露天深孔台阶爆破合理炮孔超深的数值模拟与确定

发布时间：2020-10-22 10:00

　　 在露天台阶爆破中,是否留有根底是评价爆破效果好坏的重要指标,产生根底的主要原因是炮孔底部的夹制作用过大,爆破冲击波作用过弱,导致岩体坡底线岩石不能得到破碎。超深的目的就在于克服底盘夹制作用避免产生根底,超深可以有效的解决坡底线根底的问题。但在露天台阶爆破实际操作中,超深取值也仅依靠经验,超深过小起不到消除根底的作用,超深过大又会致使下一台阶顶部岩石过度粉碎,震动过大不利于下一台阶的钻孔工作,造成炸药浪费,提高矿山实际生产成本。通过对岩石破碎机理、台阶破岩机理和炮孔超深作用机理的学习,分析了超深的影响因素。对于露天矿山而言,炸药和岩石的可爆性对超深的影响是一定的,而孔网参数对超深的影响是非常重大的,由其是底盘抵抗线和孔径的影响,它们的大小直接影响到超深的取值。通过在矿山收集整理数据,利用Pro/ENGINEER Wildfire 5.0和HyperMesh14.0建立了在其他孔网参数一定情况下,底盘抵抗线为525cm、550cm、575cm和600m,孔径为100mm、150mm、170mm、200mm,超深为0cm、25cm、50cm、62.5cm、75cm、87.5cm、100cm、125cm的128组计算模型。利用LS-DYNA进行后处理,通过比较台阶坡底线选取连续单元的有效应力值最大值是否超过岩石的屈服强度来判断岩石是否破碎的判断准则,得到了在不同底盘抵抗线和孔径下最佳的超深值;通过对模拟所得数据整理和分析,利用MATLAB拟合得到在其他孔网参数一定的情况下,超深与底盘抵抗线和孔径的关系式h=-0.436×d+0.575×w-180.80。对沙尔湖露天煤矿主采区6号煤层矿岩剥离的深孔台阶爆破进行现场试验与分析,设计试验将根据主采区剥离岩石有选择性的选取不同情况下的爆破方案。比较不同底盘抵抗线和孔径下不同超深的爆破效果,通过验证可知计算机模拟结果的真实性的与可靠的。
【学位单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TD235.3
【部分图文】：

上述所选参数均为近年来大中型露天矿山深孔台阶爆破设计的范围，这为后续模拟提供强有力的真实性和科学性，建立有限元模型如图 4.1。图4.1 露天深孔台阶模型刨面图

分别用黄色和蓝色表示。其他部分均为岩体用褐色表示，由于空气镶嵌在堵塞、炸药和岩体中用红色表示，一般将空气颜色隐藏以便后续操作，网络划分如图 4.2。图4.2 露天深孔台阶网络划分图4.1.3 边界条件网络划分好后，不要急于对各部分进行材料参数的赋予，要先对划分好的网格进行边界条件的设置。如果不设定边界条件就会将模型基于理想化状态，而在实际中不可能存在，不是模型每一个面的方向都是相同的物质与状态，这样我们就将模型裸露在空间外的面设置为反射边界，把包含在岩体内的面设置为无反射边界。在模型中左面、右面、后面、坡下地面设置为无反射边界，采用关键字*BOUNDARY_NON_REFLECTING 约束；在模型中正面设置为对称边界，采用关键字*BOUNDARY_SPC_SET 约束；在模型中坡顶面、坡面、坡上底面设置为反射边界不需约束，边界条件如图4.3。

内蒙古科技大学硕士学位论文- 28 -图4.3 露天深孔台阶边界条件图4.1.4 材料参数在上述过程全完成后，就要进行前处理的最后一步对各个部分单元赋予其相应的材料参数。材料参数的选择使用 LS-DYNA 自带的数据库，每一种材料都有其对应的编号，在有些材料中还有其对应的状态方程。炸药材料参数我们选取 LS-DYNA 材料库中高能炸药材料乳化炸药，可较为精确的描述炸药的物理化学性质。高能炸药在起爆后炸药单元体内的压力 P 由状态方程求得，一般采用 JWL(Jones-Wilkins-Lee)状态方程。该状态方程是一种不显含化学反应、由实验方法确定参数的半经验状态方程，能较精确地描述爆轰产物的膨胀驱动做功过程。JWL 表现为以下形式：VEeRVeBRVPARVRV = + +12(1)(1)12（式 4.1）式中P——压力；E——单位体积爆轰产物的内能；V——爆轰产物的相对体积，即爆轰产物体积与初始体积之比；A、B、 、 及 为待定参数；炸 药 材 料 模 型 采 LS-DYNA 中 的 *MAT_008 号 材 料 模 型 ， 即*MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN
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本文编号：2851451