炸药单耗对爆破块度分布影响的理论探讨

基于爆破块度分布的分形特征，从理论上推导了炸药单耗与爆破块度分布均匀性指数的关系，对爆破块度分布的预测具有重要的指导意义。     

综放顶煤爆破能量的分形研究

基于综放开采预爆破弱化坚硬顶工艺,利用分形理论建立岩石断耗能量与块度分维值之间的理论关系,推导出岩石爆破块度分数维与炸药单耗之间关系,进行了室内相似材料模型爆破实验,验证了上述理论关系,利用爆破岩石表面裂隙分布的分形维数值作了衡量指标,优化爆破孔网参数。     

岩石钻孔爆破粉碎区计算模型的改进

为了研究炮孔周围岩石的破坏机理,准确预测粉碎区的范围,提出了一种计算钻孔爆破粉碎区范围的改进模型。该四分区模型考虑了破裂区内侧的环向压应力和炮孔空腔膨胀的影响,假定粉碎区为丧失了内聚力但仍具有内摩擦力的散体介质。采用弹塑性力学理论推导了柱状装药起爆条件下的岩石钻孔爆破粉碎区半径公式。计算结果表明,岩石钻孔爆破粉碎区范围通常为1.2~5.0倍炮孔半径,不同种类岩石的粉碎区范围差别很大。与其他计算模型相比,本模型的计算结果与实验数据更吻合。     

基于环形自由面岩土高效爆破的研究与应用

针对岩石巷道掘进循环进尺慢,炮孔利用率低的问题,采用取岩芯技术在岩土中形成环形自由面,利用少量炸药即可达到高效爆破的效果。首先对取岩芯爆破模型进行数值模拟,对爆炸效果进行预估,并得到相关爆破参数;之后根据模拟结果进行爆破实验,制作两组水泥模型,分别模拟取岩芯爆破与传统爆破,在模型外部布置测振仪,测量爆炸过后模型的相关振动数据,并对两组模型的爆破效果与振动数据作出比较,得出取岩芯模型爆破效果及爆破振动要明显优于传统爆破模型。最后将该技术应用在某岩巷掘进现场进行爆破实验,取得成功。实验结果表明,利用取岩芯技术成形环形自由面进行爆破, 可以减少炮孔数, 降低炸药单耗,控制住爆破振动,提高爆破效率,达到高效爆破的目的,特别是该技术可应用于城市地下工程爆破。     

爆破振动速度预测安全保证系数的确定

基于爆破振动速度预测公式回归分析的基本原理,提出根据建筑物不同安全等级应选择一定的可靠性指标,并推导了预测爆破振动速度公式中所含安全保证系数的计算过程。为简化计算过程,又进一步提出了基于监测数据量、回归分析相关系数以及可靠性指标的关于安全保证系数计算的经验公式。经过大量监测数据验证了该经验公式的计算精度和可靠性均能满足工程实际需要,从而修正了萨氏公式预测精确度不够的缺陷,可为重要建筑物周边的安全爆破设计提供参考。     

时序控制预裂爆破参数优化及应用

针对白鹤滩水电站地下厂房的爆破开挖,为降低爆破对岩体的损伤,采用数值模拟与现场试验研究小孔径时序控制预裂爆破中,后爆孔孔间延期时间及后爆孔孔距对时序控制预裂爆破成缝的影响,从而获取合理的延期时间和最佳的后爆孔孔距。研究结果表明,孔径为42mm的时序控制预裂爆破,先爆孔孔距为35cm时,合理的起爆延期时间为75~100μs;综合考虑炸药爆炸能量利用率和成缝效果,最佳的后爆孔孔距为70cm。科学地采用时序控制预裂爆破不仅可以减小钻孔工作量与炸药用量,还能降低对岩体的损伤,可为地下厂房爆破开挖安全、高效的进行提供一条有效的途径。     

岩石力学性质的研究和爆破技术的改进

一、前言炸药爆炸后释放出大量能量,通过爆炸产物气体膨胀对岩石做功,能量以波的形式在岩石中传播,引起岩石变形、破坏、抛掷。爆破工程的任务就是要高效率地利用这种能量对岩石造成理想的块度,抛掷的岩石获得一定的初速,不应破坏的则要完整无损。要做到这些,一方面需对爆炸载荷如何引起岩石的变形、运动和破坏进行系统的实验观察,做出正确的理论分析,加深对爆破机理的认识,为爆破的最优设计打下理论基础,另一方面要有把这种理论变成现实,付诸工程实践的相应技术。      

