干热岩热储建造的二氧化碳爆破致裂器优化设计

储层建造是商业化开采干热岩高温地热能的关键技术,二氧化碳爆破致裂技术为此提供了新思路。本文简述了二氧化碳爆破致裂技术,以及爆破过程中二氧化碳充装量、活化器用量、定压片厚度之间的关系。重点完善了用于干热岩储层建造的二氧化碳致裂器相关工作,设计了致裂器内部具体参数,优化了外部结构和系统,最终研发了一种可用于干热岩热储层建造的二氧化碳致裂器,为干热岩储层建造提供有效的技术手段,填补了耐高温高压的井下二氧化碳致裂器领域的空白。     

爆生气体的准静态破岩特性

在分析爆生气体膨胀规律的基础上，建立了炮孔周围岩石中的准静态应力场，探讨了爆生气体的爆破致裂作用和扩腔作用。     

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。     

热冲击作用下花岗岩力学特性及其随冷却温度演变规律试验研究

相同高温状态花岗岩在不同冷却温度介质中热冲击下的力学特性不同。热冲击作用下花岗岩的力学强度主要取决于内部热冲击破裂裂隙的密度和数量,其决定因素为热冲击速度和热冲击因子,与热冲击温差没有绝对的相关性。采用自主研制的岩石热冲击破裂试验台对青海共和盆地花岗岩进行热冲击破裂处理,测试其抗压强度、抗拉强度、黏聚力、内摩擦角等宏观力学参数,研究热冲击作用下花岗岩的宏观力学性质及其随冷却温度的演变规律。研究结果表明,(1)相同加热温度的花岗岩,经不同温度冷却介质热冲击破裂后单轴抗压强度、抗拉强度、黏聚力随着冷却介质温度的升高呈现降低趋势,内摩擦角随着冷却介质温度的升高而升高;(2)不同温度恒温水中热冲击下花岗岩的单轴抗压强度和抗拉强度呈有规律的劣化趋势,600℃花岗岩经100℃水热冲击处理后其抗压强度和抗拉强度仅为250℃是经20℃水热冲击作用后的30%;(3)黏聚力随着热冲击破裂程度的加剧呈减小趋势,内摩擦角呈明显增大趋势;(4)热冲击非定常传热对花岗岩力学性质具有劣化作用,干热岩地热人工热储的建造和井筒稳定性控制都需要考虑热冲击作用下花岗岩的强度随冷却介质温度的演变规律。     

考虑损伤效应的岩锚梁光面爆破数值分析

在地下厂房岩锚梁爆破施工中,为获得良好的开挖轮廓面和较小的损伤区,常采用光面爆破的开挖方式,但在光面爆破施工中,主爆孔爆破对光爆层岩石造成较大程度的损伤,使岩石的力学参数发生变化,而在爆破设计与施工中未考虑这种损伤效应,结果造成单孔装药量偏大,岩石受到过度破坏,出现超挖或产生大量的爆振裂隙。应用动力有限元程序,建立岩体二维弹塑性模型,对不考虑损伤和考虑损伤的光面爆破过程进行了数值模拟,并比较两种模型最大有效应力随距离的变化关系。研究结果表明,在相同情况下,考虑损伤影响时可适当加大光面爆破的炮孔间距和抵抗线。在现场进行了考虑爆破损伤和未考虑爆破损伤的两组爆破试验,观察爆后效果表明：考虑爆破损伤效应的参数设计爆破效果好、损伤作用小。     

不同地应力条件下双孔爆破的数值模拟

考虑岩石介质的非均匀性,把爆破过程视为爆炸应力波和爆生气体压力共同作用的结果,基于损伤力学理论建立了岩石爆破的力学模型,并对不同地应力条件下岩石双孔爆破裂纹演化规律进行了数值模拟,分析了不同侧压力系数和埋 深对裂纹扩展规律的影响。数值模拟结果表明：①爆炸应力波导致裂纹的萌生,爆生气体压力则会使裂纹进一步扩展和贯通; ②裂纹演化过程与地应力密切相关,裂纹扩展的主方向趋于最大地应力方向;③随着埋深增加和初始地应力增大,裂纹扩展半径和裂纹区面积减小,地应力对爆破致裂的抑制作用明显。     

苏里格气田苏120区石盒子组盒8段储层评价及预测

通过资料调研和岩芯观察,结合岩石薄片、铸体薄片、扫描电镜、X线衍射和压汞曲线等分析测试,对苏里格气田苏120区盒8段储层特征进行研究和评价。结果表明,研究区盒8段储集层岩石类型以岩屑石英砂岩为主,结构和成分成熟度均中等偏好,孔隙类型以粒间溶孔和晶间孔为主,孔喉大小分布不均,分选性较差,主要的孔喉组合以细—微孔、细—中喉型为主,属特低孔-低渗储层。基于储层微观和宏观参数特征,将研究区盒8段储层划分为3类,以Ⅰ类和Ⅱ类储层为主,其中盒8下亚段储层较为发育,可作为该区进一步勘探开发的主要层位。     

