耦合装药对巷道掘进爆破效果影响的数值研究

李保全山西（山西省阳泉固庄煤矿，【摘阳泉045060）通过分析不同装药结要】本文运用ANSYS软件对耦合装药和空气不耦合装药两种情况进行数值模拟，（1）构下的孔壁压力、X轴方向压力及振速研究耦合装药结构对巷道掘进爆破效果的影响。得出以下结论：耦合装药随着距炸药中心距离的増大，爆破的时的孔壁压力峰值与X轴向拉应力峰值，在爆破初始阶段较不耦合装药时大，最后耦合装药时较小，耦继续发展，耦合装药与不耦合装药时的孔壁压力峰值与X轴向拉应力峰值差距逐渐减小，作用时间短，振速较小。（2）大量合装药较不耦合装药应力衰减速度快，耦合装药结构使得炮孔近区的破碎程度大，且振速较低，更适合于煤矿巷道掘进。吸收炸药爆炸能量，加快冲击波衰减，减小了对巷道围岩的扰动，爆破效果【关键词】耦合装药；巷道掘进；【中图分类号】TD712【文献标识码】A【文章编号】1008-8881（2016）03-0029-03爆目前，岩石巷道的掘进方法主要有机械开挖、破两种，钻眼爆破广泛应用于中硬及以上岩石巷道的掘进[1]。爆破效果受到爆破过程中各种因素的影响，其中最为突出的是装药结构[2,3]。从炮孔直径与药卷直径的关系来说可以分为空气不耦合装药与耦合耦合装药两种。不耦合装药结构的研究成果很多，装药结构对爆破效果影响的研究还存在不足[4]。本文运用ANSYS软件对耦合装药和空气不耦合装药通过分析不同装药结构下两种情况进行数值模拟，的孔壁压力、X轴方向压力及振速研究耦合装药结构对巷道掘进爆破效果的影响。1控制方程及模型参数炸药模型采用MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURE和JWL方程。岩石用*MAT_PLASTIC_KINEMATIC来建模。空气材料用*LINEAR_POLINOMIAL方程来描述。JWL状态方程为：单位体积内能。式中：为爆轰压力；岩石材料模型参数，空炸药状态方程材料参数，气状态方程参数分别见表1、表2、表3。表1炸药状态方程材料参数密度（g/cm3）A（GPa）B（GPa）R1R2棕E（）0GPa1.14200.443.550.160.413.15表2岩石材料模型参数密度弹性模量切线模量抗压泊松比3

