域水孔爆破效果,通过理论分析和现场试验进行了岩屑填塞料的研究,并结合数值模拟分析了径向水不耦合装药系数、填塞长度、延期起爆对爆破效果的影响。结果表明:随着岩屑粒径的增加,填塞结构的抗剪强度也随之增加,填塞的作用也得到增强;填塞结构以<5 mm与≥5 mm粒径岩屑颗粒配比为3∶7时填塞作用最为显著;在径向水不耦合装药系数K d为1.33时,能够取得理想的爆破效果节约炸药成本;延期起爆能够提供更多的自由面有利于降低岩体破碎的块度。

超硬岩露天深孔台阶爆破参数优化研究

为解决在新疆金宝铁矿露天深孔台阶爆破过程中存在的大块率高、留有根底等影响铲装效率与后续生产的问题,通过现场调查统计与分析,摸清大块产出部位,剖析大块产出与出现根底的原因,并提出相应对策。基于矿岩物理力学性质与矿山现有条件,提出针对超硬岩露天深孔台阶爆破的小孔排距爆破方案,对孔网参数及起爆网路进行了优化提升,采用115 mm孔径,孔排距3.5 m×3.0 m、堵塞长度2.5~3.0 m,孔间毫秒延期时间为11、13、18 ms,排间毫秒延期时间为21、29、37 ms。工程实践表明,小孔排距深孔台阶爆破适用于铁矿石等超硬岩的深孔台阶爆破,相比原爆破方案大块率降低约8.7%,爆后无根底,大大提高了露天矿山采剥效率,很好地满足了生产要求。爆破振动速度降幅约为28.1%,减少了对边坡岩体的扰动和破坏。小孔排距深孔台阶爆破在超硬岩露天矿山矿岩采剥中体现了良好的适用性,能够有效减少大块和消除台阶根底,可为露天矿山超硬岩深孔台阶爆破提供借鉴与参考。

露天矿电子雷管与普通雷管爆破振动对比试验研究

为研究电子雷管相比于普通塑料导爆管雷管在爆破振动控制方面的优势,在爆破参数以及岩体条件一致的情况下,开展了电子雷管起爆和普通雷管起爆的对比试验研究,结果表明:相同爆心距条件下,电子雷管的峰值质点振动速度比普通雷管的小,电子雷管的爆破振动主频比普通雷管的高,电子雷管爆破振动能量集中分布,主要分布于40~60 Hz和80~200 Hz频带,普通雷管爆破振动能量分布较电子雷管均匀,主要分布于低频频带。电子雷管不仅振动幅值小,且主频及能量占比高的频带均较普通雷管高,对保护建(构)筑物有利。

孔间延时时间对台阶爆破块度影响试验研究

为了解决哈密市吉朗德露天矿山台阶爆破工程目前存在的爆破块度大、二次破碎成本高等问题,并充分发挥电子雷管精确控制起爆时差、改善爆破效果的优势,采用现场试验的方法,分别对爆破后、开挖时的爆堆表面图像进行识别,对不同孔间延时时间下的爆破块度进行分析。现场试验结果表明:随着孔间延时时间的降低,爆破大块尺寸、最大块度尺寸及大块率随之降低,但爆破振动随之增大,小块尺寸及平均块度尺寸随着延时时间的降低呈先减后增的趋势;在岩性相近的区域,采用合适的孔间延时时间,利于改善爆破破碎效果,降低大块率;延时时间由25 ms改为15 ms,大块率降低了59%,一定程度上提高了矿区的生产作业效率,实现了降本增效。

