侧向荷载下组合孔爆破参数优化取值试验研究

随着浅部资源开采逐渐进入深部，深井高地应力问题愈发严重。为研究深部金属矿山回采过程中由于采切工程带来的单侧高地应力问题，通过理论分析推导了深部无限岩体内炸药爆炸压碎圈半径、裂隙圈半径的扩展公式，认为初始地应力对炸药爆破裂隙具有抑制作用，且对裂隙圈半径扩展的抑制作用更明显。不同单侧围压下组合孔爆破模型试验结果表明：随着单侧围压加大，组合孔爆破漏斗体积减小，炸药单耗增加，单侧围压加大对组合孔爆破同样呈抑制作用。在理论分析和模型试验的基础上，采用LSDYNA软件建立了赞比亚谦比希铜矿井下采场三维模型，开展了单向围压15 MPa下采场组合孔爆破参数（孔距、抵抗线）优化研究。研究表明：当抵抗线W=1.8 m、孔距 a=2.4 m时，即W=23.68[?]、a=31.58[?] （[?]为炮孔直径）时，爆破漏斗体积得到最大值，此时可取得最大的炸药能量利用率。研究结果对于矿山现场爆破参数优化具有一定的参考价值。     

边坡爆破开挖中岩体裂纹扩展机理及数值分析

采用动力有限元分析软件,研究了在爆破荷载作用下,荷载作用时间以及岩石参数对裂纹尖端动态应力强度因子的影响。分析结果表明,KⅠ(t)动态应力强度因子随着荷载时间的加大其最大峰值增大,曲线驼峰增宽;岩石弹性模量改变裂纹的起裂时间;岩石密度越小越易扩展。     

爆破荷载作用下空洞效应对围岩振动速度的影响

以某高速公路工程的隧道工程为依托,针对隧道爆破施工中空洞效应对围岩振动速度的影响问题,根据能量法和地震波传播规律推导出爆破荷载作用下已开挖区和未开挖区围岩振动速度计算公式,采用有限差分软件模拟不同荷载作用下围岩振动速度的变化规律,并验证了计算公式的准确性。结果表明,空洞效应下的围岩振动速度数值模拟计算结果和计算公式求解结果误差在6%以内; 爆破荷载0.8 MPa作用下,空洞效应影响较大的区域位于距掌子面8~12 m处的隧道拱顶处,距掌子面8 m处的开挖区与未开挖区隧道拱顶处的振动速度差值为2.23 cm/s,商值为1.21倍; 在一定荷载范围内,荷载越大,空洞效应对围岩振动速度影响越明显,已开挖区与未开挖区振动速度差值的峰值距掌子面越远。     

扇形孔爆破裂隙的数值模拟

对扇形孔爆破裂隙产生机理的认识可以为改进爆破方案提供科学依据。利用程潮铁矿中深孔落矿参数及岩石的基本力学参数,通过AUTODYN软件,应用Johnson-Holmquist(J-H)材料模型,来模拟岩石爆破产生的裂隙。通过在炮孔之间的孔底、中间和孔口位置添加高斯点来记录爆破过程中最大爆破应力变化。通过模拟结果分析,炮孔越是密集的地方爆破应力越大,爆破裂隙也越多;相邻炮孔间隔时间起爆可以大幅度提升孔底岩石的最大爆破应力;相邻炮孔间距较小时,间隔时间起爆的作用就不明显了,岩石受到的最大爆破应力主要受距离近的炮孔爆破应力波的影响。     

煤体爆破作用机理模拟试验研究

为进一步改善煤体爆破效果,在岩石爆破理论基础上分析了煤体爆破作用特点与原理,确定了煤体爆破损伤断裂准则。试验结果表明：煤体中爆炸应力波一般包含两段波形,爆炸应力波的衰减速度较一般岩石更快,爆炸应力波的主要作用是形成少量新裂隙、激活原生裂隙并打破瓦斯气体的平衡状态;煤体爆破损伤包含爆炸波作用的初始阶段和爆生气体与瓦斯气体作用的后期阶段,在近区,爆破损伤以爆炸波的衰减速度迅速减小;中远区在准静态爆生气体和瓦斯气体压力作用下爆破损伤缓慢减小。LS-DYNA数值模拟结果表明,瓦斯对煤体爆破具有积极作用,瓦斯压力可以增大应力波作用时间和应力峰值。煤体爆破是爆炸应力波、爆生气体和瓦斯气体共同作用的结果。     

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。     

综掘硬岩段深孔超前爆破研究与应用

针对硬岩巷道综掘施工难度大的问题,提出采用深孔超前爆破技术,以增大岩体内裂隙和损伤范围,降低综掘机切割难度。以淮北矿业集团桃园煤矿为例,进行了原岩应力作用下爆破裂隙和损伤范围的理论分析和数值模拟研究,据此设计了大直径深孔超前爆破参数,并进行现场试验研究,研究结果表明:炮孔直径75 mm、药柱直径63 mm的爆破炮孔周围0.424 m范围内的Von Mises应力在177 MPa以上,形成破裂区;损伤范围0.424~2.3 m;爆破后综掘机施工速度提高了40%~50%、而截齿消耗降低了52.4%;对爆破振动实测并分析得出爆破振动能量集中在50~160 Hz频带范围内,没有对巷道围岩及支护结构造成破坏。     

