聚能爆破在岩石控制爆破技术中的应用研究

聚能爆破技术是岩石控制爆破技术中有待开发的领域.根据爆炸力学、岩石断裂力学理论,从当前控制爆破面临的问题入手,对线性聚能药包(Linear shaped charge)在岩石定向断裂爆破中裂纹的产生及扩展进行了研究,并利用自制线性聚能药包在巷道掘进中进行了工程试验.试验结果表明由聚能药包岩石定向断裂爆破有明显的定向作用,裂纹的定向断裂控制效果理想,经济和社会效益明显.     

台阶爆破破碎度的分布规律

本文采用摄影方法在海州露天煤矿对台阶爆破破碎块度进行了测量。根据现场试验所获得的数据,通过多元曲线拟合处理,给出了二种岩石爆破破碎块度的分布规律。所得结论对控制和提高爆破破碎质量具有重要意义。     

考虑岩体破坏分区的岩石爆破爆炸荷载历程研究

针对岩石爆破爆炸荷载历程中未联合考虑岩石爆破动态过程和炮孔周围岩体破坏分区的不足,开展了考虑岩体破坏分区的岩石爆破爆炸荷载历程及其适用性研究。联合岩石爆破动态过程和岩体破坏分区的理论解,推导了考虑岩体破坏分区的岩石爆破爆炸荷载理论公式,比较了考虑岩体破坏分区的岩石爆破爆炸荷载历程与实测炮孔爆炸压力曲线,开展了单孔爆破现场试验和相应条件下3种爆炸荷载工况的数值模拟,并对爆破振动现场实测和数值模拟结果进行了对比。研究结果表明：考虑岩体破坏分区的爆炸荷载历程包括上升段和衰减段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,上升段持续时间极短,衰减段持续时间较长且主要由填塞情况控制;考虑岩体破坏分区的爆炸荷载历程理论计算结果与实测炮孔爆炸压力曲线的变化趋势一致,验证了考虑岩体破坏分区的岩石爆破爆炸荷载理论公式的可靠性;考虑岩体破坏分区的爆炸荷载工况下,单孔爆破振动波形的数值模拟结果与现场实测结果的主要特征一致,该荷载工况下质点峰值振速计算结果与现场实测值偏差率最小,绝大部分在7%以内,表明了其应用于数值模拟的优越性;考虑岩体破坏分区的爆炸荷载可随岩石爆破系统条件的变化而动态调整,其可靠性好、适应性强、应用效果佳。     

爆炸冲击载荷作用下岩石的损伤实验

基于声波测试原理,利用RSM-SY5智能型声波仪,对某露天矿围岩在爆破冲击荷载作用下产生的损伤进行了现场实验研究。研究结果表明:爆破冲击荷载对距离爆源7 m范围内的岩石会造成损伤破坏,其损伤程度随着岩石与爆源距离的增大而减小;岩体声波速度随着爆破次数的不断增加而逐渐降低,多次爆破对岩石具有损伤累积效应;多次爆破的累积损伤不是单次爆破损伤的简单叠加,具有非线性特性,且距离爆源越近爆破累积损伤效应越明显。     

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。      

三角柱直眼掏槽爆破参数研究

通过对三角柱直眼掏槽爆破进行试验研究 ,认为爆破槽腔的形成过程可分成两个阶段 ,即岩石破坏阶段和破碎岩石抛出阶段 ;进而 ,依照岩石压缩破坏与剪切破坏的力学准则 ,导出三角柱直眼掏槽炮眼间距与装药系数的计算式 ;根据计算结果 ,在井下巷道工程实际应用中进行对比 ,证实了它的可靠性。     

炮孔水耦合装药爆破应力分布特性试验研究

以水泥砂浆试块为试验模型,采用超动态应变测试和数据采集处理系统进行空气不耦合装药和水耦合装药爆破试验,测定几种不耦合系数下炮孔周围介质中爆炸应力的分布特性。通过对试验结果分析研究表明,水耦合装药与空气不耦合装药相比爆炸峰值压力高、作用时间长,即表明水耦合装药的爆破作用强度大、能量利用率高。试验结果还进一步证明了不耦合装药能够明显降低炮孔周围介质中的压应力,且不耦合系数越大,压力降低越显著。在实际工程爆破中应根据工程要求和岩石性质及作业条件,合理选择装药结构。     

中国力学学会2002年部分国际、国内学术活动计划

序号 会议名称 学术内容及议题 时间 地点 人数 主持人及联系人 32 第七届国际岩石爆破破碎学术会议 岩石爆破破碎机理及计算机模拟;爆破岩石破碎力学;爆破岩石破碎地质学;爆破地震安全距离判据;爆破与环境保护;炸药和起爆材料;爆破安全技术;炸药和爆破的测量技术和仪器;工程爆破安全管理;钻孔机具和设备 8月 北京 250 主持人：汪旭光 联系人：汪旭光 北京西直门外文兴街1号 100044 电话：8610-68342267     

加载速率对岩石断裂韧度的影响

在探讨爆炸应力波作用下岩石的破坏特性时,需要用岩石的动态断裂韧度来表征岩石在波动过程中的裂纹发生和发展,即当岩石的微裂纹或缺陷受到了达到或超过其临界值的应力波作用时,便产生宏观的裂纹并随后逐渐发展,导致动态破裂。同时岩石动态断裂韧度是岩石动力学的基本力学指标之一,它也是光面爆破和控制爆破的理论研究和工程设计的主要参数。因而,确定岩石动态断裂韧度具有重要的意义。     

