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基于SHPB的切缝药包防护特性研究

工程爆破 2024年第2期30卷 19-26页

作者：杨彦鑫林子雲吴建建卢锋四川轻化工大学土木工程学院四川自贡643000 桂林电子科技大学建筑与交通工程学院广西桂林541004 西华大学应急管理学院成都610000

为探究定向断裂控制爆破中切缝药包对围岩的防护特性,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验对用药包材料制成的垫片防护下的花岗岩试块进行冲击,分别研究垫片与岩石间距、垫片材料和厚度因素对围岩防护效果的影响,分析在高速冲击下岩石的... 详细信息

为探究定向断裂控制爆破中切缝药包对围岩的防护特性,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验对用药包材料制成的垫片防护下的花岗岩试块进行冲击,分别研究垫片与岩石间距、垫片材料和厚度因素对围岩防护效果的影响,分析在高速冲击下岩石的破碎情况和应力峰值,并建立多个切缝药包单孔爆破数值模型,通过对比不同情况下围岩损伤而进一步揭示切缝药包对围岩的防护特性机理。研究结果表明:岩石在强冲击荷载作用下严重破碎,当采用外壳垫片防护后,岩石的破碎程度有所降低。相同垫片厚度和垫片与岩石间距离固定的情况下,PVC外壳垫片防护效果要优于ABS外壳垫片。随着垫片厚度的增加和岩石与垫片间距的增加,岩石受损程度逐渐减弱,且增加垫片厚度对岩石的防护效果要优于增加岩石与垫片外壳间距的防护效果,研究成果可为控制爆破提供技术参考。

关键词：定向断裂霍普金森压杆(SHPB) 数值模拟切缝药包围岩防护

不耦合系数对切缝药包爆生裂纹扩展及分形特征的影响

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有色金属工程 2024年

作者：田栩帆王正雄陈浩万再春关思王建国昆明理工大学国土资源工程学院玉溪矿业有限公司云南铜业股份有限公司矿山研究院云南博拉斯工程技术有限公司

为研究切缝药包径向空气不耦合装药爆破下的孔周裂纹扩展和损伤演化规律，采用有机玻璃板（PMMA）介质模拟岩石材料，利用透射式动态焦散线试验系统，研究切缝药包径向不耦合系数为1.14、1.28、1.42、1.71、1.86时孔周爆炸力学行为。结... 详细信息

为研究切缝药包径向空气不耦合装药爆破下的孔周裂纹扩展和损伤演化规律，采用有机玻璃板（PMMA）介质模拟岩石材料，利用透射式动态焦散线试验系统，研究切缝药包径向不耦合系数为1.14、1.28、1.42、1.71、1.86时孔周爆炸力学行为。结果表明:主裂纹扩展分为两个阶段，第一阶段（0～150μs），在爆生气体和爆炸应力波的作用下，裂纹开裂时刻裂纹扩展速度达到峰值，随即立刻下降；第二阶段（150～330μs），由于反射应力波的作用，裂纹继续扩展直至停止。K=1.71时，爆生主裂纹沿切缝方向扩展距离最长，产生的次裂纹数量最少，左右主裂纹形成夹角近乎水平；K=1.28和1.42时，主裂纹扩展长度和产生的次裂纹数量次之；K=1.86和1.14时，裂纹扩展长度较短，产生的次裂纹数量最多。K大于或小于1.71时，爆炸产生的能量得不到充分利用，爆生主裂纹的扩展速度峰值、动态强度因子峰值小。区域Ⅱ、Ⅲ的分形维数随着径向不耦合系数的增大而减小，变化率相对较大，区域Ⅰ由于靠近爆源，整体的分形维数大，变化率小；K=1.71时，炮孔周围形成的粉碎区损伤变量最小。

关键词：动态焦散线切缝药包裂纹扩展分形维数损伤变量

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切缝药包参数对切缝效果的影响研究

煤炭技术 2024年第5期43卷 29-33页

作者：段宝福柴明星魏玉冠荆哲杨云倩山东科技大学土木工程与建筑学院山东青岛266590 山东省土木工程防灾减灾重点实验室(山东科技大学) 山东青岛266590

结合数值分析,对比了切缝药包与普通药包作用下孔壁应力特征及爆生裂纹扩展规律。从应力、裂纹扩展角度分析装药不耦合系数、切缝宽度、切缝管厚度对岩石切缝效果的影响,给出合理的切缝药包参数。研究成果可应用于煤矿岩巷、隧道和边坡... 详细信息

