爆破对矿岩损伤规律试验研究

岩体在爆破载荷作用下的损伤程度和损伤范围是影响矿山工程安全的关键问题之一。采用超声波测试和岩石压缩试验方法,从爆破前后岩体平均波速和岩石平均抗压强度两个方面研究了白云岩岩体的爆破损伤。结果表明:装填药量为4.5 kg的乳化炸药爆破,岩体受爆破损伤的影响范围不大于8 m;且岩体平均波速和岩石抗压强度均随爆源距离增大而增大,即岩体损伤随爆源距离减小而增大;岩体平均波速和岩石抗压强度减小幅度均随爆源距离的减小而增大,即到爆源的距离越小,岩体损伤的增量越大。     

药卷位置对边坡光面爆破效果影响研究

为了进一步探究药卷位置对边坡光面爆破效果的影响，在LS-DYNA构建孔径90 mm、药卷直径32 mm的同心不耦合装药和偏心不耦合装药模型，分析2种装药形式的孔壁压力及损伤展布情况，并基于此提出改进偏心不耦合装药，通过现场光面爆破试验验证改进偏心不耦合装药应用效果。研究结果表明:同心不耦合装药孔壁各测点压力峰值基本相同，炮孔周围相同爆心距处的损伤等级基本一致；偏心不耦合装药孔壁各测点压力峰值从炮孔底部到炮孔顶部逐渐减小，下方耦合侧岩体的损伤等级与损伤范围明显优于上方不耦合侧岩体；原有偏心不耦合装药会导致边坡预留岩体产生过度破坏，采用改进偏心不耦合装药能避免边坡预留岩体的过度破坏，形成平整光滑的爆后轮廓面。     

基于爆破损伤的强制放顶爆破参数设计与应用

通过总结综采工作面坚硬顶板深孔爆破强制放顶成功案例,得出以爆破裂隙区半径为强制放顶爆破参数设计的不合理性,提出以爆破损伤范围为依据进行爆破参数计算。研究以国投新集二矿210108工作面为依托,通过爆破振动监测,回归得到综采面深孔爆破振动速度传播衰减规律,由此导出炮孔周围岩体内的质点振动峰值速度衰减规律。计算结果表明,炮孔直径75mm、装药直径63mm的深孔爆破可以在周围岩体中形成半径为7.631m重度损伤区,解释了炮孔间距大于10m仍能有着良好爆破效果的原因;设计最大孔底间距15.2m的爆破参数,并成功进行了现场应用,验证了计算方法的可靠性,为类似工程爆破参数设计提供了一个新方法。     

大断面高铁隧道掘进爆破振动传播规律研究*

为研究隧道爆破掘进振动规律并合理控制爆破振动危害，对京张高铁大断面南口隧道爆破掘进过程进行实时监测，并对监测结果进行线性回归分析，求得3个监测方向的场地系数K和衰减系数α值以及爆破振动峰值速度衰减回归方程，通过FFT法计算出主振频率和爆破振动波的振动频率范围，利用ANSYS/LS-DYNA对爆破工程进行数值模拟。结果表明:喷锚支护和监测方向对爆破振动衰减回归分析影响较大；主振频率和爆破振动波的振动频率分布范围为50~300 Hz，无需考虑周边建筑共振情况,与周边古建筑和临近隧道的最小安全距离分别为147 m和12 m；数值模拟与实际结果对比发现二者振动峰值略有差别但整体趋势基本相同，证明建立模型的有效性。     

煤矿超深孔大药量爆破震动安全性研究

为控制煤矿井下超深孔大药量爆破震动对巷道及支护结构造成危害,通过现场爆破震动监测分析,获得了煤矿井下综采遇硬岩超深孔大药量松动爆破地震波的衰减规律.采用HHT方法对震动信号进行分解,研究信号的频谱特性和能量分布.结果表明,超深孔松动爆破震动的持续时间为150 ms左右,震动速度三方向分量中测点与爆源连线的径向分量最大,能量主要集中在100 Hz以内的低频区,随频率分布可分成若干个“子频带”,峰值出现在频率17.75 Hz,存在爆破震动对支护结构和工作面造成危害的可能.根据衰减规律,反算出该场地超深孔爆破的单段最大药量;分析了爆破时出现巷帮岩石崩落和飞石的原因,提出施工时应控制单段最大药量和加强爆破炮孔周围防护,保证了施工安全.     

