爆炸应力波在层状节理岩体中的传播规律试验研究

为了研究爆炸应力波在岩体中的传播规律,基于相似理论,开展了爆炸应力波在层状节理岩体中衰减的实验研究。研究表明,节理阻碍 应力波的传播且存在各向异性;对于垂直或小角度入射节理的应力波,在垂直方向和纵向的衰减很明显并且幅度较大,在横向衰减不明显;对 于斜入射节理的应力波,横向和垂直方向没有明显的衰减,纵向的衰减很明显并且幅度较大;应力波的合成峰值速度与炮孔密集度之间的关系 密切,当炮孔间距超过一定距离时,实际测得的速度时程为最近药包爆破产生的应力波,并非总药量产生的应力波的叠加。     

水下爆破振动及冲击波传播规律数值模拟分析

为了分析研究介质水深度的变化对水下爆破振动波和爆炸冲击波传播衰减规律的影响，采用LS-DYNA软件对不同水深条件下的水下爆破炸礁过程进行了数值模拟分析，通过在数值分析模型中的不同节点位置设置的监测点，得出了在不同水深条件下的爆破振动及冲击波检测数据，结合非线性回归分析方法，得出了可以表征水下爆破振动速度及冲击波强度传播衰减规律的数学模型。经现场测试数据验证，爆破振动速度预测模型的精度为91.75%，冲击波强度的预测精度为87.94%，为水下爆破有害效应的控制提供了依据。     

凝聚态爆炸危险源外壳对爆炸冲击波影响的研究

容器中或储罐凝聚态化学危险品爆炸事故时有发生,容器或储罐壁的厚度对事故后果是否有影响,有什么影响,笔者利用非线性动力学有限元程序ANSYS/LS-DYNA,通过数值计算,研究了开阔空间带壳凝聚态爆炸危险源在空气中爆炸时,外壳厚度对爆炸应力波强度的影响。研究结果表明:易爆危险源壳体厚度的变化对爆炸冲击波的传播特性有显著影响。带壳易爆危险源爆炸作用场中的应力波峰值随距离的衰减指数与易爆危险源壳体厚度成线性关系,壳体越厚,衰减指数越大,应力波峰值随距离衰减越快。该结果为预测凝聚态易爆危险源爆炸事故后果,制定应急预案提供了科学依据。     

煤岩体巷道壁面钻孔减震吸能性能研究北大核心CSCD

为了掌握瓦斯爆炸冲击载荷在煤岩巷道壁面钻孔下的传播衰减规律,揭示煤岩巷道壁面钻孔减震吸能机理,提高巷道系统的安全稳定性能,基于一维平面应力波理论和节理刚度模型分析了煤矿井下巷道围岩钻孔的减震吸能机理,解释了煤岩壁面钻孔的存在对应力波传递的减弱和阻隔作用。为了深入研究巷道壁面钻孔的减震吸能性能,利用ANSYS/LS-DYNA建立方形巷道模型,模型壁面设置有钻孔,针对巷道右壁面和顶板布置相应监测点,对瓦斯爆炸冲击载荷作用下巷道壁面钻孔的减震吸能性能进行了数值模拟。结果表明:由于介质的非连续性和不同介质之间特性存在差异,煤岩体巷道壁面钻孔有效消减了钻孔后煤岩体质点中波的强度及速度,具有一定的减震吸能作用。研究煤岩巷道壁面钻孔在冲击载荷作用下的减震吸能性能,为研究瓦斯爆炸冲击载荷对巷道系统安全性和稳定性提供依据。     

煤岩体巷道壁面钻孔减震吸能性能研究

为了掌握瓦斯爆炸冲击载荷在煤岩巷道壁面钻孔下的传播衰减规律,揭示煤岩巷道壁面钻孔减震吸能机理,提高巷道系统的安全稳定性能,基于一维平面应力波理论和节理刚度模型分析了煤矿井下巷道围岩钻孔的减震吸能机理,解释了煤岩壁面钻孔的存在对应力波传递的减弱和阻隔作用。为了深入研究巷道壁面钻孔的减震吸能性能,利用ANSYS/LS- DYNA建立方形巷道模型,模型壁面设置有钻孔,针对巷道右壁面和顶板布置相应监测点,对瓦斯爆炸冲击载荷作用下巷道壁面钻孔的减震吸能性能进行了数值模拟。结果表明:由于介质的非连续性和不同介质之间特性存在差异,煤岩体巷道壁面钻孔有效消减了钻孔后煤岩体质点中波的强度及速度,具有一定的减震吸能作用。研究煤岩巷道壁面钻孔在冲击载荷作用下的减震吸能性能,为研究瓦斯爆炸冲击载荷对巷道系统安全性和稳定性提供依据。     

