基于连续-非连续单元方法的露天矿三维台阶爆破全过程数值模拟

作     者：冯春 李世海 郑炳旭 崔晓荣 贾建军 FENG Chun;LI Shihai;ZHENG Bingxu;CUI Xiaorong;JIA Jianjun

作者机构：中国科学院力学研究所流固耦合系统力学重点实验室北京100190 广东宏大爆破股份有限公司广东广州510623 鞍钢矿业爆破有限公司辽宁鞍山114046 

出 版 物：《爆炸与冲击》 (Explosion and Shock Waves)

年 卷 期：2019年第39卷第2期

页      面：107-117页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家重点研发计划项目(2016YFC0801600) 广东宏大爆破股份有限公司"基于数字模拟的露天爆破设计软件"研发项目 鞍钢矿业集团"基于采选总成本的爆破技术优化研究"项目(2016-科A07-2) 

主　　题：三维台阶爆破 连续-非连续单元方法 损伤断裂 接触检测 露天矿 爆破开采 

摘      要：爆破开采是露天矿采选总成本控制的首要环节,数值模拟是进行露天矿爆破开采优化设计及爆破效果分析的有效手段。利用连续-非连续单元方法(continuum-discontinuum element method,CDEM)对露天矿的三维台阶爆破过程进行了模拟,通过朗道爆炸模型实现了爆炸作用力的精确计算,通过弹性-损伤-断裂本构实现了岩体损伤破裂过程的描述,通过半弹簧-目标面及半棱-目标棱的联合接触算法实现了破碎岩块碰撞、飞散及堆积过程的高效模拟。开展了小尺度单自由面爆破过程的数值模拟,计算给出的块度分布曲线、爆破漏斗体积等参数与文献中模型实验的结果基本一致,证明了CDEM及本文所述各类模型在模拟爆炸破岩方面的精确性。以鞍千矿南采区的露天铁矿爆破开采为研究对象,建立了3排21炮孔的三维台阶爆破概化模型,模拟了从炸药起爆、岩体损伤破裂到最后爆堆形成的全过程;计算结果表明,除后缘拉裂槽外,数值计算给出的爆堆形态、顶部鼓起高度等与现场的测试结果基本一致,证明了利用CDEM开展三维露天台阶爆破全过程模拟的可行性。