最小抵抗线与不耦合系数对台阶爆破爆炸能量的影响研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jshajhb1
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为研究最小抵抗线与不耦合系数对台阶爆破爆炸能量分布规律的影响,本文基于岩石力学、爆破理论推导岩石断裂破碎能量、粉碎能量、抛掷动能计算方法,构建台阶爆破爆炸能量体系,浇筑混凝土台阶模型并采用高速摄影与振动监测技术进行最小抵抗线、不耦合系数为变量的台阶爆破试验,分析岩石破碎块度、自由面鼓包抛掷过程、爆腔形态、爆破振动波形。研究获得了以下成果:(1)岩石断裂破碎能量、爆腔耗能(岩石粉碎能量)、抛掷动能计算方法,以破碎能、爆腔耗能、抛掷动能、振动能量为核心构建了台阶爆破爆炸能量体系。(2)炸药爆炸后约2ms内,炸药能量主要用于岩石裂纹裂隙的生成,2-20ms,炸药能量主要转化为岩石新生表面能与抛掷动能,约20ms之后,破碎岩石基本不受爆炸能量作用;台阶自由面岩石在爆生气体作用下呈现出加速-匀速-二次加速-自由抛掷的速度变化特征,二次加速之后达到初始抛掷速度,自由面质点初始抛掷速度大小随台阶高度改变呈现出正态分布变化规律;破碎能密度增大会使破碎岩块分形维数变大,破碎效果更优。(3)最小抵抗线W台阶爆破试验研究表明:分形维数、破碎能密度与W正相关,平均破碎块度K50与W负相关,破碎能与随W增大满足先增大后减小的变化趋势,破碎能利用率介于4.94%-12.51%之间,在W为180mm时达到最大;岩块加速度和初始抛掷速度与W正相关,抛掷动能随W增大满足负幂函数降低,占炸药能量的8.54%-14.77%;W增大会延缓自由面鼓包,延长爆炸产物对岩石的压缩粉碎时间,导致爆腔体积增大,爆腔耗能随W增大呈幂函数增大,占炸药能量的5.93%-21.13%;W增大会延长振动持续时间、增强质点峰值振动速度,振动能量随W增大呈指数函数增大,占炸药能量比例的0.15%-12.09%,x方向所占据的振动能量比例与W呈正相关;随着W的增大,爆破有效能量比例变化较小,无效能量比例逐渐变大,W的最优取值范围为160mm-180mm。(4)不耦合系数K台阶爆破试验研究表明:分形维数、破碎能、破碎能密度、破碎能利用率随K增大呈现出先增大后减小的变化趋势,K为1.5时达到最大,岩石平均破碎块度K50呈先减小后增大的变化趋势,在K为1.5时达到最小,破碎能量占炸药的2.08%-3.62%;抛掷动能随K增大呈负幂函数降低,占炸药能量的5.58%-15.26%;K增大会降低岩石的粉碎程度,减小岩石粉碎区域,扩腔能量随K增大呈负指数函数降低,占炸药能量的2.95%-8.48%;K增大会减小x方向峰值振动速度,降低x、z方向振动能量,当K增大到1.5之后,降震能力达到极限,振动能量随K增大呈负幂函数降低,占炸药能量的0.07%-1.57%;K的最优取值范围为1.5-2.0,此时破碎能利用率高,振动危害与岩石粉碎程度较小。将各部分能量比例计算结果与相关文献进行对比,证明了能量计算方法以及能量体系的准确可行性,可用于台阶爆破各部分能量计算。文章的研究思路与结果对于提高台阶爆破能量利用率,降低岩石粉碎和爆破振动危害,合理确定台阶爆破W、K的取值具有重要参考价值与意义。
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