高架桥混凝土多室箱梁水压爆破破碎机理数值模拟

高架桥钢筋混凝土箱梁属于薄壁空腔结构,钢筋含量高,难以进行钻孔爆破破碎。以武汉沌阳高架桥爆破拆除工程为背景,提出了采用水压爆破破碎多室钢筋混凝土箱梁的方案,并采用动力有限元数值模拟方法模拟了全封闭多室箱梁结构的水压爆破破坏过程,研究了炸药在水中爆炸后诱发的冲击波和爆生气体对下箱梁结构的双重作用过程;在对数值模拟与实际爆破效果分析基础上,探讨了箱梁水压爆破方案的药包布置方式、爆破参数和起爆顺序等。     

基于圆筒实验的RDX/Al炸药反应进程

对RDX炸药和2种铝粉质量分数分别为15%、30%的RDX基含铝炸药进行?50mm圆筒实验,研究铝粉含量对炸药做功能力的影响,根据格尼公式分析铝粉与爆轰产物的反应进程。结果表明:在圆筒实验记录的时间范围内,铝粉质量分数为15%的含铝炸药做功能力最强,RDX炸药次之,铝粉质量分数为30%炸药做功能力最弱;34μs时刻,铝粉质量分数为15%的炸药,铝粉的反应度为0.49,而铝粉质量分数为30%炸药铝粉的反应度仅为0.21,含铝炸药中铝粉的反应时间在50~200μs之间。     

山西漳泽电厂厂房控制爆破拆除

针对山西漳泽电厂老厂房爆破拆除工程的复杂环境及厂房的实际结构,确定了倾倒爆高位于不同水平,厂房划分为3个爆区,一次起爆,12响微差延期,整体定向爆破方案,设计了非电加强双回路网格式爆破网路,对各单响炸药量产生的爆破振动进行了准确计算及校验,采取了积极有效的附助物预处理及缩小触地坍塌距离等措施,取得了好的爆破效果,达到了设计要求,可供同类爆破工程参考．     

精确延时控制爆破振动的实验研究

为了探讨电子雷管在降低爆破振动和改善岩石破碎效果方面的作用机理,基于地震波传播过程中的能量变化,给出了孔间毫秒延时时间的计算公式。根据目前国内露天矿生产实际,设计并开展了模型实验。实验结果表明,合理的孔间延时控制能够降低爆破振动。在本文的模型实验中,12 ms延时间隔下爆破振动瞬时能量最大值分别是2、7和9 ms延时间隔下爆破振动瞬时能量最大值的19%、25%和36%,4和12 ms延时间隔下爆破振动速度峰值最大值是其他延时间隔下爆破振动速度峰值最大值的50%左右。提出的计算公式在实际工程中获得了良好的应用效果,同时验证了该计算公式的可行性。     

爆破工程地质控制论

爆破理论与技术的创新和发展,对我国爆破工程事业乃至基础设施建设都是十分重要的。在数十年爆破理论研究与生产实践的基础上,对爆破及其破岩的科学概念进行了定义,系统阐述了炸药能量特征、岩体介质特征、炸药能量与岩体介质相互作用等决定爆破作用机制和效果的因素及其相互关系,明确指出地质条件是爆破的基础,炸药能量特征必须与岩体介质特征来适应;基于岩体特性及其爆破特征,将自然岩体划分为似均匀连续体和不连续体两类。研究表明,在似均匀连续体中,岩体爆破作用机制和效果受微地形最小抵抗线控制;在不连续体中,受岩体结构特征控制。两者结合,形成了爆破工程地质控制论。     

不同耦合介质爆破爆炸能量传递效率研究

不耦合装药爆破可有效降低孔壁峰值压力,改善爆破效果。针对不同耦合介质爆破时爆炸能量的传递问题,考虑岩体应变率效应,理论分析了爆炸作用下岩体变形及破坏特征,得到不同耦合介质爆破时理论爆炸能量的传递效率,并结合数值模拟研究了岩体性质、炸药类别及不耦合装药系数对不同耦合介质爆破时爆炸能量传递效率差异的影响。研究结果表明,爆炸能量传递效率与耦合介质相关,装药结构相同时,水耦合爆破比空气耦合爆破爆炸能量传递效率高;不同耦合介质爆破爆炸能量传递效率的差异受爆破岩体、炸药性质及不耦合装药系数等因素影响;装药系数相同耦合介质不同的爆破,岩体强度越高,不同耦合介质爆炸能量传递效率差别越大;岩体性质相同时,不同耦合介质爆破间能量传递效率差异随不耦合装药系数的增大而增大,对于乳化炸药在粉砂岩中的爆破,不耦合装药系数由1.28增至3.44时,水耦合爆破传递入周围岩体的能量由空气耦合爆破的1.45倍增至6.52倍。研究结果可对优化爆破设计、改善爆炸能量分布提供参考。     

