為研究雙向聚能拉伸爆破應(yīng)力波傳播及裂紋演化規(guī)律,采用理論分析、數(shù)值模擬等方法,研究單孔爆破、連孔爆破、間隔爆破爆炸應(yīng)力波的傳播形式和裂紋擴展規(guī)律。結(jié)果表明,連孔聚能爆破和間隔聚能爆破的裂紋擴展長度都在水平徑向上達到了900 mm,而單孔聚能爆破僅600 mm,說明連孔聚能爆破時應(yīng)力波的疊加使切向拉應(yīng)力增大,聚能方向形成了與孔心連線相平行的裂紋,裂紋開裂延伸,直至貫通。間隔爆破時隨著應(yīng)力波的傳播,裂紋尖端張拉應(yīng)力區(qū)也不斷向前推移,促使裂紋繼續(xù)發(fā)展,直至貫通。該項研究在巖石成型爆破中提供了有效真實的參考依據(jù),具有廣闊的應(yīng)用前景。 

【文章來源】：振動與沖擊. 2020,39(04)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

間隔聚能爆破數(shù)值模擬圖

雙向聚能拉伸爆破技術(shù)在2003年由何滿潮院士首先提出,該項技術(shù)充分利用了巖石的“抗壓怕拉”特性,它通過將點狀PVC聚能管與普通礦用炸藥相結(jié)合,使炸藥爆炸后在聚能方向上形成切向拉應(yīng)力,最大限度地將爆轟壓力轉(zhuǎn)化為對圍巖的張拉作用,在聚能方向上形成有效的定向預(yù)裂[13]。同時,由于非聚能方向上PVC管的緩沖作用,避免了非聚能方向上孔壁巖石的損傷破壞,雙向聚能拉伸爆破原理及聚能裝置示意圖如圖1所示。聚能爆破過程中,在炮孔周圍形成沖擊波,由于聚能裝置和巖石質(zhì)點的位移,使得沖擊波迅速衰減為應(yīng)力波,應(yīng)力波的傳播和疊加達到了破巖的效果。通過分析可知,雙向聚能拉伸爆破裂紋擴展過程分為:沖擊波對設(shè)定方向巖石的壓裂作用、應(yīng)力波沿設(shè)定方向?qū)r石的拉伸裂紋擴展、高溫高壓氣體氣楔作用和拉伸作用共同引起的裂紋延伸三個過程[14-15]。假設(shè)爆破炮孔為理想絕熱密閉空間,設(shè)炸藥起爆后在聚能方向上孔壁受到的爆轟產(chǎn)物沖擊壓力為

雙向聚能拉伸爆破在炸藥起爆后,首先聚能裝置上的聚能孔使爆生氣體直接與孔壁接觸,產(chǎn)生的壓應(yīng)力迅速轉(zhuǎn)化為沿聚能方向的張拉應(yīng)力,非聚能方向上受到的壓應(yīng)力作用于孔壁時可分解為垂直于聚能方向的分力Py和平行于聚能方向的分力Px,當(dāng)垂直于聚能方向的分力疊加大于巖石的抗拉強度時,孔壁將沿聚能方向發(fā)生拉裂破壞,生成初始徑向裂隙;其次以應(yīng)力波的疊加為主要開裂機制指導(dǎo)裂紋擴展;最后由于應(yīng)力波在巖石中傳播的衰減,由爆生氣體的膨脹作用與應(yīng)力波的疊加共同作用貫通裂紋。其單孔聚能爆破力學(xué)模型如圖2所示。當(dāng)應(yīng)力波作用于孔壁后,隨著波在巖體中的傳播將產(chǎn)生應(yīng)力波的疊以及爆生氣體在水平徑向裂隙中膨脹擠壓,以至合力大于巖石的抗拉強度而造成開裂。以炮孔的1/4為例其合力的函數(shù)式為

【參考文獻】：
期刊論文
[1]裝藥結(jié)構(gòu)對煤層深孔聚能爆破增透的影響[J]. 郭德勇,張超,朱同功,潘競俊.  工程科學(xué)學(xué)報. 2018(12)
[2]爆炸應(yīng)力波作用下空孔周圍裂紋群的擴展規(guī)律[J]. 楊仁樹,左進京,宋俊生,陳帥志,肖成龍.  振動與沖擊. 2018(14)
[3]煤層深孔聚能爆破控制孔作用機制研究[J]. 郭德勇,趙杰超,張超,朱同功.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報. 2018(04)
[4]爆破載荷作用下控制孔增透作用機理試驗研究[J]. 張樹川,劉澤功,劉健,李重情,高魁.  振動與沖擊. 2017(24)
[5]無煤柱自成巷聚能切縫技術(shù)及其對圍巖應(yīng)力演化的影響研究[J]. 何滿潮,高玉兵,楊軍,郭志飚,王二雨,王亞軍.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報. 2017(06)
[6]煤層深孔聚能爆破動力效應(yīng)分析與應(yīng)用[J]. 郭德勇,趙杰超,呂鵬飛,翟民.  工程科學(xué)學(xué)報. 2016(12)
[7]不同裝藥模式爆破載荷作用下煤層裂隙擴展特征試驗研究[J]. 劉健,劉澤功,高魁,薛俊華,婁亞北.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報. 2016(04)
[8]爆炸應(yīng)力波作用下巖石破壞數(shù)值分析[J]. 馬文偉,李江濤,梁文勖,薛彥平,楊慶軍.  煤礦安全. 2015(09)
[9]聚能爆破破巖效果數(shù)值模擬分析[J]. 周亞洲,勾東東,程志超,婁俊豪,王旭鋒.  煤礦安全. 2014(12)
[10]控制孔定向致裂機理的研究及應(yīng)用[J]. 張凱,黃文堯,陳秋宇,胡鑫.  爆破. 2014(01)

碩士論文
[1]巖石中相鄰炮孔爆破裂縫演化研究[D]. 陳哲浩.西安科技大學(xué) 2016



本文編號：3428586