岩石爆破损伤断裂的细观机理

基于现有岩石爆破机理和岩石细观损伤力学 ,认为岩石爆破损伤断裂过程包含有爆炸应力波的初期动态损伤演化阶段和后期爆生气体作用下的准静态损伤演化阶段 ,并分别建立了这两个阶段的损伤模型和断裂准则 ,阐述了岩石爆破损伤断裂的细观理论。     

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。     

岩体中的节理对爆破作用的影响

通过分析节理岩体的结构特征,建立了节理岩体的质量综合评价指标体系,并将其嵌入ＤＹＮＡ ２Ｄ程序框架,用数值计算方法模拟了岩体中的节理对爆破作用的影响。     

炮孔定向断裂爆破作用

采用三维激光全息动光弹超动态综合测试系统进行了定向断裂爆破模型试验研究。分析和讨论了定向断裂爆破动应力场参数和定向断裂爆破作用机理；优选了实用的定向断裂爆破新方法和配套工艺。经岩巷生产实践表明:所选择的切缝药包定向断裂爆破方法是可行的，它为改革现有光面爆破技术提供了良好的应用前景。     

爆破开挖扰动下锚固节理岩质边坡位移突变特征与能量机理

针对白鹤滩水电站左岸坝基河谷底部边坡岩体爆破开挖,采用现场岩体位移监测、锚索轴力监测及数值模拟的手段,研究了爆破开挖扰动下锚固节理岩质边坡的位移突变特征及其能量机理。研究结果表明:对于深切河谷底部高地应力边坡岩体爆破开挖,爆炸荷载挤压及地应力作用下,岩体所积聚的应变能快速释放,导致了节理岩质边坡的位移突变,突变位移包括节理张开位移和岩体回弹位移两部分;地应力水平越高、岩体弹性模量越低,总的突变位移量越大;预应力锚索主要通过抑制节理张开位移来控制边坡岩体的位移突变,锚索预应力等级越高,其吸能和释能速率越高,对节理岩体位移突变的控制效果越好,当锚索的预应力等级高到一定程度后,节理岩体的突变位移不再随锚索预应力等级的升高而显著减小。     

用灰关联分析方法确定影响岩体爆破质量的主要因素

用灰关联分析方法确定影响岩体爆破质量的主要因素。在简介灰关联分析原理及其计算方法后,通过实例计算与分析,得到各影响因素的主次关系。并且发现:节理裂隙岩体中的爆破块度指标主要受爆区内节理裂隙分布特征的控制;其次,也与均质岩体中的爆破一样,影响块度分布的主要因素是炮孔间距、排距和最小抵抗线等。     

隧道爆破现场高速图像采集与精确控制爆破参数研究

受隧道内环境恶劣、相机防护等诸多因素制约，隧道现场爆破的高速图像采集与分析尚未实现，而这对精准控制爆破参数非常重要。以重庆某隧道为研究背景，在解决现场测试技术难题基础上，得到隧道爆破过程完整图像并同时获取爆破振动数据；据此分析了隧道爆破岩石破裂现象:炸药起爆15～18 ms后岩体移动，21 ms左右形成空洞并不断扩展后抛出；探讨了同对掏槽眼爆破协同作用时间与微差降振时间之间的矛盾，研究表明兼顾二者作用的起爆时差为8～50 ms；通过分析爆破裂隙扩展曲线特点并结合实测振动数据，确定起爆54 ms时形成第二临空面，较按过去方法确定的时间更精确，以此进行现场掏槽段位设计的降振效果良好；研究结果可为精准控制爆破提供参考。     

岩石爆破分形损伤模型研究

在Ｋｕｓ和Ｔｈｏｒｎｅ等人研究基础上，利用分形理论及应用成果提出了一种新的岩石爆破损伤模型。新模型将岩体中各种结构弱面视为初始损伤，并将其分形维数作为岩石性质的主要参量，用损伤能量耗散率及与分形维数的关系表征爆破过程中的岩石损伤演化规律，从而弥补了现有模型未考虑初始损伤影响和将损伤演化归结为体积应变函数的不足。还通过模拟试验等手段验证了新模型的如上观点。     

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。     

地下工程爆破对危岩稳定性的影响

根据爆破峰值速度衰减规律及危岩体主控结构面的假定,通过欧拉方程确定作用于危岩体峰值爆破荷载,并对峰值荷载进行修正得到时程爆破惯性力,建立了3类危岩体动力物理模型及计算模型,结合极限平衡方法得到3类危岩体动力稳定系数计算方法,选取最小的稳定性系数作为整个危岩体的动力稳定性系数,最终给出了3类危岩动力稳定性评价方法。以重庆市万州区太白危岩体为例,选取5个代表性危岩体进行动力稳定性计算,结果表明,3类危岩体动力稳定系数计算方法能较好地评价和反映危岩体的动力性态。     

高地应力条件下的巷道崩落爆破参数

以柱装药爆破漏斗理论为基础,对高地应力巷道崩落爆破标准漏斗形成进行研究,导出了高应力条件下形成崩落爆破标准漏斗的判断准则,进而导出了相应条件的巷道崩落爆破参数计算式。结果表明,地应力的作用要求对巷道崩落爆破的现有参数计算进行修正,而且地应力越高,崩落爆破的最小抵抗线和炮孔间距减小越多,单位耗药量和循环炮孔数量增加越多。最后指出,选用较高爆速的炸药可减缓崩落爆破参数随地应力增大而改变的速率。