浅埋小净距隧道爆破损伤探测及数值模拟分析

为了研究爆破荷载对浅埋小净距隧道围岩造成的损伤影响,以济南顺河快速路南延工程浅埋暗挖段为工程背景,通过LSDYNA软件将建立的各向异性动态损伤本构用于隧道爆破的损伤数值模拟,研究炮孔周围的损伤范围;并基于声波测试原理,对浅埋小净距隧道围岩的损伤进行了现场探测。结果表明:在数值模拟中,单个炮孔爆破形成的最大损伤影响半径为0.58 m,最大损伤影响深度为1.88 m,根据岩体的损伤破坏阈值,岩体的破坏水平范围可达0.14 m,破坏深度为1.70 m;根据现场探测,中夹岩受双线隧道交替爆破开挖其损伤程度较围岩其他部位要高,爆破开挖对隧道围岩造成的损伤范围在0.50 m左右,与模拟结果相接近,验证了各向异性动态损伤本构的准确性。研究成果对浅埋小净距隧道的爆破开挖和损伤控制具有一定指导作用。     

爆破动载作用下新喷射混凝土累积损伤效应的模型实验

利用模型实验的手段模拟了巷道的爆破掘进,并在实验中辅以声波测试,通过分析声波波速和声波波形的变化规律,研究了新喷射混凝土在多次爆破动载作用下的累积损伤效应。实验结果表明,爆破次数、与掌子面之间的距离和爆破药量均会影响喷射混凝土的累积损伤,这种影响体现在声波波速和波形2个方面:爆破次数增加、距离减小和药量增加,则声速降低值越大,波形变化越明显,即累积损伤值越大;爆破次数和距掌子面的距离均与累积损伤呈非线性关系,其中距离与爆破损伤之间的非线性关系可以用二次多项式进行较好的拟合;第一次爆破对声速和波形影响最大,造成的单次损伤值也最大;在小药量爆破的情况下,测试面的最大累积损伤值达到了0.1268,表明爆破近区喷射混凝土的损伤是需要关注的重点。     

循环爆破开挖下隧道围岩振动效应与损伤演化的模型实验

针对推进式循环爆破开挖下隧道围岩振动效应与损伤演化问题,按照相似比理论进行模型实验研究,实验模型采用1:15比例浇筑制成。通过模拟隧道推进式循环爆破开挖方式,以同一测点处爆破前后岩体声速变化评价隧道围岩损伤程度,探寻爆破参量变化对振动效应的影响,探索围岩损伤演化与爆破次数之间的关系。研究结果表明:在最大段药量大致相同情况下,起爆段数对萨道夫斯基公式的介质系数K影响很小,而对萨道夫斯基公式的衰减系数α影响较大;隧道在推进式循环爆破开挖下,同一深度距离爆区相同的测点,其声速降低率存在较大差异,围岩的爆破损伤范围在深度和广度方面均具有典型的各向异性特征;当爆炸参量基本相同时,不同循环爆破开挖下测点的累积声速降低率呈非线性增长趋势;在推进式循环爆破加载下,围岩爆破累积损伤量D与爆破次数n之间存在非线性演化特性,不同的测点具有各自的爆破累积损伤扩展模型,距离爆源越近爆破损伤扩展越快,围岩爆破累积损伤效应具有典型的非线性演化特性和各向异性特征。     

基于连续-非连续单元方法的露天矿三维台阶爆破全过程数值模拟

爆破开采是露天矿采选总成本控制的首要环节，数值模拟是进行露天矿爆破开采优化设计及爆破效果分析的有效手段。利用连续-非连续单元方法（continuum-discontinuum element method，CDEM）对露天矿的三维台阶爆破过程进行了模拟，通过朗道爆炸模型实现了爆炸作用力的精确计算，通过弹性-损伤-断裂本构实现了岩体损伤破裂过程的描述，通过半弹簧-目标面及半棱-目标棱的联合接触算法实现了破碎岩块碰撞、飞散及堆积过程的高效模拟。开展了小尺度单自由面爆破过程的数值模拟，计算给出的块度分布曲线、爆破漏斗体积等参数与文献中模型实验的结果基本一致，证明了CDEM及本文所述各类模型在模拟爆炸破岩方面的精确性。以鞍千矿南采区的露天铁矿爆破开采为研究对象，建立了3排21炮孔的三维台阶爆破概化模型，模拟了从炸药起爆、岩体损伤破裂到最后爆堆形成的全过程；计算结果表明，除后缘拉裂槽外，数值计算给出的爆堆形态、顶部鼓起高度等与现场的测试结果基本一致，证明了利用CDEM开展三维露天台阶爆破全过程模拟的可行性。     

