基于有限元数值计算的硐室爆破震动分析

采用有限元方法对某硐室开挖爆破振动进行了数值模拟, 并与爆破振动现场测试结果进行了对比分析, 测试与数值模拟PPV峰值振动速度结果基本吻合。根据单元峰值有效应力进行回归分析, 得出衰减规律基本遵循负幂指数规律衰减。数值计算结果表明, 数值模拟能够揭示岩石内部的爆破情况, 反应岩石内部爆破应力分布的规律, 研究结果对爆破施工有一定的指导意义。     

隧洞开挖爆破对地表振动速度影响的数值模拟分析

采用有限元数值模拟对地下隧洞爆破进行模拟,并与实测数据进行对比,测试结果与数值模拟振动速度峰值结果基本吻合。根据单元峰值有效应力进行回归分析,得出基本遵循负幂指数的衰减规律,且数值模拟能够揭示起爆药量和爆心距的关系。研究结果对爆破施工有一定的指导意义。     

爆破荷载作用下新建与既有隧道支护结构

系统研究爆破冲击同时对新建隧道和既有隧道支护结构动力影响具有重要意义。以某隧道接近既有隧道为例,建立爆破施工对既有隧道和新建隧道支护结构的影响三维模型,利用高能炸药材料模型及JWL状态方程来模拟爆破荷载作用下既有隧道的动力响应特性,结合LS-DYNA显式动力分析程序和多物质流固耦合算法较为准确地对新建隧道的爆破机理进行数值模拟,对爆破荷载作用下既有隧道二次衬砌与新建隧道初期支护的动力响应规律展开研究,得到了不同工况下新建隧道二衬和既有隧道初支在不同时刻的振速分布规律、位移变化云图。结果表明：不同围岩等级既有隧道二次衬砌的动力响应规律十分相似,爆破冲击波最先传到既有隧道二次衬砌上迎爆侧边墙上,既有隧道二次衬砌结构上质点沿X方向振速峰值最大,衰减较快。当距离掌子面一定距离后,新建隧道拱脚处振速峰值超过拱顶位置,不同位置振速大小依次是拱脚＞拱顶＞拱腰。初期支护上质点X、Y、Z 3个振动方向中沿Z方向即隧道中心线方向振动较大,衰减较快。炸药起爆后,新建隧道初期支护上不同位置在爆破冲击波的作用下,沿着掌子面往洞口方向依次发生振动,同一断面上,拱顶和拱脚位置振速较大,施工中应加强监测。     

爆破荷载作用下新建与既有隧道支护结构动力响应研究

系统研究爆破冲击同时对新建隧道和既有隧道支护结构动力影响具有重要意义。以某隧道接近既有隧道为例,建立爆破施工对既有隧道和新建隧道支护结构的影响三维模型,利用高能炸药材料模型及JWL状态方程来模拟爆破荷载作用下既有隧道的动力响应特性,结合LS-DYNA显式动力分析程序和多物质流固耦合算法较为准确地对新建隧道的爆破机理进行数值模拟,对爆破荷载作用下既有隧道二次衬砌与新建隧道初期支护的动力响应规律展开研究,得到了不同工况下新建隧道二衬和既有隧道初支在不同时刻的振速分布规律、位移变化云图。结果表明:不同围岩等级既有隧道二次衬砌的动力响应规律十分相似,爆破冲击波最先传到既有隧道二次衬砌上迎爆侧边墙上,既有隧道二次衬砌结构上质点沿X方向振速峰值最大,衰减较快。当距离掌子面一定距离后,新建隧道拱脚处振速峰值超过拱顶位置,不同位置振速大小依次是拱脚拱顶拱腰。初期支护上质点X、Y、Z 3个振动方向中沿Z方向即隧道中心线方向振动较大,衰减较快。炸药起爆后,新建隧道初期支护上不同位置在爆破冲击波的作用下,沿着掌子面往洞口方向依次发生振动,同一断面上,拱顶和拱脚位置振速较大,施工中应加强监测。     

双线隧道爆破振动危害数值模拟研究

以某双线隧道为研究对象,运用ANSYS/LS-DYNA程序就爆破动荷载对隧道结构影响进行有限元分析,获得了掘进隧道和相邻隧道质点振速、单元最大主应力分布特征,计算得到质点峰值振速与实测结果相对误差不超过8%.数值模拟的最大主应力结果表明:掘进隧道右侧墙受爆破振动影响最大,拱肩次之,拱脚处爆破影响最小;相邻隧道迎爆侧受爆破振动影响严重,侧墙处影响最大,拱顶次之,背爆侧受爆破影响小.     

