岩石爆破能量分析的数值方法

本文通过球形装药与岩石爆炸作用的力学分析,给出确定爆炸能量利用率的数值方法。通过算例,对于以破碎为主要目的的岩石工程爆破,爆炸能量利用率约为50%,爆炸作用初期的爆炸能量传递率约为40%。对于算例涉及到的炸药和岩石,两者的波阻抗越接近,爆炸能量利用率就越高。     

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。     

水平巷道中棱柱形掏槽炮眼布置的基本研究

在炸药爆破作用下不易塑性变形的脆硬岩石中应用棱柱形掏槽效率最高。在国外许多采矿企业中进行了确定棱柱形掏槽合理参数的实验和理论研究。在白云石化的石灰岩层中进行了各种结构的棱柱形掏槽的研究。破碎岩石所消耗的能量按破碎岩石体积和爆破后形成的掏槽孔大小或掏槽眼和崩落眼间的破碎带大小来确定。确定,崩落眼直径对爆破结果的影响     

深层岩体松动爆破中不耦合装药效应的探讨

基于冲击波在交界面两侧压力和速度必须各自相等的连续性条件,求解爆轰产物中适用的反射波方程和介质中适用的冲击波方程,得到药包周围介质中冲击波的初始参数.通过波的传播机理,把集中药包应力波随距离的衰减公式扩展到延长药包,并计算耦合与不耦合装药爆破时距爆心相同距离处岩石中冲击波的参数.由计算结果可知:(1)耦合装药爆破时形成的冲击波压力超过岩石抗压强度极限几十倍以上,药包周围岩石形成粉碎区;(2)与耦合装药爆破相比,不耦合装药爆破可以降低孔壁处岩石中冲击波初始压力,但可以增加孔壁后岩石中的冲击波压力.合理的不耦合系数,可使岩石不形成粉碎区,大幅度减少能量耗散;(3)水一般认为是非线性弹性介质,因此水介质成为炸药爆轰产物与岩石间的弹性缓冲层,增加了能量传递,延长了冲击波作用时间,加大了爆炸的作用范围.     

安全传爆距离的测定

苏联科学院物理化学研究所对某些炸药在球形与几何上类似的圆柱形装药爆炸时的传爆距离进行了研究。同时还测定了冲击波的速度与压力。实验表明,从某一个药包到另一个药包的传爆是从属于简单的相似定律的。证明了,如果球形装药与圆柱形装药的重量相等,则圆柱形装药的传爆距离可能增大到球形装药传爆距离的三倍。传爆距离随着装药重     

压缩爆破应用于基桩工程

利用炸药爆炸产生的爆轰作用，对可塑性土层进行径向压缩，能形成有效的压缩空间。在长柱状连续装药爆炸后，会形成与装药直径成比例的压缩井筒。     

不耦合装药爆破对硬岩应力场影响的数值分析

爆破地震勘探石油是一种重要的方法,但爆破地震效应与爆破参数、地质条件等密切相关。采用动力有限元软件ANSYS/LS-DYNA,对柱状炸药与药孔壁之间为空气或其他介质以及空隙间距变化时碳酸盐岩岩石中爆炸应力波的传播规律和爆炸地震波能量的衰减特性进行了数值模拟研究,得到了不耦合装药爆炸时岩石应力、振动速度的衰减规律以及与不耦合系数、间隙介质的关系,分析了不耦合效应对爆炸地震波能量的影响。研究表明,不耦合或耦合不好时会使岩体中爆炸应力波的强度大大降低;耦合状态对岩体应力及速度的衰减系数和衰减指数影响较大;在空隙中注水或灌满泥浆会改善它们的耦合关系,增大下传的爆破能量。所得成果可为我国西南地区优选适合碳酸盐地层地震勘探的激发因素提供技术途径和方法。     

槽井探施工点滴经验

一空隙爆破法在槽探施工中,往往有的槽子布置在村庄或其他建筑物附近,为了保护建筑物不受破坏,爆破时只要求使岩石松动,不使它飞散,因此就应少装药。但当岩石较硬时,如果药装的太少,则炸药集中于炮眼底部而爆不开。为解决这个问题,我们采用了空隙爆破法,如图,在炮眼内隔一节炸药装一节竹节或癸花楷(去心),利用炸药的诱导性而使下一节药爆炸。这样一方面延长了炮眼的装药长度,不致因药少集中于眼底而炸不开;另一方面而炸药分布于炮眼全长上,爆破后的块度较均匀,减少大块处理。     