损伤条件下深部岩体巷道光面爆破参数研究

岩体条件复杂多变,为了提高光面爆破的适应性、改善光面爆破效果,对损伤条件下深部岩体巷道光面爆破参数进行研究。通过对深部岩体巷道光爆层原岩应力场、光面爆破机制和振动损伤特征进行分析,基于爆炸应力波和爆生气体综合作用理论,考虑高原岩应力和岩石损伤影响,提出了损伤条件下深部岩体巷道光面爆破参数确定的计算方法。研究表明, （1）高原岩应力相当于提高了岩石的抗拉强度,不利于炮孔初始裂纹的形成及贯通,宜减小周边眼间距;（2）岩石损伤后,其他条件不变,光面爆破的炮孔间距和抵抗线值可适当加大;（3）高原岩应力和损伤条件下,光面爆破的炮孔间距较小时,容易造成爆后围岩损伤,降低围岩的稳定性能,因此,提高爆破效果的同时应及时加强支护,以确保施工安全和围岩稳定;（4）本文提出的光面爆破参数计算公式,经现场爆破验证效果良好,适用于复杂多变的岩体环境。     

自然冷却后与实时高温下花岗岩物理力学性质对比试验研究

岩石经过高温作用后其物理力学性质的变化,直接影响着干热岩资源的开发利用与地下储层的稳定性。以花岗岩为研究对象,对高温自然冷却后和实时高温下的岩样进行物理性质测试与单轴压缩试验,分析对比试样在不同状态下的物理力学性质变化情况。结果表明:(1)自然冷却后与实时高温下的花岗岩质量随温度升高而减小,体积随温度升高而增大,600 ℃时,质量损失率分别为0.24%、0.27%,体积增加率分别为4.21%、3.53%;(2)两种方式下试样的峰值强度、弹性模量整体上呈现减小趋势,600 ℃时,峰值强度分别降低约49.81%、37.19%,弹性模量分别降低约34.35%、26.13%,峰值应变分别增长约70.43%、39.62%;(3)低于400 ℃时,自然冷却后的试样各物理力学性质弱化情况低于实时高温下的试样,但高于400 ℃时,自然冷却后的试样物理力学性质弱化情况较实时高温下试样更严重,出现了高温拐点。研究结果为实际工程中高温岩石工程的岩石稳定性评价提供理论参考。     

单临空面岩体中爆破诱发损伤的数值分析

岩石的抗压强度远大于其抗拉强度,所以在单临空面岩体爆破中,工程技术人员关注的不仅是炮孔附近的塑性压剪损伤,更多的是临空面附近的拉裂损伤,临空面若是地表,可能会影响到施工的安全,甚至造成一定的经济损失。以往这类损伤问题的数值模拟中大多只偏向于一方面：或忽略压剪损伤,或不考虑拉裂损伤,故所得出的结论难以满足工程需要。基于合理的应力修正方式,把现有的岩石拉-压损伤本构以简明的方式嵌入到大型LS-DYNA软件中,对单临空面岩体中的柱形和球形药包爆破问题进行了数值模拟,计算结果表明该法能较好地预测岩体中爆破诱发的拉裂、压缩损伤的分布规律和演化趋势。     

Education in blasting engineering one-dimensional block model for bench blasting

Bench blasting has a long tradition and yet the mechanics of throw and muck-pile formation is not clearly understood. This educational paper addresses bench blasting and muck-pile formation in a very simplified manner: a two-block system with ensuing formation of a two-block muckpile is investigated. It will become apparent that the study of a two-block system is perfectly sufficient for a deeper understanding of the problem of the entire bench blast and muck-pile formation. Two approaches will be presented: the momentum or impact approach and the wave propagation approach. The movement of the individual blocks and the formation of a 'two-block muck-pile' will be studied for both approaches and the differences in the results will be discussed. The purpose is to clarify, during blasting and ensuing block movement, the influence of the wave propagation action as compared to a purely gas-pressure based momentum treatment of muckpile formation. The results show that a wave propagation approach may lead to considerably different results for jointed rock mass and for certain combinations of parameters.     

城市深基坑内控制爆破及其震动测试

城市控制爆破引起的爆破危害足人们比较敏感的问题,爆破工程师一直在寻找降低爆破危害的新途径,并采用科学的方法来评价爆破危害,使广大人民群众能从科学的角度来了解爆破产生的危害.笔者对城市深基坑内控制爆破及其震动测试结果进行了分析.测试数据分析表明,该种爆破震动速度满足国家爆破安全规程要求,从测得的频谱图形可以看出,其主频比较低,接近建筑物的固有频率;同时提出应从震动速度和震动频率两方面来分析爆破震动的危害.     