基于PPV安全判据的顶板弱化爆破参数优化设计

针对综采工作面高地应力坚硬顶板弱化问题,以祁东矿3245工作面为工程背景,通过LS-DYNA模拟得到了初始地应力20MPa、侧向压力系数为0.5时顶板岩体中爆炸应力波和爆破振动的时间历程曲线,研究了峰值应力与振速随爆心距的衰减规律。通过引入初始应力修正系数对PPV安全判据得出的裂隙区半径进行修正,最终结果表明最大炮孔间距小于13.4m时顶板岩石的爆破损伤效果较好,现场应用对研究结论的合理性进行了验证,可为类似工程爆破的参数设计提供参考。     

爆破动荷载作用下深埋隧道失稳破坏模拟研究

为了研究爆破动态扰动对深部隧道工程的影响,借助颗粒流程序PFC开展爆破动荷载作用下深埋隧道失稳破坏的数值模拟,分析了不同埋深隧道围岩的损伤演化规律。研究结果表明:在距离隧道一定高度的顶面施加爆破动荷载,随着埋深的增加,围岩损伤程度越严重,损伤集中于隧道的两帮,并逐渐由隧道右侧向顶板发展;隧道的失稳破坏是由爆破荷载和地应力共同造成的,爆破荷载主要使隧道围岩产生节理裂隙,而在高地应力的持续作用下,可能引发岩块的剥离和弹射。     

含瓦斯煤体爆破裂隙发展规律的探讨

本文在现有岩石爆破机理基础上,根据含瓦斯煤体爆破特点,利用断裂力学方法对含瓦斯煤体爆破裂隙发展规律及范围进行了分析探讨,得出了含瓦斯煤体存在次生裂隙区,从而增大了裂隙区范围的结论。并通过模型试验进行验证,试验结果与理论分析相吻合。     

深埋巷道的爆破开采活动对邻近巷道稳定性影响研究

以某铁矿出矿巷道为工程背景,针对爆破开采扰动影响下临近巷道易发生片帮、冒顶等安全问题,运用FLAC3D数值软件分别对自重应力作用下和爆破荷载作用下临近巷道围岩的应力、位移和塑性区的变化特征进行数值模拟分析,并且与现场实测振动数据进行了对比分析。结果表明：同自重应力状态相比,爆破荷载影响下临近巷道围岩的最大水平位移、最大拉应力及塑性区体积均有着很大程度的增长,增幅分别达到了68.2%、58.6%及76.5%,临近巷道发生失稳破坏的概率显著增加;爆破开采活动对既有巷道迎爆测直墙中上部围岩稳定性影响最大,拱顶及墙脚处围岩受到的影响次之,而对远离爆源侧围岩影响很小。为避免爆破引发临近既有巷道失稳破坏,需加强对既有巷道的迎爆测直墙中上部等危险部位的监测与支护,并对地质条件薄弱区域及时采取素喷混凝土或锚网喷混凝土等有效的支护措施。     

卸压爆破下岩体损伤模拟研究

深部矿床应力集中区易诱导岩爆等地质灾害,利用卸压爆破法将应力集中区多余的能量释放,使整个能量体系达到动态平衡,实现高应力向深部岩体转移,围岩应力重新分布,继而达到防治岩爆的效果。为研究深部初始地应力场对卸压爆破效果的影响,采用ANSYS/LS-DYNA软件分别模拟3种开采深度条件下岩体卸压爆破过程。结果表明,开采深度由1 000 m增加到3 000 m 时,卸压爆破损伤范围变化较为显著,随初始地应力进一步加大,地应力对卸压爆破损伤抑制作用进一步加剧,导致爆炸应力波和爆生气体所形成的损伤区体积逐渐缩小,呈非单调变化;岩体卸压爆破损伤类型由拉伸破坏逐渐转向为剪切破坏,地应力对拉伸破坏起进一步抑制作用,对剪切破坏起到促进作用。结果对深部矿体卸压爆破设计具有理论指导意义。     

爆破作用下低渗砂岩铀储层的岩石损伤范围研究

爆破增渗方法可有效提升地浸采铀效率，而爆破范围是影响增渗效果的关键参数。为了研究低渗砂岩铀矿中爆破损伤范围分布特征和裂纹扩展规律，基于LS-DYNA软件，采用RHT材料模型，分析了不耦合系数K和地应力对砂岩爆破损伤区范围和裂纹扩展的影响规律。结果表明：随着不耦合系数K的增大，岩石的粉碎区半径逐渐减小，缩减至同炮孔半径近似；裂隙区裂纹呈现先增大，后稳定的分布规律，在K=1.75取得了较好的爆破效果。随着地应力的增大，岩石的粉碎区形状和范围基本不发生变化，而裂隙区范围整体呈现先缩小后稳定的分布规律。本研究对低渗砂岩铀矿爆破增渗中爆破范围的确定具有理论指导意义。     