紫金山金铜矿爆破孔网参数优化模拟研究

台阶爆破是露天采矿的重要环节,其爆破效果直接影响到后续铲装运输的效率,爆破设计、岩石性质、地质构造等因素均对爆破效果有较大影响。为减少底根和大块,提高爆破效果,以紫金山铜矿9号溜井降段工程为依托,进行爆破参数的优化模拟研究。通过试验确定了岩石的力学参数,通过LS-DYNA软件建立了3组不同孔网参数的爆破模型,观察起爆过程的应力云图并分析被爆岩石的应力响应,得出裂纹区内岩石所受的峰值拉应力是其发生破碎的主导作用。之后结合岩石破碎理论,逐一分析了不同孔网参数下被爆岩石的峰值拉应力,并同岩石的动态抗拉强度做对比,来判断其破碎效果,得出了最优的孔网参数。通过数值模拟优化及现场试验,爆破效果得到了明显改善,铲装运输效率也大大提升,此模型可为类似爆破工程的孔网参数优化提供参考。

露天矿深孔台阶爆破安全技术分析与研究

爆破属于露天矿开采的主要方式,采用深孔台阶爆破能够发挥经济效益,但同时也会产生诸多的不安全因素,包括爆破振动、飞石、噪音及滚石等,尤其是伴随露天矿开发规模的增加,所产生的影响也在持续加剧,增加了露天矿开采的复杂性。另外,由于深孔台阶爆破具备规模大、单孔装药量多、齐发爆破药量大,在安全控制上存在诸多挑战,因此必须要加强爆破安全方案的优化,采取科学有效的安全技术予以支持。文章通过分析露天矿深孔台阶爆破机理,尝试提出几点安全技术应用措施,用以降低爆破安全风险。

高边坡巨厚层泥砂岩互层深孔梯段爆破技术研究

在水利工程明挖爆破中,都广泛推广使用梯段爆破、预裂爆破、光面爆破等技术,但在不同地质和施工条件下,不同的爆破参数对爆破效率影响甚大,以榆林黄河东线马镇引水工程二级泵站百米级高边坡巨厚层泥砂岩互层石方爆破为例,通过爆破参数的动态调整,从而提高爆破效率及预裂爆破残孔率。

露天深孔台阶爆破参数优化设计

为解决实际工况中易出现的大块率高和根底较多的问题,基于宽孔距、小排距的爆破机理选取新的孔距a1=13m,排距b1=4m,利用ANSYS LS-DYNA软件对改良布孔前后的爆破过程进行了模拟分析,并研究了孔中、孔底和二者同时起爆共三种起爆方式下岩体不同部位的应力变化.模拟结果表明:采用新的孔网参数可以加强爆轰产物对岩体的破坏作用;针对顶部易出现大块岩体问题,采用孔底起爆具有良好效果;针对底部易出现较多岩体的问题,宜采取孔中、孔底同时起爆的方式.

露天矿山深孔台阶爆破技术的现状与发展趋势

随着信息化革命进程的推进、资源开发和环境保护理念的提升,近来年国内露天矿山深孔台阶爆破技术在智能化、绿色化的爆破开采理念下快速发展。在爆破器材方面,电子雷管得到大量推广应用;在爆破智能化方面,集成了智能钻机系统、智能设计系统、炸药现场混装作业体系的爆破技术基本成型;在爆破绿色化方面,爆破振动预测理论及控制、爆破粉尘控制、冲击波与噪声防治等有效控制了爆破过程产生的有害效应,逐渐达到绿色环保爆破的要求。同时,分类整理了爆破器材和爆破技术存在的问题,指出了露天矿山绿色智能爆破今后发展与研究的方向。

边坡分段装药炮孔的压力变化与爆破效果

具有分段装药结构炮孔的缓冲孔爆破是边坡控制爆破方法之一。通过对分段装药炮孔中填塞物的轴向压缩运动分析,计算出了爆破作用初期炮孔压力随时间的变化关系。缓冲单孔和普通单孔的台阶爆破漏斗试验,以及带缓冲孔的爆区和普通孔生产爆区爆后的坡面裂隙调查都证明了,由于分段装药缓冲孔的初期压力较低,减轻了对孔壁的破坏,对边坡的完整及稳定大有好处。

炮孔堵塞对爆破效果影响研究

为了研究堵塞对爆破效果的影响,运用大型显示非线性动力分析软件LS-DYNA建立有限元模型,分别对堵塞长度4.5 m和无堵塞2种露天矿台阶爆破进行数值模拟,从峰值振速角度进行分析,得出距离爆源越近,堵塞对爆破效果影响越明显,峰值振速相差比例最高可达73%。

