空气间隔装药爆破机理及应用研究

论文摘要

国内外研究和试验表明:使用空气间隔装药技术用于爆破可以得到与常规装药方式相近的效果,同时可以减少大量的装药工作量及起爆器材的使用,从而达到提高工作效率和有效节省爆破成本的目的。但对该爆破方法和技术的研究,至今仍停留在试验阶段,既未形成一套完整的理论,也没有较为系统、相对完善的实践资料,仅仅是结合生产实践在某些工程做了一些生产性试验,积累了一定的实践经验。从理论高度研究空气间隔装药爆破的机理并确定合理的空气层比例是空气间隔装药爆破技术在我国推广过程中的重要研究课题,应有较高的技术价值及广阔的潜在工程应用前景。本文在前人工作基础上,运用一维不定常流理论对空气间隔装药炮孔内的爆轰波作用过程进行了详细的研究,取得了如下一些研究成果:较好的揭示了空气间隔装药技术孔内应力作用过程及爆破破岩机理。本文从空气间隔装药爆破中炮孔内爆炸冲击波、爆轰产物的膨胀运动过程及其与炮孔底部和堵头底部的相互作用过程进行了详细分析,确定了炮孔内一维应力变化历程及时空分布,从而从理论高度定量分析了空气间隔装药爆破技术的爆破破岩机理。定量确定了梯段爆破中合理的空气间隔比例。为使炮孔近区能受到较高压力形成压碎圈和远区能受到应力波持续加载和卸载作用达到较好爆破效果、充分利用爆破能量,通过不同空气层处于不同位置和不同起爆方式下孔内的压力时程分布的炮孔周围岩体中的动应力场计算,表明:空气层置于顶部的装药方式优于空气层置于中部和下部;反向起爆方式优于正向起爆方式;要充分利用空气间隔爆破结构的优势,在梯段爆破中合理的空气层比例约为30%～42%。定量确定了预裂(光面)爆破中合理的空气间隔比例。在预裂(光面)爆破中,在保证炮孔连线间能劈裂贯穿裂缝又要尽量避免过大的炮孔压力,防止对炮孔壁岩体的破坏。通过不同空气层处于不同位置和不同起爆方式下孔内的压力时程分布的炮孔周围岩体中的动应力场计算,表明:空气层置于顶部的装药方式优于空气层置于中部和下部;正向起爆方式优于反向起爆方式;在预裂(光面)爆破中合理的空气层比例约为60%～80%。现场试验表明,由理论分析得出的空气间隔比例不仅适用于矿山采用的150～350mm大孔径深孔爆破技术,对我国水利水电工程常用的42～150mm孔径爆破同样适用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国内外空气间隔装药梯段爆破研究现状
• 1.2.2 国内外空气间隔装药预裂（光面）爆破研究现状
• 1.3 本文的研究内容
• 1.3.1 现状研究存在的主要问题
• 1.3.2 本论文研究的主要内容
• 2 一维非定常流理论基础
• 2.1 稀疏波在介质中的传播
• 2.1.1 稀疏波在界面的反射与透射
• 2.1.2 稀疏波在固壁上的反射
• 2.2 冲击波在介质中的传播
• 2.2.1 冲击波的相互作用
• 2.2.2 冲击波对碰
• 2.2.3 同向冲击波的相互作用
• 2.2.4 冲击波与稀疏波的相互作用
• 2.2.5 冲击波与交界面的相互作用
• 2.2.6 冲击波在固壁上的反射
• 3 空气间隔装药梯段爆破机理及参数研究
• 3.1 空气间隔位置优选
• 3.1.1 空气层位于炮孔顶端的一维理论求解模型（反向起爆）
• 3.1.2 空气层位于炮孔中央的一维理论求解模型
• 3.1.3 空气层位于不同部位的一维数值求解
• 3.1.4 空气层位于不同部位，孔内压力比较
• 3.2 起爆方式优选
• 3.2.1 正向起爆一维理论求解模型
• 3.2.2 不同起爆方式一维数值求解
• 3.2.3 不同起爆方式孔内压力比较
• 3.3 合理空气层比例的确定
• 3.3.1 理论分析
• 3.3.2 数值计算分析
• 3.4 小结
• 4 空气间隔装药预裂爆破机理及参数计算
• 4.1 空气间隔位置优选
• 4.1.1 空气层位于不同部位的一维数值求解
• 4.1.2 空气层位于不同部位，孔内压力比较
• 4.2 起爆方式优选
• 4.2.1 不同起爆方式一维数值求解
• 4.2.2 不同起爆方式孔内压力比较
• 4.3 合理空气层比例的确定
• 4.3.1 理论分析
• 4.3.2 数值计算分析
• 4.3 小结
• 5 空气间隔装药爆破技术试验研究
• 5.1 向家坝水电站光面爆破试验
• 5.2 向家坝空气间隔光面爆破技术数值模拟比较
• 5.3 向家坝空气间隔梯段爆破数值模拟
• 5.4 其它爆破现场试验
• 6 结论与展望
• 参考文献
• 博士期间参加科研项目及发表文章一览
• 1. 参加科研项目
• 2. 发表文章及编写专著
• 3. 获奖情况
• 致谢