超深孔一次成井微差爆破技术研究

起爆时差是超深孔一次成井爆破设计中的一个重要参数,合理设计起爆时差和起爆顺序,能够达到先起爆炮孔为后起爆炮孔创造良好自由面和补偿空间,实现筒状硐室分层、分段爆破的目的,并能降低围岩震动破坏。为合理选取起爆时差,基于超深孔微差爆破破岩机制,从理论上推导了一次成井预裂爆破延期时间,掏槽孔与相邻辅助孔、同分段辅助孔、相邻分段辅助孔的起爆时差等计算公式;同时提出了自下而上预裂爆破、先上下后中间光面爆破等6种一次成井起爆顺序。在华恒矿-650矸石仓,结合施工条件合理确定起爆时差等爆破参数,形成爆破设计方案。爆破过程中实现了分层、分段爆破,获得了良好的硐室成型,验证了形成的超深孔微差爆破技术是成功的,其结果对类似工程的实施具有一定的参考价值。     

Mechanism of tracer blasting

Summary A variety of overbreak control techniques are used during excavation with the drill and blast system. Tracer blasting is used in Canadian underground mines to minimize blast damage and involves placing a low-strength detonating cord along the length of a blast hole prior to charging with ammonium nitrate-fuel oil (ANFO). The results of tracer blasting are not always consistent and its mechanism is only hazily comprehended. In the absence of a clearly defined mechanism, it is difficult to analyse the results of tracer blasting and to identify the factors responsible for the inconsistency of results.A series of bench blasts and pipe tests were carried out to investigate the mechanism of tracer blasting. The evidence indicated partial deflagration and desensitization of ANFO, thus reducing the total available explosive energy. The rock mass surrounding the traced blasthole experienced a low level of ground vibrations. As a result of the continuous side initiation of ANFO, energy partitioning was more in favour of gas energy. A mechanism of tracer blasting has been proposed and the factors responsible for the inconsistency of the results have been identified in this paper.     

爆破地震破坏判据的探讨

对比了旧、新爆破安全规程并分析了其中的缺陷,对爆破破坏判据进行了讨论。根据其缺陷提出通过小波分析和傅立叶分析把地震波信号划分为几个频带,采用加权速度结合频率破坏判据,分频考虑地震波的频率影响。对工程应用有较大的实用价值。     

爆破漏斗理论探讨

阐明了爆破漏斗这种爆破破坏的基本形式在爆破研究中的重要地位和作用,系统介绍了集中和延长药包爆破漏斗研究的进展及其成果,特别对利文斯顿漏斗理论进行了阐述.在分析爆破漏斗形成机理的过程中,对岩石破碎理论做了综述性的回顾.     

隧洞开挖重复爆炸荷载作用下围岩累积损伤特性

隧洞毫秒爆破开挖推进过程中,预留岩体在重复爆炸荷载作用下产生不可逆的损伤叠加。而现有的岩体爆破损伤数值模拟基本都是针对单孔装药和单段爆破,很少涉及实际工程中的重复爆炸。基于LS-DYNA程序的用户自定义材料接口,将统计损伤演化模型嵌入到弹塑性本构材料中,模拟圆形隧洞全断面毫秒爆破过程中重复爆炸荷载作用下的岩体累积损伤效应,并考虑地应力对岩体爆破损伤的影响。计算结果表明,围岩损伤范围和损伤程度随重复爆炸荷载次数而增加,在一个爆破进尺内,围岩损伤的临界峰值质点振动速度较单段爆破降低了12%;爆炸荷载作用下,围岩主要表现为拉损伤,围岩地应力对爆破张拉效应起到非常敏感的"抑制"作用,在2¹0 MPa应力水平时,围岩爆破累积损伤范围随着应力增加而明显减小,围岩损伤的临界峰值质点振动速度增加24%10 MPa应力水平时,围岩爆破累积损伤范围随着应力增加而明显减小,围岩损伤的临界峰值质点振动速度增加24%⁵7%。     

并设小净距隧道爆破振动响应分析及控爆措施研究

通过大量二维、三维数值模拟计算,分析了围岩、净距、埋深等条件对小净距隧道爆破振动特性的影响,研究了先行隧道不同支护体系、不同中岩墙加固措施及后行隧道不同施工方案等情况下,小净距隧道中后行隧道爆破开挖对先行隧道的影响。根据研究结果,提出了中岩墙加固宜采用注浆加固、先行隧道初期支护宜及时跟进并封闭、掏槽眼宜远离中岩墙以及开挖进尺不宜大于净距的1/3等小净距隧道爆破施工的控爆措施,以供小净距隧道爆破开挖设计、施工借鉴。     

The analysis of ground vibrations induced by bench blasting at Akyol quarry and practical blasting charts

Ground vibrations arising from excavation with blasting is one of the fundamental problems in the mining industry. Therefore, the prediction of ground vibration components plays an important role in the minimization of environmental complaints. In this study, 582 events were recorded during limestone production at a quarry (Akyol Quarry) during a period of time. The blasting parameters of these shots were also carefully recorded. During the statistical analysis of the collected data, three predictor equations proposed by the United States Bureau of Mines (USBM), Ambraseys–Hendron and Langefors–Kihlstrom were used to establish a relationship between peak particle velocity and scaled distance described by these prediction equations. As a result of this analysis, the most powerful relationship was determined and proposed to be used in this site. And also, this equation was used in the derivation of the practical blasting charts specific to this site as a practical way of predicting the peak particle velocity and maximum charge amount per delay for future blasting.