突变理论在层状岩体破碎分析中的应用

本文简要介绍突变理论的尖点突变模型。在分析层状岩体在爆炸冲击荷载作用下破碎程度主要受控因素的基础上,运用拟合的途径建立了岩石破碎分析的尖点突变控制方程。该方程可以被用来直接定量计算岩石破碎块度发生明显变化点的炸药单耗(q)或炮孔与层状结构面间的夹角(α),实践证明是可行的。     

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。     

不耦合装药下爆炸应力波传播规律的试验研究

通过室外爆破试验,利用预埋研制的PVDF压力传感器对耦合及水不耦合延长药包装药爆破时爆炸应力波的中远场压力进行测量,拟合实测结果,得到4种不耦合系数下爆炸应力波峰值随传播距离衰减的指数关系式。分析试验结果可知： ①在试验所涉及的范围内,不耦合装药时爆破应力波峰值衰减幅度小于耦合装药（即K =1）时爆破应力波峰值衰减幅度,验证了水介质作为炸药爆轰产物与岩体间的弹性缓冲层作用,减少了粉碎孔壁岩体造成的能量耗散,增加了能量传递,加大了爆炸的作用范围;②当不耦合系数K = 3.29时,应力波峰值衰减指数表现出大于K =1.79及大于K =2.57时应力波峰值衰减指数的趋势,表明过大的不耦合系数造成了不耦合介质--水过多的能量耗散（在高温高压下水并不完全是弹性的）,削弱了不耦合装药爆破的优势;③在不耦合装药爆破中,存在最佳的不耦合系数,此时爆炸应力波峰值衰减最慢,爆炸能得到充分利用,达到最优的爆破效果。研究结果对不耦合装药爆破的设计及工程应用有一定的指导意义。     

预防天井吊罐中心钻孔堵塞的体会

吊罐天井掘进中,经常遇到的故障是爆破时天井中心钻孔堵塞,影响天井掘进速度甚至导致整个中心钻孔报废.中心钻孔堵塞的原因有: 1.中心钻孔偏斜,容易造成堵塞、卡罐等事故. 2.中心钻孔穿过的岩石节理发育、断层多,岩层较破碎. 3.天井爆眼之间的距离和爆眼排列不当,或者爆眼装药量和起爆顺序不合理.如掏槽眼不平行于中心钻孔(向里或向外倾斜),当爆破后就出现两种情况:一是孔口部位的岩石炸得很碎,孔内的岩石不很破碎;第二种情况则与前一种情况相反.但不管哪一种情况,由于岩石的碎胀性,岩块都会挤入中心钻孔而造成堵塞.又如掏槽眼与中心钻孔的距离不合理、掏槽眼装药量少、掌子面岩石只发生胀裂,也会挤死中心钻孔造成堵塞. 4.掏槽眼全部或部分没有爆炸,也能使中心钻孔堵塞.     

混凝土含水裂隙中爆炸压力传播的模型试验研究

爆炸作用下含水裂隙中水压力的分布及传播特征对分析含水裂隙岩体初始裂纹扩展机制具有重要意义。通过含水裂隙的混凝土室内爆炸试验,测量了爆炸时含水裂隙中的水压力,分析了含水裂隙中水压力的荷载特性及传播特征,并研究了裂隙张开宽度及爆炸药量对水压力荷载的影响。试验研究结果表明：爆炸作用下含水裂隙中水压力时程分布呈多峰波动分布,水压力来源包括爆源通过水介质直接传递的荷载及通过混凝土间接传递的荷载,且在不同裂隙长度,荷载峰值主要来源不同;相同装药条件下,含水裂隙中水压力随距爆源距离增大而迅速衰减,裂隙中同一位置水压力大小与裂隙张开宽度呈负相关;混凝土室内爆炸试验含水裂隙中水击波所带能量频谱主要集中在7.8～62.5 kHz,是一种高频信号。随距爆源距离的增加,能量分布向低频集中;水击波频带能量分布特征受爆炸药量及裂隙张开宽度的影响。当量为4.5 g TNT（三硝基苯）乳化炸药装药相比 8.1 g TNT乳化炸药装药爆炸时水击波高频信息更丰富;相同爆炸药量时,随混凝土中含水裂隙张开宽度的增加,水击波频带能量分布峰值呈现向中间频带移动的趋势。     