综采工作面顶板预裂爆破振动对临近村庄民居的影响研究

为了弱化坚硬顶板，减小顶板来压剧烈程度，保证开采过程的安全，山西高平科兴米山煤业有限公司选用顶板预裂爆破的方法人为破坏顶板。首先采用理论计算得出爆破所产生的振速峰值|然后利用数值模拟软件ANSYS/Ls-Dyna建立物理模型，对切眼顶板预裂爆破破碎的全过程进行数值模拟，提取预先设置的所有爆破观测点的爆破振动峰值|最后与理论计算值进行综合分析比较。结果表明，理论经验公式估算与数值模拟计算的结果基本吻合|距离居民区最近测点峰值振速不超过安全允许值，即表明按照设计的顶板预裂爆破方案进行爆破作业不会对上冯村民居的安全性产生明显影响。     

标准正态分布在高程爆破振动评价与预测中的应用

为降低露天矿台阶爆破因边坡高程放大效应对边坡造成的损害,减小通过修正的萨道夫斯基公式计算出的质点峰值速度v0与实际质点峰值速度v的误差,提高控制爆破振动强度的能力,基于标准正态分布,为爆破振速峰值建立随机变量v的分布函数。利用MATLAB中的二元线性回归模型求出爆破振动速度预测公式,对露天矿台阶边坡进行爆破振动评价和安全炸药量预测。通过工程实例与修正的萨道夫斯基公式进行对比发现,单段最大安全药量减少了约567kg,与实际更加吻合,且目标设施得到保护的概率提高了40.15个百分点,对比结果表明:利用概率公式对爆破振动进行评价和安全药量预测,其结果明显优于修正的萨道夫斯基公式。     

基于量纲分析的爆破振动质点峰值速度预测公式

质点峰值振动速度预测是爆破设计及爆破灾害控制中的重要内容。基于量纲分析理论,引入爆破振动速度监测点与爆源之间的地形（高程差和水平距离）影响因子,重构了爆破振动质点峰值速度预测公式。采用多元非线性回归拟合法,结合某矿山爆破现场实测数据进行了质点峰值振动速度预测,并与常用的质点振动速度公式的预测结果进行了对比。结果表明：基于量纲分析构建的爆破振动质点峰值速度公式的预测精度更高,水平径向、水平切向、竖直方向上质点峰值振动速度的预测值与实测值之间的相对误差平均值均最小,分别为14.62％、12.46％、12.17％,预测精度较现有公式分别高出5.01%~10.28%、1.92%~10.55%、6.07%~16.16%。     

基于量纲分析的爆破振动质点峰值速度预测公式

质点峰值振动速度预测是爆破设计及爆破灾害控制中的重要内容。基于量纲分析理论，引入爆破振动速度监测点与爆源之间的地形（高程差和水平距离）影响因子，重构了爆破振动质点峰值速度预测公式。采用多元非线性回归拟合法，结合某矿山爆破现场实测数据进行了质点峰值振动速度预测，并与常用的质点振动速度公式的预测结果进行了对比。结果表明：基于量纲分析构建的爆破振动质点峰值速度公式的预测精度更高，水平径向、水平切向、竖直方向上质点峰值振动速度的预测值与实测值之间的相对误差平均值均最小，分别为14.62％、12.46％、12.17％，预测精度较现有公式分别高出5.01%~10.28%、1.92%~10.55%、6.07%~16.16%。     

爆破振动主振频率与质点速度峰值关系的研究

在对实测数据回归分析得到爆破振动主振频率预测公式的基础上,结合质点速度峰值的预测公式,建立了爆破振动主振频率与质点速度峰值关系式的基本形式,并通过在不同爆破条件下的监测数据的回归分析,对所提出的关系式的正确性进行了验证。     

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。     

复线隧道爆破优化设计与实践

以新风平岭2号隧道复线隧道进口开挖为研究对象,通过在隧道施工爆破过程中对邻近隧道进行现场的振动监测,应用萨道夫斯基经验公式对现场监测数据进行回归分析,控制不同目标、不同间距情况下最大起爆药量,炮眼布置方案等。既有隧道和新开发隧道间采用超前锚杆加固,增强稳定性。通过对振速波形图的分析,找到延时爆破最大振速的段位,降低该段位最大装药量以便降低最大振速,保证邻近隧道振动速度控制在安全范围内,指导后续施工。     

不同布置条件下邻近隧道掘进爆破对既有隧道的影响

采用动力有限元建立三维模型,并参考实际爆破振动速度,计算了开挖隧道位于既有隧道上部、左边和下部3种布置情况,通过分析既有隧道围岩的质点振动速度以及混凝土衬砌的应力分布,得出迎爆侧首先是纵波到达,因此垂直于壁面的质点振速要远远大于其他2个方向上的质点振速;随着应力波的传播,纵波的衰减指数大于面波的衰减指数.边界条件影响质点振动规律,质点振速在突变边界条件下的峰值衰减指数大于渐变边界条件下的衰减指数.另外,拱形结构的抗冲击荷载的能力大于平面的情况.     

