空气间隔装药爆破模型在矿房回采中的应用

doi:10.11872/j.issn.1005-2518.2019.03.358

摘要/Abstract

摘要：

针对矿房回采时连续装药爆破造成的大块率高、振动大的问题，建立了4种不同空气柱长度和不同装药量的空气间隔装药结构爆破数值模型。通过分析各装药结构爆破时炮孔内与崩矿自由面上的爆炸应力场，得到在一定工程范围内，装药量相同的情况下，有效应力随空气柱长度的增大而减小；当空气柱长度相同时，装药量越大，有效应力越大；应力峰值呈现出在装药段处最大、空气段处减小及空气段中部应力最小的规律，与理论分析基本吻合。运用Von Mises屈服准则判断是否发生破坏，并通过分析自由面上质点的振动速度来反映爆破效果，选出最佳装药结构方案。

关键词: 空气间隔装药, 装药结构优选, 数值模拟, 有效应力, 合成速度, VonMises屈服准则, 爆炸应力场, Starfield迭加法

Abstract:

Aiming at the problems of excessive blasting vibration and impact，high bulk rate，large vibration and blasting hazard effects in the process of deep hole lateral collapse blasting in underground mining，ANSYS/LS-DYNA software based on ALE algorithm is adopted in this paper.The program established a numerical model for the blasting of air-deck charge structures with four different air column lengths and different charge amounts.Firstly，using the initial impact pressure theory analysis，theoretically deducing the stress at different distances from the charging section，the stress peak is increased at the charging section，reduced at the air section，and the stress distribution in the middle of the air section is superimposed and analyzed.Then，using ANSYS/LS-DYNA software，the explosion stress field in the rock mass and the free surface of the collapse is numerically simulated when the charge structure is blasted.It shows that when the charge is the same within a certain engineering range,the effective stress decreases with the increase of the length of the air column.When the length of the air column is the same，the larger the charge is，the larger the effective stress is.The peak value of the stress appears to be the largest at the charging section，and it is reduced at the air section.The law of minimum stress in the middle is basically consistent with the theoretical analysis.By analyzing the effective stress peaks of the four air-deck charge models，it is obtained that within a certain engineering range，the effective stress decreases with the increase of the length of the air column in the case of the same charge.When the air column length is the same，the larger the charge，the greater the effective stress.The longer the length of the air column，the longer the length of the air column，the more stable the effective stress distribution，and the more uniform the explosion energy distribution.By extracting the effective stress peaks of the key elements on the free surface of each scheme，the effective stress peak curve was drawn，and the Von Mises yield criterion is used to judge whether the rock is damaged，and the vibration response speed of the particle on the free surface of the collapse is reflected.The effective peak of the unit on the surface and the peak of the unit synthesis speed was compared to select the best air-deck charge structure.

Key words: air-deck charge, charge structure optimization, numerical simulation, effective stress, synthetic speed, Von Mises yield criterion, explosive stress field, Starfield superposition method

中图分类号:

TU44

梁瑞,俞瑞利,周文海,黄小彬,王建勇,熊征宇. 空气间隔装药爆破模型在矿房回采中的应用[J]. 黄金科学技术, 2019, 27(3): 358-367.

Rui LIANG,Ruili YU,Wenhai ZHOU,Xiaobin HUANG,Jianyong WANG,Zhengyu XIONG. Application of Air Interval Charge Blasting Model in Mining Room[J]. Gold Science and Technology, 2019, 27(3): 358-367.

图/表 14

图1

图2

图3

图4

图5

表1

表2

表3

空气垫层材料参数"

参数名称	数值	参数名称	数值
密度/(kg·m^-3)	1.29	$C 4$	0.4
$C 0$	0	$C 5$	0.4
$C 1$	0	$E 0$	2.5×10⁵
$C 2$	0	$V 0$	1.0
$C 3$	0

