柱状装药下的掏槽成腔计算模型研究

发布时间：2020-07-10 05:23

【摘要】：爆破施工普遍应用于井巷、隧道开挖等工程领域。工程中,因目前有关柱状药包掏槽的理论研究不足,故许多施工设计以球形药包掏槽理论解决柱状装药掏槽问题,导致设计结果偏差较大。岩石破碎的力学分析体系虽然完备,但对高爆速、大破碎的工程而言,从力学角度难以建立爆破成腔理论。因此,本文从能量破岩角度出发,以能量对应被爆岩体的厚度,分析爆破漏斗形成过程中的能量破岩界限；在能量破岩分析的基础上,建立掏槽成腔计算模型,并对该模型的适用性及合理性进行现场实验验证,实验结果表明所建立的计算模型可行且合理。所建成腔计算模型分为三部分:球形药包爆破漏斗计算模型、单孔柱状药包爆破漏斗计算模型、双孔柱状药包爆破漏斗计算模型。现场试验分两步进行:球形药包及单孔柱状药包爆破漏斗实验、双孔柱状药包爆破漏斗实验。建立球形药包爆破漏斗计算模型时,通过分析两种经典球形药包爆破漏斗理论的区别与内在联系,并结合爆炸破岩理论,分析无限介质及半无限介质中爆炸破岩机理；将爆炸能量对被爆岩体的作用以药包埋深替代,引入漏斗系统与子域的能量分区概念,最终以漏斗斜边作为能量破岩的破岩界限,从而建立爆破漏斗边界计算公式,在边界确定的情况下通过漏斗的几何简化参数建立爆腔体积的计算模型V=[(a_1,w~2+b_1w+c_1)~2-w~2]w·π/3；引入漏斗斜边系数作为岩石夹制作用大小的衡量系数,该系数代表了岩体对爆炸能量以非破碎形式消耗爆炸能量的情况。建立单孔柱状药包爆破漏斗计算模型时,因柱状药包的药包填埋情况无法像球形药包那样用单一参数——“药包埋深”代替,故柱状药包爆后能量与被爆岩体的受能关系以更多的替代化参数关系表示；承接所建球形药包能量破岩界限的关系,在爆轰波初始能量分布关系分析的基础上,以孔径比、药柱长度、填塞长度为爆炸能对岩体作用的初始参数,引入底面半径综合影响因素函数:Fr =√(L_Y + L|_T)/L_y.(D~3/L_T~3),在此基础上建立了爆破漏斗底面半径的计算公式r_d=(aF_T~2 +bF_T+C)·D；承接球形药包夹制作用系数的关系,以球形药包叠加柱状药包的方式,引入能量破岩子域的破岩模型,将能量破岩的内在破岩机理与爆破漏斗的形成过程相结合,建立基于能量破岩的柱状药包爆破漏斗可见深度计算模型W_k=L_1+r_1+X_b；根据能量破岩的子域计算模型,结合爆破漏斗的几何简化模型,建立柱状药包爆破漏斗体积模型。最终所建立的爆破漏斗底面半径计算模型、漏斗可见深度计算模型、漏斗体积计算模型作为柱状药包爆破漏斗的成腔计算模型。建立双孔柱状药包成腔计算模型时,承接单孔柱状药包成腔计算模型,仍以漏斗底面大小及漏斗深度为能量破岩界限,通过计算简化建立爆破漏斗底面范围计算模型、漏斗可见深度计算模型以及漏斗体积计算模型,以这三个计算模型为体系,构建双孔爆炸成腔计算模型。三种爆炸成腔计算模型的验证实验在安化炸药厂内进行,通过预先浇筑混凝土模型进行爆破漏斗实验,最后现场采集漏斗相关参数。柱状药包爆破漏斗实验中固定材料参数及炮孔深度,改变药柱长度进行了五组实验；固定材料参数及装药长度,改变填塞高度亦进行了五组实验,最终实验表明所建爆炸成腔计算模型可行。双孔柱状药包爆破漏斗实验中,固定材料参数、炮孔深度及药柱长度,改变炮孔间距进行了五组实验,实验结果表明所建双孔柱状药包成腔计算模型可行。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU751.9
【图文】：

流程图,成腔,流程图,计算模型

成腔计算模型构建流程图

流程图,模型试验验证,流程图

模型试验验证流程图

模型实验,流程,模型制作,套管

图 3-4 模型实验流程及测试方案.4.2 模型制作为营造单自由面爆破环境，实验采用套管加混凝土材料的工艺，将混凝土浇于高强度 PVC 套管内预留炮孔，在自然条件下养护 28d 进行爆破。模型制作

【参考文献】