聚能光面爆破光爆层参数优化研究
发布时间：2022-01-23 18:52
结合聚能爆破对光面爆破光爆层参数进行优化分析,分析了聚能爆破初始裂纹的形成机理,提出了采用双孔聚能方向裂纹贯通时和非聚能方向主裂纹与反射拉伸波引起的拉伸裂纹贯通时的时差作爆破效果评价标准,结合裂纹最终扩展效果进行分析,并将研究结果应用于实际工程中。研究表明:仅从裂纹贯通时差的角度分析,在一定范围内光爆层厚度越小,炮孔间距越大,效果越佳;在相同炮孔间距下,随着光爆层厚度的增加,光爆层的裂纹密度逐渐减小,为保证炮孔间裂纹的有效贯通及有效控制破碎块度大小,炮孔间距不宜大于700mm、光爆层厚度不宜小于500mm且不宜大于700mm;当药型罩为PVC的椭圆双极线性聚能药包装药结构,炮孔直径为42mm时,聚能光爆层最优爆破方案为"炮孔间距为700mm,光爆层厚度为600mm"。研究结果可为类似工程光面爆破周边眼参数的设计提供参考。
【文章来源】：有色金属工程. 2020,10(12)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
1 爆破后碎碴图
为研究不同炮孔间距下最优光爆层厚度，建立如图1所示模型，W为光爆层厚度，炮孔边缘60cm处设置无反射边界条件，上边界为自由边界，为节省计算资源，下边界采用固定边界条件。炮孔间距分别为500、600、700、800 mm，相同炮孔间距条件下光爆层厚度分别为500、600、700、800mm。炮孔直径和装药结构根据现场实际情况确定，炮孔直径为42mm，采用不耦合装药结构，采用材料为PVC的椭圆双极线性聚能药包结构，采用双孔中心点同时起爆的方式。模型采用流固耦合算法，炸药、PVC和空气采用多物质算法，岩石采用Lagrange单元算法，两者通过CONSTRAINED＿LAGRANGE＿IN＿SOLID实现流固耦合。为实现爆炸能量的有效传递和爆生裂纹扩展的准确性，网格划分尽可能的小，在爆炸近区网格控制在0.3 mm，爆炸远区网格尺寸逐步增大，最外层边界网格尺寸控制为6mm，整个模型网格数量大致在（24～26）万。3 数值结果及分析
图2为初始裂纹形成过程，在爆轰波的作用下向聚能方向挤压药型罩，形成聚能射流。在7.5μs射流头部即将侵彻聚能方向炮孔壁，高压力主要集中分布在聚能射流和与其连接的杵体部分；在10.5μs射流头部侵彻岩石已经形成一定的侵彻深度，药型罩与外壳相连处高压碰撞孔壁，即将形成压缩粉碎；在25.0μs聚能射流和杵体部分侵彻岩石形成一定的侵彻深度，同时非聚能方向冲击波达到孔壁引起岩石冲击波作用，冲击波向前传播衰减为应力波，在冲击波和应力波的作用下，非聚能方向形成一定的粉碎区和由于径向压缩引起切向受拉断裂的随机径向裂纹。随后在爆生气体和复杂残余应力波的共同作用下，聚能和非聚能方向裂纹继续扩展，初始阶段聚能方向裂纹扩展有较明显的优势；随着裂纹不断扩展，在45.0μs时不难发现聚能和非聚能方向裂纹的扩展长度基本相似，非聚能方向裂纹扩展速度大于聚能方向。参考文献[15]数值模拟结果也不难发现，在聚能方向产生定向裂纹的同时，非聚能方向也存在较多的随机较长裂纹，甚至非聚能方向裂纹长度与聚能方向相差不大，聚能效果不显著。分析原因是在非聚能方向形成初始裂纹前，在聚能射流方向上聚能射流侵彻岩石形成的初始裂纹长度并非足够长，不足以抑制非聚能裂纹方向裂纹的扩展，这可以从t=7.5μs时聚能射流的形成过程可以看出，在聚能射流侵彻岩石之前所形成的聚能射流并非最佳，大部分的药型罩质量形成了杵体部分而非聚能射流，故要实现较好的聚能射流效应应对装药结构进一步的优化。本文的研究是基于装药结构已经固定情况下，研究不同炮孔间距下的最优光爆层厚度，对装药结构的进一步优化本文不再论述。3.2 不同炮孔间距下不同光爆层分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚能水压光面爆破新技术在成兰铁路隧道施工中的应用[J]. 刘海波. 现代隧道技术. 2019(02)
[2]D型聚能爆破管在沿空留巷中应用研究[J]. 张盛,王小良,赵文峰,王猛,吴自强,赵龙刚. 煤炭科学技术. 2019(10)
[3]双向聚能光面爆破周边眼参数确定的新方法[J]. 耿大新,陶彪,于洋,黄龙华. 铁道科学与工程学报. 2019(02)
[4]周边眼聚能爆破参数数值模拟研究[J]. 杨建辉,胡东荣,朱晨鸿,祝江鸿. 煤炭科学技术. 2019(01)
[5]装药结构对煤层深孔聚能爆破增透的影响[J]. 郭德勇,张超,朱同功,潘竞俊. 工程科学学报. 2018(12)
[6]炮孔间距对切缝药包爆生裂纹扩展规律的影响[J]. 岳中文,田世颖,陈志远. 岩石力学与工程学报. 2018(11)
[7]基于双向聚能拉张爆破理论的巷道顶板定向预裂[J]. 何满潮,郭鹏飞,张晓虎,王炯. 爆炸与冲击. 2018(04)
