露天矿深孔台阶爆破逐孔起爆参数的优化研究与应用

露天矿深孔台阶爆破常存在炸药单耗和大块及根底率偏高增加综合成本、爆堆松散度过小不利于铲装、爆破振动过大影响边坡稳定等问题。以多宝山露天矿深孔台阶控制爆破为工程依托,从理论上建立了逐孔起爆爆破引起的应力场解析式,确定了逐孔起爆的孔排距、最小底抗线和孔间延期时间;采用LS-DYNA软件对此爆破参数建立的模型爆破应力大小和破碎范围进行了分析,并在多宝山露天矿进行了6组不同爆破参数条件下的现场工业试验,确定了不同炸药单耗等爆破参数与块度、松散度的变化规律,验证并确定了优化的多宝山露天矿深孔台阶控制爆破参数。主要研究成果为:(1)在多宝山露天矿爆破的耦合装药条件下,通过逐孔起爆应力场的理论推导和分析,应力场分布和应力大小的影响仅限于前后两孔之间,孔间延期时间17 ms是比较合理的。(2)爆破现场爆堆和块度大小数据的收集可以通过无人机倾斜摄影技术和手机拍照进行,由此收集的数据分析获得的松散度和块度是有效合理的。(3)多宝山露天矿深孔台阶爆破,当炮孔直径为178 mm和孔间延期时间17 ms时,满足爆堆块度小于60 cm、松散度大于1.45铲装条件下的炸药单耗为0.60 kg/m^(3)、孔排距为7 m×5 m。

隧道光面炮孔的围岩夹制力分布研究

为了优化光面爆破装药结构设计,采用LS-DYNA数值模拟软件对光爆孔周边的岩石夹制力进行模拟,分析了不同围压、不同掘进断面及不同炮孔长度对炮孔周边岩石夹制力的影响。研究结果表明:隧道掘进断面的大小对夹制力的影响较小,而围压对夹制力的影响较大,其随围压呈线性增大。不同孔深情况下,夹制力沿炮孔深度的分布趋势相同。在孔口段应力集中较小,此段的夹制力最小;在炮孔中部呈现平缓的增长趋势,在接近孔底处呈陡然上升的趋势,此段为夹制力最大段。以上研究结果为空气间隔装药结构的设计提供参考,有助于设计的精细化。

基于岩粉分段装药的爆破技术研究

采用LS-DYNA动力有限元分析程序,模拟计算了深孔台阶爆破条件下炮孔连续装药和采用岩粉作为间隔介质的分段装药爆破效果。对比分析了连续装药和三种不同分段比例的装药结构爆炸后孔壁的压力极值和压力衰减程度,以及通过Von Mises有效应力极值判别自由面单元是否发生破坏。计算表明,炮孔上部装药40%,下部装药60%,中间采用岩粉作为间隔介质的分段装药结构能够提高炸药能量的利用率,更有利于中上部岩石的破碎。通过对青海威斯特铜矿的爆破试验,进一步验证采用岩粉作为间隔介质的分段装药结构不仅可以降低大块率和爆破振动强度,同时还能够减少爆破综合成本。

威斯特铜矿临近边坡缓冲爆破技术研究

在露天矿爆破开挖过程中,当边坡岩体节理裂隙发育,岩性破碎时,单采用预裂爆破或者光面爆破技术来控制边帮保留岩体是不够的。为充分利用缓冲孔和缓冲层的爆破降振作用,减弱爆炸荷载对边坡岩体的损伤,台阶靠帮时采用缓冲爆破技术维护边坡稳定性。通过优化缓冲爆破参数设计,采用间隔装药分段起爆方式,对威斯特铜矿2号露天采场进行缓冲爆破试验。试验结果与传统台阶爆破进行对比,缓冲爆破振动强度能够降低25%以上,并且台阶坡面相对平整,大块率降低20%左右,基本没有出现根底,爆破效果良好。

高阶段采场深孔爆破质量控制技术研究

针对高阶段采场深孔爆破中存在的炸药单耗高、爆破质量差、爆破危害效应得不到有效控制等问题,从装药结构设计优化、孔网参数设计优化、凿岩质量控制、施工管理等几个方面提出了对爆破质量进行控制的具体举措,改善了高阶段采场深孔爆破质量,有效解决了实际问题。研究发现,设计合理孔网参数,采用轴向不耦合空气间隔装药结构,严格控制钻孔精度,能够有效降低炸药单耗,降低爆破大块率,提高爆破质量。