表3

图6

图7

图8

图9

图10

图11

参考文献 24

1	Liu X L ， Luo K B ， Li X B ，et al .Cap rock blast caving of cavity under open pit bench［J］.Transactions of Nonferrous Metals Society of China，2017，27（3）：648-655.
2	Li Q Y ， Liu K ， Li X B ，et al .Cutting parameter optimization for one-step shaft excavation technique based on parallel cutting method［J］.Transactions of Nonferrous Metals Society of China，2018，28（7）：1413-1423.
3	Shi X Z ， Qiu X Y ， Zhou J ，et al .Application of Hilbert-Huang transform based delay time identification in optimization of short millisecond blasting［J］.Transactions of Nonferrous Metals Society of China，2016，26（7）：1965-1974.
4	Park D ， Jeon S .Reduction of blast-induced vibration in the direction of tunneling using an air-deck at the bottom of a blasthole［J］.International Journal of Rock Mechanics and Mining Science，2010，47（5）：752-761.
5	Zhang Z C ， Wen X ， Lin M Q .Blasting experiment and application effect of different air-decked charge positions［J］.Industrial Minerals and Processing，2011，40（6）：27-30.
6	Moxon N T ， Mead D ， Richardson S B .Air-decked blasting technique:Some collaborative experiments［J］.Transactions of the Institution of Mining and Metallurgy，Section A：Mining Industry，1993，102：25-30.
7	Kumar K V .Air-decking using gasbags［J］.Journal of Mines，Metals and Fuels，1995，43（8）：244-249.
8	刘优平，龚敏，黄刚海 .深孔爆破装药结构优选数值分析方法及其应用［J］.岩土力学，2012，33（6）:1883-1888.
	Liu Youping ， Gong Min ， Huang Ganghai .Numerical analysis method for optimizing charging structure of deep-hole blasting and its application［J］.Rock and Soil Mechanics，2012，33（6）:1883-1888．
9	叶海旺，康强，赵明生，等 .节理裂隙岩体空气间隔装药爆破试验研究［J］.爆破，2012，29（2）:26-30.
	Ye Haiwang ， Kang Qiang ， Zhao Mingsheng ，et al .Experimental study on air-decking charging explosion in jointed and fractured rock mass［J］.Blasting，2012，29（2）:26-30.
10	朱强，陈明，郑炳旭，等 .空气间隔装药预裂爆破岩体损伤分布特征及控制技术［J］.岩石力学与工程学报，2016，35（增1）:2758-2765.
	Zhu Qiang ， Chen Ming ， Zheng Bingxu ，et al .Distribution and control technology of rock damage induced by air-deck charge presplitting blasting ［J］.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2016，35（Supp.1）：2758-2765.
11	罗周全，齐飞祥，谭浪浪 .基于LS-DYNA的间柱开采贫损爆破控制技术［J］.科技导报，2014，32（28/29）：79-84.
	Luo Zhouquan ， Qi Feixiang ， Tan Langlang .Dilution and loss blasting control of pillar mining based on LS-DYNA［J］.Science and Technology Review，2014，32（28/29）：79-84.
12	朱红兵，卢文波，吴亮 .空气间隔装药爆破机理研究［J］.岩土力学，2007，28（5）:986-990.
	Zhu Hongbing ， Lu Wenbo ， Wu Liang .Research on mechanism of air-decking technique in bench blasting［J］.Rock and Soil Mechanics，2007，28（5）: 986-990.
13	张迎吉，周建敏，徐文文，等 .不同位置空气间隔装药爆破减振和破碎效果试验［J］.工程爆破，2015，21（1）:15-19.
	Zhang Yingji ， Zhou Jianmin ， Xu Wenwen ，et al .Experiment on effect of vibration reduction and rock fragmentation for different positions air-decking charge blasting［J］.Engineering Blasting，2015，21（1）: 15-19.
14	梁瑞，解丽娜，周文海，等 .基于不同空气间隔装药结构的爆破效果动力响应研究［J］.中国安全生产科学技术，2018，14（7）:175-180.
	Liang Rui ， Xie Lina ， Zhou Wenhai ，et al .Research on dynamic response of blasting effect based on different air-deck charge structures［J］.Journal of Safety Science and Technology，2018，14（7）: 175-180.
15	吴亮，卢文波，钟冬望，等 .混凝土介质中空气间隔装药的爆破机理［J］.爆炸与冲击，2010，30（1）:58-64.
	Wu Liang ， Lu Wenbo ， Zhong Dongwang ，et al .Blasting mechanism of air-decked charge in concrete medium［J］.Explosion and Shock Waves，2010，30（1）：58-64.
16	岳中文，杨仁树，陈岗，等 .切缝药包空气间隔装药爆破的动态测试［J］.煤炭学报，2011，36（3）：398-402.
	Yue Zhongwen ， Yang Renshu ， Chen Gang ，et al .Dynamic test on silt-charge blasting of air-deck charge［J］.Journal of China Coal Society，2011，36（3）：398-402.
17	池恩安，梁开水，赵明生 .孔底空气间隔装药降振试验研究［J］.煤炭学报，2012，37（6）：944-950.
	Chi En’an ， Liang Kaishui ， Zhao Mingsheng .Experimental study on vibration reduction of the hole-bottom air space charging［J］.Journal of China Coal Society，2012，37（6）：944-950.
18	吴亮，朱红兵，卢文波 .空气间隔装药爆破研究现状与探讨［J］.工程爆破，2009，15（1）：16-19.
	Wu Liang ， Zhu Hongbing ， Lu Wenbo .An overview and discussion of the study on air-decking blasting［J］.Engineering Blasting，2009，15（1）：16-19.
19	王凯，张智宇，高腾飞 .某露天采场深孔台阶爆破空气间隔装药的应用［J］.爆破，2018，35（1）：80-85.
	Wang Kai ， Zhang Zhiyu ， Gao Tengfei .Application of air interval charge in deep-hole bench blasting in open-pit mine［J］.Blasting，2018，35（1）：80-85.
20	Henrych J .爆炸动力学及其应用［M］.北京：科学出版社，1978.
	Henrych J .Explosion Dynamics and Its Applications［M］.Beijing：Science Press，1978.
21	张志呈 .定向断裂控制爆破［M］.重庆：重庆出版社，2000.
	Zhang Zhicheng .Directional Fracture Controlled Blasting［M］.Chongqing：Chongqing Publishing House，2000.
22	周传波 .深孔爆破一次成井模拟优化与应用研究［D］.武汉：中国地质大学，2004.
	Zhou Chuanbo .Study on Simulation Optimization and Application of Shaft Formation by One Deep-hole Blasting［D］.Wuhan：China University of Geosciences，2004.
23	罗忆，卢文波，陈明，等 .爆破振动安全判据研究综述［J］.爆破，2010，27（1）：14-22.
	Luo Yi ， Lu Wenbo ， Chen Ming ，et al .View of research on safety criterion of blasting vibration［J］.Blasting，2010，27（1）：14-22.
24	夏祥 .爆炸荷载作用下岩体损伤特征及安全阈值研究［D］.武汉：中国科学院大学，2006.
	Xia Xiang .Study on Damage Characteristics and Safety Threshold of Rock Vibration by Blast［D］.Wuhan：Universtiy of Chinese Academy of Sciences，2006.