硝铵炸药包的腊液防水加工法

我队在涌水井巷爆破岩石时应用硝铵炸药,曾多次发生误炸或炸药爆炸不完全现象,严重影响爆破效     

岩石中柱状装药爆炸能量分布

岩石中装药爆炸产生的爆破能量可分为爆炸冲击波能量和爆生气体膨胀能量。对爆炸能量分布的理论分析有助于改善爆破效果,提高爆破质量。在柱状耦合装药情况下,分析了冲击波作用下岩石变形和破坏的特点、爆生气体对爆腔的扩腔作用,考虑了在岩体的损伤情况下爆生气体对裂纹的驱裂作用。计算结果表明：埋深在临界深度以下时,岩石中柱状装药爆破冲击波做功消耗的能量约占爆炸总能量的40 %,剩余爆生气体能量中用于扩腔和扩展主要裂隙的能量约占总能量的23 %,剩余大约37 %的能量中有小部分能量用于新增裂纹数目,而大部分损失掉了。     

聚能爆破在石材切割应用中的试验研究

摘 要 简单分析了聚能爆破装药在孔内爆破的力学效应‚阐明了聚能爆破对岩石定向破裂 的控制机理。在聚能爆破切割石材过程中‚聚能射流起到前期切割出定向裂缝的作用‚石材 的最终开裂由后期爆破产生的气体的准静态胀楔作用来完成。通过提高炸药爆速、增大装药 密度等方法可以提高聚能装药爆炸后形成射流的能量和改善聚能爆破切割石材的效果。     

深孔爆破装药结构优选数值分析方法及其应用

针对地下深孔爆破采矿过程中常出现的爆破后冲作用严重以及爆破块度不均匀等若干问题,以南方某铅锌矿实际采用的爆破、炸药和岩石参数为基础,采用ANSYS/LS-DYNA对矿山拟采用的不同装药量、不同耦合系数的6种装药结构建立了数值计算模型。通过分析爆炸仿真过程中的Von Mises有效应力信息,结合爆破破岩机制及Mises屈服理论,确定了深孔爆破的最佳炮孔装药结构。现场试验表明,优化的装药结构爆破块度均匀且爆破后冲作用得到有效控制,基本上解决了矿山深孔侧向爆破存在的问题,研究结果为深孔爆破的优化设计提供理论依据和技术支持。     

井巷光面爆破周边眼间距的试验研究

一、光面爆破的力学成因周边眼间距的合理确定,是光面爆破成败的关键,光面爆破时的岩石破碎机理,又是决定周边眼的理论基础。当药包在岩体内爆炸时所产生的冲击波,使炮眼周围岩体内产生放射状的径向裂隙。在最先起爆的炮眼的冲击波作用下,不仅在此炮眼本身的周围岩体内     

炸药震源激发近区介质的粘滞性分析

在我国陆地石油勘探中,炸药震源依然是地震勘探的主要震源,炸药爆炸后会产生不同的分区,包括空腔、过渡区和弹性区。如今对地震子波产生机理的分析主要是基于等效球腔模型,忽略了过渡区对波传播特征的影响。为了定性描述过渡区的岩石破碎和永久形变对地震波传播特征的影响,将模型简化为粘弹性介质。这里在Kelvin粘弹性模型基础上推导了地震波传播的相速度和品质因子Q的表达式,并对Kelvin粘弹性模型进行数值模拟,从振幅、相位及频率的角度,分析品质因子Q对地震波传播特征的影响。结果表明,地震波在粘弹性介质中传播时,振幅、频率及相位特征是有变化的,这为研究炸药震源激发产生地震子波的机理提供了理论方向,为实际介质中的地震记录特征分析提供了理论基础,同时对补偿粘滞性因素的影响、提高地震资料的品质具有重要的实际意义。     

基于PFC2D岩石颗粒破碎强度和能量的分形模型

颗粒的破碎强度随着粒径的增大而减小,即颗粒破碎的尺寸效应,分形模型为解释固体颗粒破碎的尺寸效应提供了可行的方法。根据岩石颗粒破碎时的分形特征,采用Sammis破碎准则,通过模拟分析得出岩石颗粒破碎能量和强度的分形模型,建立和验证用分维D来表示岩石颗粒破碎的能量和强度准则,得出并验证了岩石颗粒破碎分维的确定方法。利用离散元软件PFC2D的黏结颗粒模型BPM（Bonded Particle Model）模拟了小孔隙率n=0.12和大孔隙率n=0.3,即密实和松散两种情况。其中小孔隙率采用在模型上添加小颗粒的新方法,分别做了400组粒径不等的数值模拟试验,从粒径与破碎强度、破碎能量之间的关系和应力-应变曲线3个方面进行了统计,验证了岩石颗粒破碎强度与分维D的理论关系为σ_f∝dD-3,并得出颗粒破碎时的能量和与分维D之间的关系为E_f∝dD-1。验证了分形理论在分析颗粒破碎的尺寸效应中的较好应用,为确定岩石颗粒的破碎强度和岩石堆砌体剪切强度提供新的方法和参考意见。