空孔对直眼掏槽参数及爆破效果的影响研究

为解决含空孔直眼掏槽中炮孔间距、炮孔与空孔距离的确定问题,首先,从爆生气体膨胀做功致裂岩体和空孔效应入手,推导了爆生裂纹的长度计算公式,确定了掏槽炮孔间距a和炮孔与空孔距离L的计算公式,得到了大空孔直眼掏槽空孔处片裂区长度公式,确立了应力集中作用下空孔迎爆侧径向裂纹产生的判据;然后,以灰岩(硬岩)和泥岩(软岩)对比分析了不同设计思想下的爆破参数和掏槽效果;最后,结合工程实践验证了理论分析的可靠性。结果表明:不同设计思想下,含空孔直眼掏槽的爆破破岩机理不同,以a为主时,相邻炮孔间裂纹的贯通是形成槽腔的关键,而以L为主且考虑空孔效应时,炮孔与空孔优先贯通形成槽腔。硬、软岩中应力波(动作用)与爆生气体(静作用)对爆生裂纹长度的贡献率约为4∶1和9∶1,空孔效应导致的软岩的片裂区大于硬岩的,爆破参数设计时应重点考虑;而空孔处产生径向裂纹的临界距离均小于炮孔爆生裂纹长度与空孔半径之和,因此不会产生径向裂纹,爆破参数设计时可不予考虑。以上结果说明,不同设计思想对槽腔掏槽爆破参数和槽腔爆破效果影响较大,基于爆生气体致裂的爆生裂纹长度计算模型可为爆破参数设计提供参考。     

一维轴对称杆件爆源模型及其在台阶爆破模拟中的应用

为了解决在实体炮孔建模时需要加密网格、计算量大等问题,提出了一种一维轴对称爆源模型:利用一维线状杆件表述炮孔及炸药,实体单元表述周围岩体,通过杆件节点与实体单元的拓扑关系,将杆件节点上的爆生气体压力施加至周围实体单元上,并根据实体单元的体应变计算出杆件节点处的横截面变化情况,从而实现模拟炸药与周围岩体的相互作用。通过与实体炮孔模型的数值对比分析,发现压力衰减指数为1.25时,一维轴对称爆源模型获得的径向质点峰值振动速度（peak particle velocity, PPV）衰减规律及振动速度时程曲线与实体炮孔模型基本一致,证明了该模型在模拟爆破问题中的精确性。针对混凝土块动态爆破破坏特性的研究,通过与文献对比分析,进一步验证了该模型的正确性。为验证该一维轴对称爆源模型在台阶爆破模拟中的应用,以鞍钢露天铁矿台阶爆破开采为研究对象,建立了5排50炮孔三维台阶爆破概化模型,模拟了爆区内露天边坡的损伤破坏状态。数值计算结果表明,爆区内拉伸破坏为主,并且除了离爆源较近的第一个测点外,其余测点处的振动速度峰值大小及其随距离的变化规律与现场实测数据基本一致,证明了所提爆源模型在三维台阶爆破远场模拟的可行性。     

岩石爆破破碎能耗随抵抗线的变化规律

针对爆炸荷载下岩体破碎块度和有用功能耗及能耗利用率问题,运用断裂力学、分形基础理论分析和模型实验等方法,对爆炸荷载下岩体破碎块度和能耗利用率随最小抵抗线的变化规律开展了系统的分析研究。研究结果表明:在模型实验条件下,破碎块度分形维数在1.2～1.7之间,随最小抵抗线增大呈现较好的线性衰减趋势;破碎能耗随最小抵抗线呈现先增加后降低的趋势,爆炸能量利用率在4.57%～12.51%之间,趋势与能耗值一致,模型实验中能耗利用率存在最大值;破碎块度与能耗利用率变化趋势相反,说明在最小抵抗线变化过程中存在一个最佳值,使得破碎块度和能耗利用率均处于最优状态,模型实验中这一最佳值为160 mm,是装药直径的26.7倍。该研究结果可为提高爆炸能利用率理论分析及工程中降低大块率的设计和施工提供理论依据。