基于回归分析的露天矿爆破震动速度研究

为了研究露天矿爆破生产中地表震动的安全性问题,采用回归分析方法对相关爆破震动速度公式进行了分析。通过现场监测试验得到了露天矿爆破现场区域的地表震动速度,基于现场测试数据对各地表震动速度经验公式中的衰减系数及衰减指数进行了反演;根据临界震动速度确定了爆破时的安全距离,反演了地表质点震动速度,并对计算结果进行了误差分析。结果表明,广义公式预测的震动速度误差小于采用萨道夫斯基公式的计算误差,印度震动速度预测公式计算结果的误差最大;考虑高程影响的震动速度公式计算结果的误差小于萨道夫斯基公式计算结果的误差,且预测值大于实际测量值。基于现场测试和回归分析方法对地表震动速度公式的分析,对于露天矿生产中的爆破安全具有实际意义。     

边坡受爆破振动损伤及其稳定性分析

为研究露天矿山边坡爆破振动损伤规律,提高矿山边坡安全性,以内蒙古霍林河扎哈淖尔露天矿西帮为研究对象,在工程地质调查基础上,运用理论分析与数学计算相结合的方法,量化爆破荷载对边坡损伤程度,建立边坡爆破振动损伤函数关系式,计算边坡破坏时间,确定最危险区域;同时,运用FLAC3D有限元差分软件建立11个边坡地质模型,模拟分析边坡爆破振动损伤程度,并与理论分析结果进行对比。研究结果表明:边坡损伤程度与爆破距离成反比关系,随爆破作用次数增加,边坡损伤程度呈指数衰减,连续11次爆破后边坡发生破坏,最危险区域距离爆破起始位置150~200 m。     

隧道爆破开挖对邻近隧道安全影响的数值分析

新建隧道爆破开挖有可能引起邻近既有隧道的损伤。以湖南益阳亮轩公隧道为研究对象,利用ANSYS/LS-DYNA模拟了邻近隧道爆破对既有隧道的影响,分析了最大段装药量对隧道迎爆面震动速度的影响,模拟了最大段装药量为6 kg、24 kg、96 kg时迎爆侧的震动速度。结果表明,震动速度随最大段药量增加而增大,但增速趋于平缓。当最大段装药量为270 kg时,爆破效率最高。最后提出了一些控制爆破震动的措施。     

爆破荷载作用下顺层岩质边坡的损伤特性研究

爆破荷载作用下顺层岩质边坡的损伤控制是边坡工程界的难题,为了探讨顺层边坡爆破荷载作用下的损伤特性,开展4次现场爆破试验,采用超声波技术获取边坡爆破前后不同位置的声速变化,以声速降低率10%作为损伤临界线,完成单、多次爆破作用下坡体损伤特征分析,建立单、多次药量与损伤范围关系式,并利用3DEC软件数值分析边坡损伤破坏发展规律。研究表明:损伤范围随起爆药量的增大而增加,多次爆破作用下,坡体可能出现损伤度的累积,但损伤增量并非线性变化;因数值模拟仅考虑岩层节理,忽略了裂隙的影响,数值分析的损伤范围略小于实测值。     

软弱破碎岩体中爆破震动测试方法研究与应用

为准确拾取软弱破碎岩体中的爆破震动数据,在边坡平盘上钻凿直径为176 mm的深孔并用素混凝土浇筑,出露地表制作40 cm×40 cm混凝土承台作为传感器安装平台,同时在承台旁边软岩上设置对比测点,进行露天深孔台阶爆破震动监测,基于HHT法对同一位置的混凝土承台处和软弱破碎岩体处震动信号进行对比分析。结果表明,软弱破碎岩体处的质点峰值振速比混凝土承台处的质点峰值振速低11.53%~16.53%,对爆破震动信号进行瞬时能量分析和三维能量谱分析,能量的衰减基本与质点峰值振速的衰减保持一致,表明制作监测平台在软弱破碎岩体中进行爆破震动监测是精确捕捉震动数据的有效方法。通过对比试验可以看出,在软岩上做混凝土承台所得到的效果明显比不做任何处理效果要好。     

考虑岩体损伤的爆破振动速度衰减多元非线性模型

为准确预测爆破振动的衰减规律，控制爆破振动的影响,分析了现有的几种具有代表性的爆破振动预测经验公式的不足;在此基础上，引入岩体累计损伤对爆破振动效应的影响，经过无量纲分析，建立了岩体累计损伤下爆破振动衰减规律的多元非线性数学模型;根据实际工程的监测数据，用1stOpt 软件进行了多元非线性回归分析。结果表明:所提出的多元非线性回归公式预测精度高于传统的预测公式，能为同类露天爆破工程提供科学的指导。     

排土场与爆破荷载共同作用下的露天矿边坡稳定性分析

目前排土场对露天矿边坡稳定性的影响和动力荷载对露天矿边坡稳定性的影响,大多是被分别研究的。这样做难以真实反映露天矿边坡实际受力状态。基于此,对排土场和爆破荷载共同作用下露天矿边坡稳定性进行研究。首先,通过室内试验确定岩体参数,分析露天矿边坡在排土场和自重情况下的变形特征,并以此为初始状态,采用Ansys/ls-dyna的隐式-显式分析功能,研究其在爆破荷载作用下的岩体的响应特征。其次,验证新疆某露天矿排土场距离设置是否满足开采要求。结果表明:该露天矿边坡未出现明显破坏特征,整体处于稳定状态,该排土场距离设计合理;研究结果与工程类比分析结论一致。     