Metrics

Viewed

Full text

Abstract

Cited

Shared

Discussed

参数名称	数值	参数名称	数值
ρ _e/（g·cm^-3）	1.20	R₁	4.2
D/（m·s^-1）	4 000	R₂	0.9
P _cj/GPa	7.4	ω	0.15
A/GPa	214.4	E ₀/GPa	4.192
B/GPa	0.182

参数名称	数值	参数名称	数值
密度/（g·cm^-3）	3.8	切线模量/MPa	150
弹性模量E/GPa	25	β	1
泊松比	0.25	C/s^-1	2.5
屈服应力/MPa	75

[1]	吕闹,汪海波. 厚硬顶板弱化前后垮落致灾数值模拟研究[J]. 黄金科学技术, 2019, 27(2): 257-264.
[2]	王从陆,李童. 基于Ventsim的深井线性热源对有效通风量的影响分析[J]. 黄金科学技术, 2019, 27(2): 271-277.
[3]	王春,王成,熊祖强,程露萍,王怀彬. 动力扰动下深部出矿巷道围岩的变形特征[J]. 黄金科学技术, 2019, 27(2): 232-240.
[4]	方传峰,王晋淼,李剡兵,贾明涛. 基于PFC2D-DFN的自然崩落法数值模拟研究[J]. 黄金科学技术, 2019, 27(2): 189-198.
[5]	李响,怀震,李夕兵,张倬瑶. 基于裂纹扩展模型的脆性岩石破裂特征及力学性能研究[J]. 黄金科学技术, 2019, 27(1): 41-51.
[6]	陈冲,李夕兵,冯帆. 诱导巷道的围岩松动破坏区数值研究[J]. 黄金科学技术, 2018, 26(6): 771-779.
[7]	刘连生,钟清亮,闫雷,钟文,梁龙华. 频繁生产爆破加载下饱水岩体累积损伤效应声波测试研究[J]. 黄金科学技术, 2018, 26(6): 750-760.
[8]	彭博. 库水位骤降耦合不同类型降雨泥岩边坡渗透稳定性数值模拟研究[J]. 黄金科学技术, 2018, 26(5): 647-655.
[9]	李光,马凤山,刘港,郭捷,郭慧高,寇永渊. 金川矿区深部巷道支护效果评价及参数优化研究[J]. 黄金科学技术, 2018, 26(5): 605-614.
[10]	胡建华,任启帆,亓中华,张纪伟. 卧虎山铁矿采场极限暴露面积回归优化模型[J]. 黄金科学技术, 2018, 26(4): 503-510.
[11]	胡桂英, 刘科伟, 杜鑫, 李萧翰. 光面掏槽爆破技术的研究及其在巷道掘进中的应用[J]. 黄金科学技术, 2018, 26(3): 349-356.
[12]	汪海波, 魏国力, 宗琦, 徐颖. 节理发育岩体巷道掘进爆破数值模拟与应用研究[J]. 黄金科学技术, 2018, 26(3): 342-348.
[13]	杨明财, 盛建龙, 叶祖洋, 董舒. 基于FlAC3D的露天矿边坡稳定性及影响因素敏感性分析[J]. 黄金科学技术, 2018, 26(2): 179-186.
[14]	任伟成，乔登攀，周志伟. 立式砂仓尾砂体积分数随砂仓高度变化规律研究[J]. 黄金科学技术, 2018, 26(1): 64-73.
[15]	马凤山，李克蓬，杜云龙,侯成录,李威,张国栋 . 三山岛金矿海底开采F1断裂防突结构可能的破坏形式分析 [J]. 黄金科学技术, 2017, 25(5): 47-56.