预裂爆破在尖山磷矿高边帮开采中的应用

合理设计预裂爆破参数,能够将爆破振动对采矿预留高边坡的扰动降到最小。以尖山磷矿东采区已形成的高边坡为例,基于爆破理论及经验公式,结合国内外较为成熟的研究结论,确定预裂爆破的炮孔直径、炮孔间距、装药不耦合系数和线装药密度等参数,将预裂爆破试验振动速度值与回归分析得到的边坡质点振动速度公式计算值比较发现,该爆破参数取值的预裂爆破方案的平均减振率可达52.5%,说明优化的预裂爆破方案对高边坡保留岩体的减振效果明显,建议在尖山磷矿东区高边坡周围开采中广泛采用。     

用综合系数法评价爆破震动作用下巷道稳定性

为保障爆破震动作用下巷道的安全与稳定,采用Blastmate III测振仪对铜坑矿生产爆破现场进行了爆破震动监测测试,结合测试结果采用综合系数法对巷道的稳定性进行了评估,得到了不同综合系数K值下满足巷道稳定的最大单段药量计算公式,提出了合适的爆破方式及支护形式。其评价分析方法和结论对相似矿山具有一定的参照意义。     

地下开采爆破振动对地表构建筑物的影响研究

为考察山东某金矿地下开采爆破振动对地表建筑物的影响, 采用Instantel Blastmate Pro 6振动和过压监测仪分别在地下某采场爆破工作面附近和地表构建筑物开裂附近进行振动监测。通过地下开采爆破振动监测数据和MATLAB软件, 回归拟合得到爆破振动速度衰减公式--萨道夫斯基公式, 理论计算结果表明, 地表构建筑物附近爆破振动不会对地表建筑物造成影响。通过地表构建筑物附近振动监测数据和Origin软件, 得到地表构建筑物附近爆破振动质点振动速度值和频率值, 再次从实际层面论证了地下开采爆破振动不会对地表构建筑物造成影响。     

萨热克铜矿采场爆破对相邻采场的影响

地下矿山采场爆破对相邻采场围岩的稳定性造成扰动是不可避免的,当爆破单段起爆药量过大时,采场容易出现片帮或冒顶。因此研究地下采场回采时爆破振动对相邻采场的影响,从而保证地下采场的安全和稳定是很有必要的。结合新疆萨热克铜矿生产情况,采用现场爆破振动测试和数值模拟分析相结合的方法研究萨热克铜矿地下采场爆破振动对相邻采场围岩的影响,利用萨道夫斯基经验公式对测试数据回归分析,得出地震波传播衰减公式。数值模拟研究爆破过程中邻近洞室的质点振动速度特点,相邻采场洞壁动应力分布规律以及爆破动应力与振动速度的关系。     

基于回归分析的边坡爆破振速高程效应研究

为研究边坡深孔爆破载荷作用下高程差与水平距离2项参数对振动速度影响程度,运用LS-DYNA建立工程相似模型进行模拟,并基于萨道夫斯基公式与高程差修正公式分别对测点振速进行单、多元回归分析。结果表明,经典萨道夫斯基公式对台阶平整地形下的振动速度拟合度较高;边坡面上随高程的改变出现明显的振速放大效应,沿边坡面的爆破振动速度与高程差的相关系数比水平距离与其相关系数高约12%;采用两种速度公式对坡面不同高程差位置的爆破振动速度回归分析,结果显示高程差修正公式的拟合度明显高于萨道夫斯基公式的拟合度。     

尾矿库排洪隧洞与采石场开采相互影响安全性研究

湖南某钨矿尾矿库加高扩容工程次年新建排洪隧洞穿过采石场下方,隧洞开挖与采石场开采对双方的安全性产生影响,需要开展安全性评价。为此分析了排洪系统与采石场的相互位置关系,通过室内试验得出采石场周围岩体的力学参数,采用有限元数值模拟方法分析了排洪隧洞开挖对采石场安全影响,得出排洪隧洞开挖影响范围为7.5~12.5 m,不会对采石场生产早晨安全造成影响;依照规程规范分析了采石场爆破振动对排洪隧洞的影响,得出在采石场目前生产区域采用中深空爆破或浅孔爆破,排洪隧洞处的振动速度分别为12.1 cm/s、10.1 cm/s,在允许安全值内;在采石场设计范围最底部台阶爆破时,爆破药量须控制在25 kg以内。研究结果为今后尾矿库排洪系统及采石场的正常运行提供有利的依据。