大尺度管道中煤粉爆炸的试验研究

煤粉爆炸传播特性的试验研究对于深入了解和预防矿井煤尘爆炸事故有重要意义。利用自制的长29.6 m,内径199 mm的试验管道,对煤粉-空气混合物爆炸压力波传播过程进行试验研究。采用压电传感器测量压力信号,得到爆炸压力波沿管道传播过程中不同测点处的压力时间历程曲线,探讨煤粉粒度和浓度对其爆炸超压的影响规律。结果表明:煤粉-空气混和物在弱点火条件下能够实现粉尘火焰的形成和传播。煤粉爆炸压力波传播过程中速度为400~430 m/s,峰值超压为68~72 kPa。煤粉爆炸峰值超压随着煤粉粒度的减小而增大,但煤粉粒度对其爆炸峰值超压的影响程度随着浓度的增加将逐渐减弱。     

运用量纲分析探究爆炸应力波在中远区岩石中的衰减规律北大核心CSCD

在国内外关于爆炸应力波衰减规律研究成果的基础上,运用量纲分析方法推导得出爆炸应力波在中远区岩石中的一般衰减模型。以青海威斯特德尔尼露天铜矿地质数据为背景,借助LS-DYNA大型动力有限元程序建立双台阶模型进行求解运算,得到监测点应力数据,由数据分布规律确定应力波衰减公式,同时,将求解结果用于拟合推导得出的一般衰减模型,从而得到模拟原型-青海威斯特德尔尼露天矿台阶爆破中远区岩体应力衰减公式。拟合结果表明:运用量纲分析方法推导得出的爆炸应力波一般衰减模型能有效反映应力波在岩石中的衰减规律。     

运用量纲分析探究爆炸应力波在中远区岩石中的衰减规律

在国内外关于爆炸应力波衰减规律研究成果的基础上,运用量纲分析方法推导得出爆炸应力波在中远区岩石中的一般衰减模型。以青海威斯特德尔尼露天铜矿地质数据为背景,借助LS-DYNA大型动力有限元程序建立双台阶模型进行求解运算,得到监测点应力数据,由数据分布规律确定应力波衰减公式,同时,将求解结果用于拟合推导得出的一般衰减模型,从而得到模拟原型-青海威斯特德尔尼露天矿台阶爆破中远区岩体应力衰减公式。拟合结果表明:运用量纲分析方法推导得出的爆炸应力波一般衰减模型能有效反映应力波在岩石中的衰减规律。     

平行深孔预裂爆破力学特性与抽放效果分析

为解决煤矿瓦斯抽放问题,在岩层中布置水平深孔,以实行预裂爆破。以爆破动力学、岩石力学、损伤力学等作为理论基础,利用三维数值分析软件,建立煤岩复合介质模型、全煤介质爆破模型,分析深孔预裂爆破在多层介质中的力学特性。基于重庆某矿的计算结果表明,煤岩复合介质中,爆破孔与控制孔间距为1.5 m时的爆破效果与全煤介质中3.0 m孔间距基本相当。对2种模型中控制孔孔口、孔底有效应力随时间的变化进行分析可知,全煤模型孔口、孔底应力最大值分别为4.20和9.33 MPa,复合介质模型孔口、孔底分别为1.64和4.14 MPa。对比应力波相同传输距离的有效应力值可知,分界面对应力的衰减作用非常明显。经过工程验证,模拟结果与现场瓦斯抽放效果相符。     