结合数值分析,对比了切缝药包与普通药包作用下孔壁应力特征及爆生裂纹扩展规律。从应力、裂纹扩展角度分析装药不耦合系数、切缝宽度、切缝管厚度对岩石切缝效果的影响,给出合理的切缝药包参数。研究成果可应用于煤矿岩巷、隧道和边坡等爆破工程。

关键词：切缝药包数值模拟裂纹扩展合理参数

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隧道周边孔切缝药包水间隔装药聚能爆破试验

现代矿业 2024年第5期40卷 36-39页

作者：张丕云王云东夏通买李兴全甘会莲陶家龙王建国云南交投公路建设第六工程有限公司昆明理工大学国土资源工程学院

勐省隧道Ⅳ级围岩掘进采用孔底连续装药爆破开挖,存在明显的超欠挖现象。为保证一次爆破成型,减少爆破对围岩和支护结构的扰动,在勐省隧道周边孔应用切缝药包水间隔装药聚能爆破技术,并开展现场试验。试验结果表明,相较于传统光面爆破,... 详细信息

勐省隧道Ⅳ级围岩掘进采用孔底连续装药爆破开挖,存在明显的超欠挖现象。为保证一次爆破成型,减少爆破对围岩和支护结构的扰动,在勐省隧道周边孔应用切缝药包水间隔装药聚能爆破技术,并开展现场试验。试验结果表明,相较于传统光面爆破,水间隔装药聚能爆破技术不仅有效控制了超欠挖,形成了平整轮廓线,且周边孔单孔药量降低了25%,孔距增加了100~300 mm,周边孔半孔率大于70%,节约了混凝土初喷量,避免了欠挖补炮,降低了对围岩的频繁爆破扰动。

关键词：隧道掘进水间隔装药聚能爆破切缝药包

切缝药包爆破定向断裂机理及围岩损伤特性分析

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工程科学学报 2023年第4期45卷 521-532页

作者：王雁冰李书萱耿延杰谢平中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083 淮浙煤电有限责任公司顾北煤矿淮南232150

依据弹性波动理论,结合冲击波在岩石或类岩石介质中的传播规律,建立了切缝药包爆破时切缝方向与非切缝方向的孔壁峰值应力、粉碎区和裂隙区范围之间的比例关系.利用AUTODYN软件建立了切缝药包爆破模型,在其切缝方向与非切缝方向各等间... 详细信息

依据弹性波动理论,结合冲击波在岩石或类岩石介质中的传播规律,建立了切缝药包爆破时切缝方向与非切缝方向的孔壁峰值应力、粉碎区和裂隙区范围之间的比例关系.利用AUTODYN软件建立了切缝药包爆破模型,在其切缝方向与非切缝方向各等间距设置5个测点,对测点处的应力峰值、爆破振动速度峰值以及峰值对应的时间进行了分析.而后基于淮南矿区顾北煤矿的巷道爆破试验,进行了普通药包、切缝药包以及不同周边孔间距的爆破试验,研究了切缝药包以及周边孔间距的大小对围岩损伤度的影响.结果表明,使用切缝药包爆破时,在其切缝方向会产生爆轰产物射流和应力集中,同时会减弱非切缝方向的应力峰值和爆破振动速度,延缓非切缝方向的能量传播速度,减弱非切缝方向的能量传播大小,从而达到定向断裂的目的;通过现场试验可以发现,使用切缝药包比使用普通药包爆破后,围岩的损伤度下降了30%以上;当使用切缝药包爆破时,随着周边孔间距的增大,爆后围岩损伤度呈下降趋势.