爆炸荷载作用下共线不等长双裂纹拓展规律研究

为研究爆破应力波作用下裂隙岩体破坏规律,基于经典Kachanov法,推导共线不等长裂纹尖端静态应力强度因子,结合断裂力学原理得出动载荷作用下耦合应力强度因子与比例系数的关系,并通过模型试验对不同应力波入射角、不同裂纹长度、不同裂纹间距等情况进行验证。试验结果表明,应力波入射角、共线裂纹长度及裂纹间距是影响裂纹拓展的重要因素;裂尖起裂角随应力波入射角的不同而变化;端部比例系数与裂纹拓展长度变化趋势相同;次裂纹长度越大、裂纹间距越小,裂尖拓展长度越长;当间距大于1.2倍次裂纹长度,不再影响裂尖拓展。

不同装药结构对爆炸应力场影响的数值模拟研究

为了研究不同装药结构对爆炸应力场的影响,基于爆炸力学基础,通过有限元ANSYS/LS-DYNA软件进行数值模拟,研究装药结构对爆破应力场的影响。结果表明:在起爆方式等其他条件相同时,连续装药孔壁最大峰值压力与装药结构和装药量有关,且孔壁最大峰值压力位置对应炸药几何中心;在装药高度确定的条件下,炮孔孔壁峰值压力的大小与径向不耦合系数K_(d)呈负相关;在装药高度不变时,径向不耦合系数K_(d)越大,其波阵面峰值压力数值越小;此外,装药爆破在岩体内产生的径向峰值应力比耦合装药爆炸所产生的值要低,且在相同位置处,径向不耦合装药产生的有效应力、合成速度和峰值压力比耦合装药所产生的值要小。

轴向不耦合空气间隔装药孔壁冲击压力模型试验研究

为研究轴向空气间隔装药的炮孔中爆炸形成的孔壁冲击压力时程规律,通过室外混凝土模型爆破试验,探究了孔壁峰值冲击压力与空气间隔轴向不耦合系数的内在联系。研究表明:轴向不耦合空气间隔装药爆破时,炮孔内峰值压力随着轴向不耦合系数的增大而降低,超压峰值的衰减随炮孔长度的增大而减缓;轴向不耦合系数K=1.50~2.00时,孔壁压力分布较均匀,最大峰值压力降低,适合于工程实践。

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。

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。

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。

基于应力与速度时程分析的边坡开挖爆破裂纹扩展研究

为研究边坡单孔爆破过程中裂纹扩展形态特征,利用ANSYS/LS DYNA建立边坡单炮孔模型,基于爆破过程中能量释放的2种形式对裂纹形态进行模拟分析,并对3处不同位置的裂纹尖端单元进行应力与速度时程曲线对比分析。研究表明:以连续的裂纹尖端单元应力变化率与速度变化率为参数可用于分析不同裂纹扩展形态,随裂纹尖端处应力变化率增大易产生轴向延伸,随速度变化率增大易产生径向延展;模拟得出两裂纹平均应力波变化率之比约为2.25倍,与不同药包形式的应力波衰减比例关系较为吻合。研究成果可为岩体开挖爆破设计提供一定的参考。

新型空气间隔器的研发与试验研究

为满足矿山回采爆破需要,急需研发一款使用效果良好且价格低廉的炮孔装药空气间隔器.针对90、110、160 mm三种直径的炮孔进行室内实验,得到空气间隔器随炮孔直径和装填高度变化的受力规律.在此基础上,优化设计出一种科学合理的炮孔空气间隔器,并用于紫金山金铜矿地下采场的爆破工业试验.研究表明:空气间隔器使用方便,爆破效果良好,爆破成本大幅度降低,通过实验设计得到的空气间隔器是合理的.