装药位置对深孔聚能爆破数值模拟与应用研究

为研究不同装药位置对深部聚能爆破增透的效果,构建了不同装药位置的数值模型,运用理论分析、数值模拟和现场应用相结合的方法,分析了深孔聚能爆破不同装药位置周围的应力分布和裂隙发育状态,开展工程试验考察了周围抽采钻孔瓦斯浓度和瓦斯纯量的变化。研究结果表明:不同装药位置相比,中端装药时爆破有效影响范围较大、应力作用时间较长,里端装药时较小,外端装药时最小;聚能爆破中端装药,其爆轰波和应力波作用于煤体的时间较长且应力值更大,爆破产生的裂隙深度主要在轴向上加深,轴向裂隙和径向裂隙比其他装药方式均有增加;爆炸产生的爆生气体与空气波二次作用产生反射波,延长了作用时间,有助于裂隙扩展,加速了赋存瓦斯解吸和流动,爆破效果更好;深部聚能爆破中部装药能够有效地提高煤层的透气性和瓦斯抽采率。     

空气和水不耦合装药对爆破块度影响分析

为了探究不耦合装药下不同介质对爆破块度的影响，从理论上对空气和水作为耦合介质时的爆破块度大小进行分析比较，结合室内爆破模型试验，对模型试验的破碎块度进行筛分、测量，并对结果进行统计、回归分析。研究结果表明:与空气不耦合装药相比，水不耦合装药对爆炸能量利用率更高，爆破破碎块度较小，更利于改善爆破效果；当不耦合系数为1.67时，空气和水耦合介质下爆破块度的K50，K80和大块率3个评价指标都为最小值；且在R-R块度分布函数中，块度分布特征参数x0与块度评价指标成正比。将试验结果应用于路堑光面爆破，对改善爆破效果有一定的指导意义。     

穿层爆破中控制孔对裂隙扩展作用机理试验研究

为研究控制孔在穿层爆破中对裂隙扩展的作用机理，在实验室内进行穿层爆破相似模拟试验。研究表明:煤岩体试块上表面产生了贯穿炮孔和控制孔的裂隙，侧面生成了多条不规则的裂隙，试块内部出现了包括沿控制孔方向发展的多个断裂面；炮孔和控制孔连线上产生了较高拉应力，炮孔和控制孔连线方向上拉应变峰值是炮孔45°方向上的拉应变峰值的1.12倍；爆破产生的压缩应力波P和在控制孔处反射生成的反射横波Sr、反射纵波Pr在控制孔附近的煤岩体上产生应力叠加，造成煤岩体损伤，最终形成贯穿裂隙。穿层爆破中控制孔对爆生裂隙的扩展起到导向作用，但由于穿层爆破中煤岩交界面的存在，使得应力波出现复杂的反射、透射、叠加效应，造成煤层内裂隙无序发育，工程现场应予以重视。     

含硬夹矸高瓦斯低透气性煤层多向聚能爆破技术研究

针对在含硬夹矸高瓦斯低透气性煤层开采时，一方面煤层瓦斯抽采困难，另一方面煤层中的坚硬夹矸难破碎的问题，开展含硬夹矸高瓦斯低透气性煤层多向聚能爆破研究。理论上，分析多向聚能装药对爆破的影响，引入多向聚能影响系数，计算得出了不同方向上裂隙的范围。通过相似模拟试验，验证了多向聚能爆破实际效果；利用LS-DYNA数值模拟软件，对不同装药方式爆破作用下煤与夹矸裂隙的发育特征及应力演化规律进行了数值模拟研究。研究结果表明:多向聚能爆破能够将爆破能量积聚在夹矸弱化和煤层增透的方向上，形成以导向裂隙为主，大量分支裂隙为辅的裂隙网，在夹矸弱化和煤层增透方向上的应力峰值分别为普通爆破的1.21倍和1.16倍。多向聚能爆破能够在提高破碎坚硬夹矸能力的同时提升煤体中裂隙的发育程度，从而大幅优化爆破效果。     

大空孔复式筒形直眼掏槽力学机制与数值模拟分析

为了解决矿山硬岩巷道爆破开挖存在炸药单耗高、炮眼利用率低和掘进深度短等问题，应用理论分析、数值模拟与现场实践相结合的方法，提出大空孔复式筒形直眼掏槽方式。根据静力学理论，简化掏槽区域岩体只受爆生气体的准静态膨胀作用，并在复式筒形直眼掏槽腔体成形力学机制的基础上，分析大空孔形式下空腔形成的物理力学过程；采用LS-DYNA软件建立数值模型，基于材料参数和状态方程，仿真分析大空孔复式筒形直眼掏槽槽腔有效应力的传播机理；依据巷道尺寸及爆破参数，进行大空孔复式筒形掏槽掘进现场试验。试验结果表明:炮眼利用率提高到89.0%，掘进深度达到2.8 m，炸药单耗降低到3.16 kg/m3，充分证明大空孔复式筒形直眼掏槽方式的可行性。     