关键词：切缝药包应力峰值爆破振动速度药包间距围岩损伤定向断裂分形维数

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切缝药包参数对切缝效果的影响研究

煤炭技术 2023年

作者：段宝福柴明星魏玉冠荆哲杨云倩山东省土木工程防灾减灾重点实验室(山东科技大学) 山东科技大学土木工程与建筑学院

结合数值分析，对比了切缝药包与普通药包作用下孔壁应力特征及爆生裂纹扩展规律。从应力、裂纹扩展角度分析装药不耦合系数、切缝宽度、切缝管厚度对岩石切缝效果的影响，给出合理的切缝药包参数。研究成果可应用于煤矿岩巷、隧道和边... 详细信息

结合数值分析，对比了切缝药包与普通药包作用下孔壁应力特征及爆生裂纹扩展规律。从应力、裂纹扩展角度分析装药不耦合系数、切缝宽度、切缝管厚度对岩石切缝效果的影响，给出合理的切缝药包参数。研究成果可应用于煤矿岩巷、隧道和边坡等爆破工程。

关键词：切缝药包数值模拟裂纹扩展合理参数

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切缝药包竖井壁定向断裂控制爆破与减振研究

切缝药包竖井壁定向断裂控制爆破与减振研究

作者：张家琦中南大学

学位级别：硕士

本文以浙江某竖井为研究背景,从切缝药包爆破机理、爆破振动信号的能量频带分布特征、竖井切缝药包定向断裂爆破应用三个方面,重点研究了竖井切缝药包定向断裂控制爆破对竖井壁及周边围岩的扰动和损伤情况,主要工作与创新点如下:(1)针... 详细信息

本文以浙江某竖井为研究背景,从切缝药包爆破机理、爆破振动信号的能量频带分布特征、竖井切缝药包定向断裂爆破应用三个方面,重点研究了竖井切缝药包定向断裂控制爆破对竖井壁及周边围岩的扰动和损伤情况,主要工作与创新点如下:(1)针对传统光面爆破对围岩、超欠挖破坏的问题,对切缝药包爆破机理进行研究。切缝药包爆破时,爆轰产物的传播效果主要受切缝管的裹覆性和偏心不耦合系数的影响。切缝药包压碎区半径仅为普通药包的60%,重损伤区半径仅为普通药包的81%,压碎区的减小使得能量合理分配在岩石开裂的过程中,并形成良好的爆破效果。(2)针对基于项目竖井光面爆破围岩损伤严重的问题,进行竖井爆破振动及定向断裂控制爆破优化。切缝药包多孔爆破时在相邻炮孔连线方向外侧仅存在较小范围的爆破裂纹,其轮廓面与设计轮廓面的最大差值为0.365 cm,而传统爆破形成的开挖轮廓面范围是切缝药包轮廓面的6倍以上。采用切缝药包装药结构时,周边眼炸药量减少13.5 kg,减小了后期清理装运工作的难度与工作量,更有利于围岩的后期支护与长期稳定性。(3)针对竖井特殊工况下的爆破振动信号问题,对爆破振动信号各频带能量分布情况及能量衰减规律进行研究。爆破振动能量随着传播距离的增大,能量分布趋向于平稳的状态,并逐渐向低频带集中。竖井爆破能量在竖井爆破近区消耗更为快速,使得爆破能量能更为集中的应用于破岩的过程中而减弱对周边围岩的扰动。图86幅,表29个,参考文献108篇。

关键词：通风竖井公路隧道切缝药包定向断裂爆破小波包分析

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切缝药包参数对光爆效果的影响研究

切缝药包参数对光爆效果的影响研究

作者：李强昆明理工大学

学位级别：硕士

随着我国矿业行业的不断发展,开采深度越来越深,地质条件越发复杂,安全问题更加严峻,因此对巷道掘进工作的要求越来越高。矿山永久巷道基本都要求使用光面爆破技术,但传统光面爆破对围岩损伤较大,因此产生了切缝药包光面爆破技术并且已... 详细信息