高地应力条件下爆破漏斗实验及数值模拟研究

爆破漏斗最佳埋深是矿山爆破设计时的重要参数之一,随着开采深度不断向下延伸,开展高地应力条件下爆破漏斗相关研究对爆破设计及参数选取具有重要意义.以狮子山铜矿16中段的凿岩巷道为试验地点,在水平应力为25.5 MPa和垂直应力为21.1 MPa的岩体中开展了10个爆破漏斗试验,获得该区域爆破漏斗试验数据.同时,基于试验获得...     

爆破开采诱发周边岩体损伤破裂的数值模拟研究

基于连续-非连续单元方法（CDEM）中的朗道点火爆炸模型及拉剪复合应变软化模型,探讨了爆破开采与炮孔周边岩体损伤破裂程度的对应关系。通过量纲分析,确定了爆破诱发岩体损伤破裂的主要影响因素;通过应变软化的Mohr-Coulomb模型及最大拉应力模型,详细探讨了不同黏聚力及抗拉强度下,炮孔周边岩体的损伤因子随爆破距离的变化规律。数值计算结果表明：炮孔附近以压剪破坏为主,岩体处于完全损伤状态,出现具有一定半径的密集破碎带;在远离炮孔的区域,以张拉破坏为主,出现若干条贯通性的张拉裂缝;损伤因子随爆破距离的增加呈指数型衰减,并拟合获得了损伤因子与无量纲爆破距离、无量纲黏聚力及无量纲抗拉强度间的函数关系;强损伤区（损伤因子大于0.9的区域）的临界半径一般在2.5~5.5 m,仅受黏聚力控制;弱损伤区（损伤因子小于0.1的区域）的临界半径一般大于8 m,受黏聚力及抗拉强度的联合控制。     

修正RHT模型在岩体爆破响应数值模拟中的应用

岩体爆破是一个极其复杂的物理过程,应用数值模型研究岩体爆破响应的关键在于能否准确地描述岩体在不同应力状态下的力学行为。基于应用标准RHT模型模拟岩体爆破破碎过程存在的缺陷,对RHT模型进行改进,提出了双线性拉伸软化模型,在残余强度面方程中引入罗德角因子,修正了应变率增强因子和拉-压子午比的计算公式。将修正后的RHT模型植入SHALE程序中,并通过不同应力路径下的数值试验检验了修正RHT模型性能。应用修正RHT模型和标准RHT模型分别对爆破漏斗试验进行数值模拟。计算结果表明,修正RHT模型在自由面处形成的爆破漏斗半径更接近于现场试验的实测结果,验证了修正RHT模型的合理性和准确性,说明该模型在岩体爆破响应数值模拟中具有一定的参考价值。     

“空孔效应”对光面爆破效果的影响分析

采用半理论半数值模拟的方法分析了"空孔效应"对光面爆破效果的影响。理论方面,分析比较了普通光面爆破和带空孔的光面爆破两种方式下岩石中的应力场。数值模拟方面,以云南省某铁路隧道为工程背景,建立了两种方式下的三维数值模型,并进行了炮孔周围应力云图分析及相邻炮孔孔心连线1/2处位置单元破坏情况判断。分析结果表明:"空孔效应"使得炮孔附近的应力增大,且切向拉应力的极大值出现在孔心连线方向,有利于该部分岩石的拉开、脱离和抛掷。另外,在"空孔效应"作用下的拉伸破坏范围要明显大于普通光面爆破的拉伸破坏范围,有利于平滑轮廓面的形成。     

高应力爆破扰动条件下巷道围岩损伤数值模拟研究

深部巷道围岩在频繁爆破扰动作用下微裂隙不断产生、扩展与贯通,形成宏观破裂,岩体失稳灾害日益突出。本文采用FLAC3D软件,考虑不同侧压力系数,开展高应力爆破扰动条件下巷道围岩损伤规律研究。结果表明：应力环境明显影响巷道围岩的损伤特征。初始应力条件决定巷道围岩的破坏区域和破坏形态分布,爆破扰动会加剧巷道围岩的损伤,加快破坏速度。与初始应力状态相比,爆破扰动造成巷道围岩松弛区变厚、应力集中程度和影响范围增大,同时改变围岩中位移的分布特征和范围,并增大围岩的最大位移量。巷道围岩所受双向载荷差值越大,爆破扰动作用后塑性区的深度就越深,破坏增量也越大,巷道围岩塑性区的范围远大于松弛区。支护工程应控制松弛区围岩,避免其发生垮落。研究为深部巷道围岩控制提供支撑。