松动爆破作用下砂岩破碎过程的数值模拟及爆破参数确定

摘要

台阶爆破法是露天矿山岩土剥离中采用的主要方法，相对于其它破碎方法具有速度快、效率高、成本低等明显的优点。随着矿山开采强度的不断加大和机械化水平的日益提高，如何采用更合理的爆破参数、更经济的爆破成本，使得研究松动爆破荷载作用下岩土破碎过程及其破碎效果的工作在矿山爆破作业中越发突出和重要。由于岩石本身的岩性迥异悬殊、地质条件复杂多样，传统的经验数据可能发挥不了应有的作用和价值，因此研究松动爆破作用下的岩石破碎过程和爆破参数的确定，具有一定的理论价值和现实意义。
　　本文首先论述了数值模拟、理论分析、试验研究等探究方法各自的特点，并详细分析了数值模拟相对于后两者的优点及其可操作性。通过Livingston爆破漏斗理论，重点分析了松动爆破的形成机理。采用非线性动态有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA模拟完整岩体、单条节理岩体、单组平行节理岩体、不同爆破参数下岩体的爆破过程，得到了岩体爆破过程中不同时刻的等效应力，分析对比了各自不同的爆破效果。主要结论有：完整岩体在自由面处形成反射拉伸波破坏岩石，沿炮孔连线岩石贯通；节理会阻碍应力波的正常传播、泄能、出现大块；水平组节理明显不利于岩石破碎，应增大药量或补孔（以鄂尔多斯地区某矿为例）；垂直组节理岩体应将炮孔布置于节理之外。
　　针对不同填塞长度、不同孔距排距、不同孔径、不同布孔方式，提取台阶顶部自由面处若干单元的竖向位移和竖向速度的时间历程曲线，对比分析其升降幅度，结果表明，填塞长度3.2 m、孔距6 m排距3 m、孔径120 mm、“梅花眼”布孔的爆破效果较为理想。最后，本文还采集了爆破现场的图片，与数值模拟效果进行对比，证明了其一致性，进一步说明了数值模拟在爆破设计中的重要作用。

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引言

1 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究思路及技术路线

2 ANSYS/LS-DYNA简介及材料模型

2.1 爆破数值模拟的意义

2.2 ANSYS/LS-DYNA简介

2.3 数值模拟材料模型

2.4 本章小结

3 模型建立及爆破漏斗理论

3.1 数值模型的建立

3.2 爆破漏斗理论

3.3 本章小结

4 岩体爆破过程数值模拟

4.1 完整岩体爆破过程数值模拟

4.2 节理岩体爆破过程数值模拟

4.3 本章小结

5 不同爆破参数的数值模拟效果对比

5.1 不同填塞长度的数值模拟

5.2 不同孔距、排距的数值模拟

5.3 不同孔径的数值模拟

5.4 不同布孔方式的数值模拟

5.5 提取相关变量的时间历程曲线

5.6 炮孔中间位置的岩石破碎分析

5.7 爆破现场图片

5.8 本章小结

结 论

参考文献

在学研究成果

致谢