某露天采场深孔台阶爆破空气间隔装药的应用

为了改善某露天采场爆破作业中存在的振动大、大块率高等问题,采用中部空气间隔装药法代替连续装药法并对空气间隔比例进行对比研究。基于ANSYS/LS-DYNA有限元软件构建装药不变条件下空气间隔比例分别为10%、12.5%、15%、17.5%和20%的中部空气间隔方案计算模型进行模拟分析:装药量不变条件下空气层比例为17.5%时,炮孔中、底部有效应力分布均匀,没有出现应力过度集中现象,效果最佳。经过现场试验后证明:采用空气层比例17.5%的中部空气间隔装药爆破后,大块率下降了27.26%、振动降低5%~12%,有效降节约了经济成本。

台阶爆破岩石破碎楔块理论及数值模拟研究

在逐排或齐发爆破情况下,一般没有考虑岩石在单个炮孔爆破后产生的空间破碎形态问题。岩石在爆炸作用下产生的空间破碎形态主要受岩石性质,自由面状况、炸药性能等因素影响。逐孔起爆改变了岩石的自由面状况,进而对爆破效果产生了较大的影响。根据露天台阶爆破逐孔起爆条件下岩石动态破碎特征,提出了露天台阶爆破岩石破碎楔块理论,分析了逐孔起爆条件下,体积公式计算炮孔装药量的局限。采用有限元软件ABAQUS/EXPLICT中的CEL方式加载爆炸载荷,并结合混凝土塑性损伤本构(CDP)建立了双坡面三维台阶爆破模型,得到了不同时刻岩体内应力分布云图和裂纹扩展以及损伤演化情况。模拟结果表明:岩石爆破破碎楔块理论更加接近逐孔起爆条件岩石破碎状况,并有利于炮孔装药量计算。

露天深孔梯段爆破后冲破坏的成因及控制

针对深孔梯段爆破产生后冲破坏的问题 ,通过爆炸力学分析和运动力学分析 ,揭示了爆破后冲破坏的成因和机理 ,认为爆破区抛掷运动对后续工作面的冲击力是岩石发生移动错位的主要原因 .并提出通过改变装药结构 ,优化爆破参数 ,采用微差爆破和预裂爆破技术等措施可以控制后冲破坏作用 ,保护边坡稳定 ,改善梯段爆破效果 .

某石灰岩矿中深孔爆破参数优化研究

针对某石灰岩矿劳动强度大、生产效率低、安全条件差的开采现状,应用中深孔房柱法,借鉴露天台阶爆破参数设计及优化方法,通过正交试验法对抵抗线、孔排距、堵塞长度等3个影响爆破效果主要因素进行优选,并进行了爆破震动测试.确定了合理的中深孔凿岩爆破参数,降低了爆破大块率,改善了爆破效果,降低了矿山成本.

大型土石方爆破工程的钻孔统计分析

为了找出炸药单耗和延米爆破方量的实际值与预算值之间的差别原因,对我国北方一大型土石方爆破工程的钻孔按施工进度进行了统计。并对孔深与延米爆破方量的关系进行了分析。研究发现小于5m深的炮孔数量的比例较大,是降低综合延米爆破方量的一大主要因素。因此得出,缓斜坡的台阶爆破工程中,在孔网参数和台阶高度一定的条件下,通过优化组合,减少浅孔的数量,可以有效地提高项目综合延米爆破方量,从而为缓斜坡台阶爆破降低项目成本指明了方向。

经山寺铁矿减少深孔台阶爆破根底的工程实践

在河南经山寺露天铁矿深孔台阶爆破中,对近千次爆破实际工程进行观察与分析,在爆破参数及其他因素基本合理的情况下,通过局部加大超深、在不同地质条件下改变炮孔密集系数m值、采用V型起爆技术等爆破措施,减少了根底从而降低了爆破成本,提高了经济效益。