露天矿临近高陡边坡控制爆破技术选择与评价

将德尔尼露天矿4 728m平台临近高陡边坡某一爆场一分为二,一侧采用传统的普通雷管逐排起爆技术,另一侧采用ORICA(澳瑞凯)高精度雷管逐孔起爆技术,对两侧不同的控制爆破方案进行试验。通过监测分析两爆区技术指标和爆后经济指标,以期确定最佳爆破方案。在试验的基础上通过主成分分析法(PCA)对爆破方案和爆破技术效益建立相关的数学评价模型,确定不同的爆破方案对爆破技术指标的影响,整个评价过程运用SPSS软件进行分析,最终以数学理论的形式说明不同方案与技术指标间的影响程度,为最佳爆破方案的选择提供理论支持。

硬岩群药包爆破孔网参数计算方法研究与应用

孔网参数包括最小抵抗线、孔间距,是钻爆法施工工艺中非常重要的参数。从硬岩单药包爆破漏斗的破岩机制出发,将爆破漏斗破岩范围从药包中心往外,依次分为裂隙圈、反射波圈、应力波圈。通过建立群药包爆破漏斗分析模型,提出了硬岩条件下群药包爆破孔网参数的确定方法。研究表明,爆破漏斗分析模型中的裂隙区与片落区的范围只与爆破作用指数有关,根据裂隙区的半径,便可求出反射区的作用范围。硬岩群药包爆破工程中,炮孔密集系数值不能无限大,极限值为2.8284。工程实践表明,本文建立的群药包爆破分析模型,将群药包应力波圈相切作为确定群药包最小抵抗线、孔间距的临界条件是合理的,为工程爆破孔网参数的确定方法提供了一种新思维,具有重要的实践指导意义。

高阶段采场爆破危害效应控制与参数优化研究

针对高阶段采场深孔爆破中存在爆破危害效应得不到有效控制的问题,从凿岩硐室设计、爆破网络连接设计、装药结构设计、孔网参数设计等几个方面进行了优化,有效控制了高阶段采场深孔爆破产生的爆破危害效应,解决了实际问题。研究发现,设计合理的凿岩硐室方案,调整孔网参数,采用不耦合空气间隔装药结构,控制最大单响药量,能够有效降低爆破后冲作用,控制爆破危害,降低爆破大块率,提高爆破效果。

深部爆破引起的裂隙扩展范围的研究

通过研究地应力卸荷和爆破荷载的耦合机制及其对深部岩体裂隙区拓展的影响方式,建立了初始地应力条件下岩体裂隙区范围的计算模型,并对不同初始地应力下的岩体爆破进行数值模拟,结果表明计算模型与数值模型结果有较好的一致性,证明计算模型有较高的可靠性。同时研究结果表明,在爆炸近区爆炸荷载对围岩裂隙的发展起主要作用,在爆炸远区地应力对爆破荷载的干涉作用较大,地应力对裂隙区范围的拓展也起一定的抑制作用。

露天开采综合生产成本的优化研究

为建立具有广泛指导作用的露天开采综合成本优化模型,基于回归分析原理并以爆破块度为决策变量,研究了其与钻孔、爆破、装载、运输、破碎等成本组成的关系,最终确立了以综合成本最优化为目标函数的露天成本优化模型,实现了通过控制块度的分布来优化生产成本的目的。结果表明,以爆破块度为量化指标的优化模型可以为现场生产提供良好的指导作用。

压力容器带防腐层表面磁粉探伤的研究

采用人工裂纹试样的方法，模拟压力容器涂刷油漆防腐层的状况进行磁粉探伤，得出了油漆防腐层厚度与裂纹检出灵敏度的定量关系；结合ＣＶＤＡ《压力容器缺陷评定》规范，探讨了实验方法对一般在役压力容器不除去油漆的情况下进行磁粉探伤检验的可行性。

基于深孔微差爆破应力场的爆破参数优化

为克服矿房大直径深孔微差爆破存在的不足,根据波动学理论,依据柱状药包单孔爆破应力传播衰减规律,圈定了微差爆破前后起爆孔距和延期时间范围,进一步推导出两孔微差爆破的叠加应力场函数解析式。在此基础上,依据Mises准则反推得出孔网参数与延期时间计算公式。通过LS-DYNA模拟计算和现场工业试验,对比应力场分布情况和实际爆破效果,验证了理论分析的合理性。