随着我国矿业行业的不断发展,开采深度越来越深,地质条件越发复杂,安全问题更加严峻,因此对巷道掘进工作的要求越来越高。矿山永久巷道基本都要求使用光面爆破技术,但传统光面爆破对围岩损伤较大,因此产生了切缝药包光面爆破技术并且已广泛应用于巷道断面成型。目前切缝药包光面爆破技术能够满足爆生裂纹的产生位置和分发展方向,爆破轮廓面的平整度较高,而且能有效降低围岩损伤,对围岩的稳定性有所保证,但影响切缝药包切缝效果的参数众多,各个参数对切缝药包切缝效果的影响程度的重要性尚未进行研究。针对上述问题,研究切缝药包参数的合理取值以及参数重要程度顺序,对现场使用切缝药包具有极高的应用价值。本文利用动焦散实验、MATLAB图像处理和数值模拟技术对切缝药包在光面爆破中的应用进行了如下工作:通过动焦散实验对切缝药包的切缝参数(切缝角度、切缝管厚度、切缝管材料、切缝宽度)和药包参数(不耦合系数、装药量)进行研究,从主裂纹长度,主裂纹尖端扩展速度,主裂纹尖端动态强度因子分析每个参数的最优结果:对于不耦合系数,在不耦合系数为1.67时切缝效果最好;主裂纹长度与切缝管厚度正相关,但随着壁厚增大裂纹长度增大变缓;切缝管材料对切缝效果影响较大,铁管效果最好,铝管效果居中,PVC管效果最差:针对切缝宽度,当切缝宽度≥0.8mm,切缝方向会产生两条有角度的主裂纹,随着切缝宽度的增大,主裂纹夹角随之增大;装药量越大,主裂纹越长;在90°和180°时,裂纹基本呈直线,但在90°到135°之间时,裂纹向需爆破岩石方向弯曲,在135°到180°之间时,裂纹向围岩方向弯曲,基本可以达到定向断裂的目的;最长次裂纹随着切缝角度的增大而减小。使用MATLAB对爆后有机玻璃照片进行粉碎区面积、损伤变量与分形维数计算。通过动焦散实验结果以及MATLAB计算得到12个评价指标,进行主成分分析:根据动焦散实验结果统计,对28个实验样本和实验总结的评价切缝药包切缝效果的12个指标进行主成分分析,分析结果表明,F的取值范围在[-2.633,3.116]之间,当F>0时切缝效果较好,F切缝效果较差,与上述实验结果一致,说明12个评价指标的选择无误,主成分分析可以分析切缝药包的切缝效果。因此通过单一参数的综合主成分F的平均得分得到了考虑切缝药包切缝效果因素的先后顺序为:不耦合系数、切缝宽度、切缝角度、切缝管厚度、切缝管材料、装药量。通过数值模拟研究不同切缝药包参数下裂纹扩展情况,与实验结果相互印证,同时分析不同方向的切缝药包应力分布情况。通过主成分分析得到切缝药包各个参数的排序,根据排序依次确定各参数的取值,模拟不同孔距得到最佳炮孔距离,并优化周边孔布孔参数并进行全断面周边孔的数值模拟计算:基于ANSYS模拟对动焦散实验方案进行数值模拟研究,分析了不同参数中主裂纹长度的变化趋势与动焦散得到的变化趋势相同,证明了模拟的可靠性,并分析了切缝方向与垂直方向,45°方向的应力峰值变化规律;对不同炮孔间距进行模拟得到最优炮孔间距为18倍的孔径,根据炮孔间距设计周边孔布孔参数,并进行数值模拟验证优化后方案的可行性。

关键词：切缝药包动焦散损伤变量分形维数裂纹扩展 ANSYS

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切缝药包爆炸作用机理数值模拟

爆炸与冲击 2018年第5期38卷 1172-1180页

作者：申涛罗宁向俊庠高祥涛中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学力学与土木工程学院江苏徐州221116 中国科学技术大学近代力学系安徽合肥230027 贵州省公安厅治安总队贵州贵阳550001

为研究切缝药包定向控制爆炸机理,基于双缝/耦合切缝药包爆轰行为高速纹影实验,建立"炸药-切缝管-空气"模型,采用数值模拟方法研究切缝药包爆炸过程中冲击波相互作用、爆炸流场压力时空分布和切缝管形态变化。研究结果表明:切缝药包爆... 详细信息

为研究切缝药包定向控制爆炸机理,基于双缝/耦合切缝药包爆轰行为高速纹影实验,建立"炸药-切缝管-空气"模型,采用数值模拟方法研究切缝药包爆炸过程中冲击波相互作用、爆炸流场压力时空分布和切缝管形态变化。研究结果表明:切缝药包爆炸过程中切缝管能够有效控制爆炸能量释放和爆生气体动力学行为;切缝方向压力超前且高于非切缝方向;在爆炸冲击波及爆生气体共同作用下,切缝管曲率不断变小且从起爆点处以相同的变形特征沿切缝管轴向发展;数值模拟结果与实验结果吻合。

关键词：定向控制爆破切缝药包爆生气体高速纹影