爆破振动综合减震措施的减震效应研究*

为提高爆破减震措施的减震效果并降低工程造价,提出将减震沟和减震孔进行组合的综合减震方法。采用LS-DYNA动力分析软件从爆破振动速度、频谱特征以及应力云图3个方面对减震孔、减震沟以及综合减震措施的减震效果进行对比分析。研究结果表明:综合减震措施在水平径向和垂直向上的减震率相对最大,分别达81.91%,75.74%;综合减震措施由于减震孔的存在,对爆破地震波高频成分的滤波作用优于减震沟措施;综合减震措施下部的减震孔会继续阻碍应力波的传播,进一步削减应力波能量,从而达到保护隔震屏障后方建（构）筑物安全的目的。     

轴向单缝偏心药柱爆破效应模型试验研究

为了探究轴向单缝偏心药柱在掏槽爆破中爆炸应力波传播规律和裂纹扩展情况，采用水泥砂浆模型试块开展模型爆破试验，采用超动态应变测试系统对爆炸应力场进行测量。结果表明:在相同爆心距下，背对切缝侧A测点仅为正对切缝侧B测点峰值应力的73.82%；一定角度范围内，峰值应力随偏转角度的增大而减小，偏转角度为0°时峰值应力最大，偏转角度为60°处峰值应力是偏转角度为30°处的74.39%，峰值应力在0°到60°范围内最大衰减达到32.74%；正对切缝方向产生一条贯通炮孔的主裂纹，裂纹发育优于其他方向，且切缝方向没有明显的细小裂纹，这表明轴向单缝偏心药柱具有良好的定向断裂能力。     

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。     

隧道掘进爆破振动对围岩影响的HHT分析

为了探究隧道掘进爆破振动信号在围岩等级改变处的传播衰减特性,以新建铁路北京至沈阳客运专线（辽宁段）TJ-1标三棱山隧道为工程背景,采用理论分析与现场试验相结合的方法,基于TC-4850监测试验数据,对爆破质点振速时程曲线进行EMD分解和Hilbert变换。依据测点3个方向的边际谱和瞬时能量谱,分析爆破振动能量在时域和频域的分布规律,进而可以得出各频带的能量百分比以及总能量与距离的关系曲线。通过分析地震波信号沿隧道围岩传播衰减性质可以得出:爆破振动能量在频域上分布具有各向异性,而且在垂直方向上具有数量比例高、所占频带低的特点;隧道掘进爆破振动总能量在围岩等级改变处出现“断崖式”衰减,且在Ⅳ级围岩中相对衰减率更高,衰减更为迅速。     

多孔球形材料阻火抑爆性能影响因素数值模拟研究

为探究影响多孔球形材料阻火抑爆性能的主要因素,采用气体爆炸模拟软件FLACS建立多孔球形结构中湍流燃烧模型,对填充多孔球形材料后丙烷/空气预混气体燃烧爆炸过程进行数值模拟。研究结果表明:多孔球形材料能够有效衰减爆燃压力波、阻隔火焰传播,起到阻火抑爆作用,且压力波衰减程度和火焰阻隔效果与多孔球形材料的尺寸、孔径及填充密度密切相关。当多孔球形材料的直径为25 mm、孔径为3 mm、填充密度为20层时,压力波衰减程度最大,火焰阻隔效果最明显,说明直径和孔径越小,填充密度越大,材料的阻火抑爆性能越强。     

下穿铁路隧道爆破振动分析及控制方法研究*

为了系统研究下穿铁路隧道的爆破振动响应规律及安全控制方法,通过现场实测及数值模拟方法展开分析。首先,根据实测结果得到可以反映爆破振动速度分布特征的回归模型,并基于此得出隧道爆破施工允许的最大单响药量值;其次,采用FLAC3D平台建立三维数值模型,通过现场实验结果对模型的可靠性进行校核;根据数值模拟结果,得到适用于下穿隧道控制爆破施工的安全距离的建议值。研究结果表明:隧道空洞效应对爆破振动传播规律存在一定影响,研究结果可为类似的下穿隧道爆破施工提供1种新的控制方法及控制思路。