[8]煤层深孔聚能爆破控制孔作用机制研究[J]. 郭德勇,赵杰超,张超,朱同功. 岩石力学与工程学报. 2018(04)
[9]切缝药包爆炸作用机理数值模拟[J]. 申涛,罗宁,向俊庠,高祥涛. 爆炸与冲击. 2018(05)
[10]大断面硬岩巷道聚能爆破快速掘进技术应用[J]. 杨战标,张波. 煤炭工程. 2013(11)
本文编号：3604966
【文章来源】：有色金属工程. 2020,10(12)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
1 爆破后碎碴图
为研究不同炮孔间距下最优光爆层厚度，建立如图1所示模型，W为光爆层厚度，炮孔边缘60cm处设置无反射边界条件，上边界为自由边界，为节省计算资源，下边界采用固定边界条件。炮孔间距分别为500、600、700、800 mm，相同炮孔间距条件下光爆层厚度分别为500、600、700、800mm。炮孔直径和装药结构根据现场实际情况确定，炮孔直径为42mm，采用不耦合装药结构，采用材料为PVC的椭圆双极线性聚能药包结构，采用双孔中心点同时起爆的方式。模型采用流固耦合算法，炸药、PVC和空气采用多物质算法，岩石采用Lagrange单元算法，两者通过CONSTRAINED＿LAGRANGE＿IN＿SOLID实现流固耦合。为实现爆炸能量的有效传递和爆生裂纹扩展的准确性，网格划分尽可能的小，在爆炸近区网格控制在0.3 mm，爆炸远区网格尺寸逐步增大，最外层边界网格尺寸控制为6mm，整个模型网格数量大致在（24～26）万。3 数值结果及分析
图2为初始裂纹形成过程，在爆轰波的作用下向聚能方向挤压药型罩，形成聚能射流。在7.5μs射流头部即将侵彻聚能方向炮孔壁，高压力主要集中分布在聚能射流和与其连接的杵体部分；在10.5μs射流头部侵彻岩石已经形成一定的侵彻深度，药型罩与外壳相连处高压碰撞孔壁，即将形成压缩粉碎；在25.0μs聚能射流和杵体部分侵彻岩石形成一定的侵彻深度，同时非聚能方向冲击波达到孔壁引起岩石冲击波作用，冲击波向前传播衰减为应力波，在冲击波和应力波的作用下，非聚能方向形成一定的粉碎区和由于径向压缩引起切向受拉断裂的随机径向裂纹。随后在爆生气体和复杂残余应力波的共同作用下，聚能和非聚能方向裂纹继续扩展，初始阶段聚能方向裂纹扩展有较明显的优势；随着裂纹不断扩展，在45.0μs时不难发现聚能和非聚能方向裂纹的扩展长度基本相似，非聚能方向裂纹扩展速度大于聚能方向。参考文献[15]数值模拟结果也不难发现，在聚能方向产生定向裂纹的同时，非聚能方向也存在较多的随机较长裂纹，甚至非聚能方向裂纹长度与聚能方向相差不大，聚能效果不显著。分析原因是在非聚能方向形成初始裂纹前，在聚能射流方向上聚能射流侵彻岩石形成的初始裂纹长度并非足够长，不足以抑制非聚能裂纹方向裂纹的扩展，这可以从t=7.5μs时聚能射流的形成过程可以看出，在聚能射流侵彻岩石之前所形成的聚能射流并非最佳，大部分的药型罩质量形成了杵体部分而非聚能射流，故要实现较好的聚能射流效应应对装药结构进一步的优化。本文的研究是基于装药结构已经固定情况下，研究不同炮孔间距下的最优光爆层厚度，对装药结构的进一步优化本文不再论述。3.2 不同炮孔间距下不同光爆层分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚能水压光面爆破新技术在成兰铁路隧道施工中的应用[J]. 刘海波. 现代隧道技术. 2019(02)
[2]D型聚能爆破管在沿空留巷中应用研究[J]. 张盛,王小良,赵文峰,王猛,吴自强,赵龙刚. 煤炭科学技术. 2019(10)
[3]双向聚能光面爆破周边眼参数确定的新方法[J]. 耿大新,陶彪,于洋,黄龙华. 铁道科学与工程学报. 2019(02)
[4]周边眼聚能爆破参数数值模拟研究[J]. 杨建辉,胡东荣,朱晨鸿,祝江鸿. 煤炭科学技术. 2019(01)
[5]装药结构对煤层深孔聚能爆破增透的影响[J]. 郭德勇,张超,朱同功,潘竞俊. 工程科学学报. 2018(12)
[6]炮孔间距对切缝药包爆生裂纹扩展规律的影响[J]. 岳中文,田世颖,陈志远. 岩石力学与工程学报. 2018(11)
[7]基于双向聚能拉张爆破理论的巷道顶板定向预裂[J]. 何满潮,郭鹏飞,张晓虎,王炯. 爆炸与冲击. 2018(04)
[8]煤层深孔聚能爆破控制孔作用机制研究[J]. 郭德勇,赵杰超,张超,朱同功. 岩石力学与工程学报. 2018(04)
[9]切缝药包爆炸作用机理数值模拟[J]. 申涛,罗宁,向俊庠,高祥涛. 爆炸与冲击. 2018(05)
[10]大断面硬岩巷道聚能爆破快速掘进技术应用[J]. 杨战标,张波. 煤炭工程. 2013(11)
本文编号：3604966
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