空区隐患爆破治理方案及延期时间的数值模拟分析

为了防止矿山空区引起地表塌陷造成建构（筑）物的破坏以及降低矿柱塌落振动对井下开采的威胁,采用现场试验与数值模拟相结合的方法,优选爆破治理方案和延期时间。根据炮孔布置和爆破参数,建立实际比例数值模型;在岩石物理力学指标测试的基础上,确定模型材料参数;采用LS-DYNA数值模拟软件,对比分析方案优劣以及确定爆破延期时间。研究结果表明:在满足空区隐患爆破治理效果的前提下,同一节点处A方案质点振速峰值为0.923 9 m/s小于B方案质点振速峰值1.225 3 m/s;而且当延期时间为100 ms时,通过模型垂直方向的位移云图可知岩石的破坏范围最大,塌落区域更加分散。现场应用结果显示空区隐患治理工程爆破效果良好,形成了隔离缓冲层,可以保证露天和井下的安全。     

地下洞室及其围岩爆破地震安全监测与动力分析

基于地下洞室及其围岩的爆破震动安全监测,通过质点振动速度峰值及其卓越频率分析,论述爆破地震波的传播规律以及地下洞室与围岩爆破地震作用下的动力特性,并对爆破地震安全监测与分析结果进行解释与原因探讨。通过大量监测数据的回归分析,得出质点振动速度峰值与爆破药量和距离及环境条件的关系式,并在分析三者关系的基础上指出,近爆破点区域的爆破地震波衰减速度明显大于较远区域,爆破引起的质点振动速度峰值的卓越频率集中在以45Hz为中心的15~75Hz范围值。质点振动速度峰值及其卓越频率与爆破规模与环境的几何因素密切相关,介质本身的物理几何特性是爆破地震波衰减的主要影响因素之一。     

硬岩竖井爆破损伤区探测及衬砌荷载*

为研究硬岩竖井受爆破开挖扰动的影响,依托米仓山公路隧道竖井工程,采用RSM-RCT（B）测试系统探测竖井爆破损伤区范围为1.1~1.4 m,并利用残余地质强度指标标定损伤区力学参数,将其纳入收敛约束法和数值分析中,以评估损伤区对竖井围岩及衬砌荷载的影响。研究结果表明,在硬岩竖井中开挖爆破是造成岩体损伤区的关键因素,地应力方向和大小对硬岩损伤区分布基本无影响。分析结果表明,爆破损伤区导致围岩变形增大,从而使得衬砌荷载增加,最大剪应力出现在损伤区与未破坏岩体之间的交界处,大小为16 MPa,同时靠近该位置的衬砌荷载也会变大,较深竖井可采用分区段支护,降低投资成本。研究结果可为硬岩竖井开挖荷载计算及设计优化提供一定参考。     

小湾边坡爆破开挖降震措施探讨

爆破震动对岩质边坡稳定性的影响是极其复杂的,小湾边坡开挖爆破规模和强度大,爆破震动对边坡的稳定性产生了较大的影响。通过对现场爆破震动监测数据的分析和总结,得出小湾边坡爆破震动传播衰减规律。从控制能量源、优化爆破参数、优化爆破网路、避免爆破震动积累损伤效应等几方面探讨减震降震措施,其方法正确、效果明显,提高了小湾边坡的动力稳定性,确保施工的连续顺利进行,并为类似工程提供可借鉴的经验和有益的指导。     

边坡爆破高度对边坡稳定性的影响

为了解爆破后由急倾斜且具有水平裂隙发育岩体组成的边坡稳定性及其内部破坏规律,最终总结出爆破高度对边坡稳定性的影响特征,使用基于颗粒流理论的PFC3D进行该工况模拟。利用PFC3D中的JSET和Bonds模拟非连续和连续性的岩体构造形式,以对实际的岩体中岩块和裂隙发育进行模拟。针对存在该类型构造发育边坡的实际工况,设置了13个爆破点的6个爆破方案进行模拟。研究了模拟结果表现出的边坡内部裂隙和位移随爆破高度的变化规律。其表明了对于同时起爆各爆破点而言,爆破高度越高爆破后边坡越稳定的结论,并分析了出现该现象的原因。说明了结论的普适性,同时该边坡实际的爆破情况也支持了该结论。     

频繁矿震下临近建筑物结构疲劳损伤及安全选址研究*

为科学规划并有效利用矿区及周边土地资源,以某铁矿爆破作业及临近拟建设项目为研究对象,现场开展振动监测并结合修正后的撒道夫斯基公式得出振动速度等参数;针对单次爆破振动情形,依据不同类型建筑物在寿命周期内可正常使用对应的振动速度,得出爆破振动安全允许距离;针对频繁爆破振动情形,采用ANSYS有限元建模分析频繁爆破振动下建筑物的力学响应。结果表明:单次爆破振动对建筑物影响较小,仅对精密科研设备的正常使用造成一定影响,长期爆破微振动会使结构出现“软化”趋势和疲劳损伤,当振动次数超过20 000次时（每天振动2次,约27 a）,建筑结构压应力已超过破坏极限应力,从而预测建筑物使用寿命未达到设计年限要求;建议拟规划建设项目的选址距离振动源200 m以上（一般居住或办公用途）或1 km以上（精密仪器设备等用途）。