（g/cm）（GPa）（GPa）强度2.67552.00.2728.9抗拉强度1.6硬化指数0.5失效应变0.06表３密度C0

（g/cm3）1.290.1C10C20空气状态方程参数C30C40.4C50.4C60V013

E（0J/m）2.5×105

为式中：为爆轰压力；为爆轰产物的相对体积；为常数；、为无量纲常初始比内能；为格林爱森参数；数。*LINEAR_POLINOMIAL方程为：2模型建立炸药、空气和岩石单元采用多物质欧拉算法空气与（ALE）建立模型，岩石用拉格朗日网格建模，长×宽×岩石、炸药用流固耦合算法。模型尺寸为，高=210cm×6cm×210cm，炮孔直径为32mm，药卷、直径取27mm（不耦合）32mm（耦合），为便于计算，根据对称性采用1/4模型，在模型的边界处施加对称边界条件和无反射边界条件。耦合装药时，模型分3个部采用扫略网格划分，模型分划分，总单元数为16200。空气不耦合装药，收稿日期：2016-03-02（1965－）作者简介：李保全，男，山西昔阳人，山西省阳泉固庄煤矿工程师。29李保全：耦合装药对巷道掘进爆破效果影响的数值研究分四个部分划分，总单元数为15840。3数值结果分析为了说明装药结构对爆破效果的影响，分别监测距离炸药中心10cm、20cm、40cm、70cm、150cm五个点A、B、C、D、E的孔壁压力、X轴方向压力及振速等数据，分析耦合装药对爆破效果的影响。3.1不同装药结构爆破过程压力分析图1给出空气不耦合装药与耦合装药时五个监测点的压力随时间变化曲线。（a）空气不耦合装药（b）耦合装药图1不同装药结构五个监测点的压力随时间变化曲线从图中可以看出空气不耦合装药时的炮孔孔壁压力峰值为690MPa，耦合装药时，压力峰值为2500MPa，从爆破的整个过程来看，在初始阶段，耦合装药较不耦合装药的压力峰值大，但随着距炸药中心距离的増大，爆破的继续发展，耦合装药与不耦合装药的压力峰值的差距逐渐减小，最后耦合装药的压力峰值较小。3.2不同装药结构爆破过程X轴向压力分析图2给出空气不耦合装药与耦合装药时五个监测点的X轴向压力随时间变化曲线，从图中可以看出空气不耦合装药时X方向的拉应力峰值为720MPa，耦合装药时Ｘ方向的拉应力峰值为2510MPa，从爆破的整个过程来看，在初始阶段，耦合装药较不耦合装药的应力峰值大的多，随着爆破的继续发展，耦合装药与不耦合装药的应力峰值的差距逐渐减小，最后耦合装药的压力峰值较小，可见，耦合装药较不耦合装药Ｘ方向应力的衰减速度快，作用时间短，可以认为耦合装药时爆炸禁区的岩石吸收大部分了炸药能量，导致岩石破碎程度高，应力波能量较小，衰减较快。 30（a）空气不耦合装药（b）耦合装药图2不同装药结构五个监测点的X轴向压力随时间变化曲线3.3不同装药结构爆破过程振速分析图3给出空气不耦合装药与耦合装药时五个监测点的振速随时间变化曲线，从图中可以看出耦合装药与不耦合装药相比，爆炸振速及振动影响范围明显较小。3.4不同装药结构对爆破效果影响在炮孔近区耦合装药较不耦合装药的压力峰值大，但随着距炸药中心距离的増大，爆破的继续发展，耦合装药与不耦合装药的压力峰值的差距逐渐减小，最后耦合装药的压力峰值较小，耦合装药较不耦合装药应力衰减速度快，作用时间短。（a）空气不耦合装药（b）耦合装药图3不同装药结构五个监测点的振速随时间变化曲所以，对控制爆破来说，不耦合装药结构由于应力作用时间长，能量分布均匀是非常合适的，但对于李保全：耦合装药对巷道掘进爆破效果影响的数值研究尽量避免煤矿巷道掘进，在形成新的自由面的同时，对围岩结构造成扰动，耦合装药结构使得炮孔近区加快冲击波的破碎程度大，大量吸收炸药爆炸能量，且振速较低，更适衰减，减小了对巷道围岩的扰动，合于煤矿巷道掘进。4结论（1）耦合装药时的孔壁压力峰值与X轴向拉应随着距力峰值，在爆破初始阶段较不耦合装药时大，耦合装药与炸药中心距离的増大，爆破的继续发展，不耦合装药时的孔壁压力峰值与X轴向拉应力峰值耦合装药较不差距逐渐减小，最后耦合装药时较小，作用时间短，振速较小。耦合装药应力衰减速度快，（2）耦合装药结构使得炮孔近区的破碎程度大，大减小了对巷道量吸收炸药爆炸能量，加快冲击波衰减，更适合于煤矿巷道掘进。围岩的扰动，且振速较低，【参考文献】[1]张建华，李世禄.耦合装药扩腔半卷的探讨化爆破[J].2001，18（2）：4~7． [2]祝方才，陈寿如.不耦合柱状装药岩石中爆破破坏作用分区的研究[J].西北北探矿工程，1997，9（4）：55~56．[3]高保彬，刘云鹏，王祖洸.不同耦合装药结构的爆破效果分析[J].湖南科技大学学报（自然科学版），2014，03：10-14.[4]杨浩，傅菊根.大直径药卷不耦合装药爆破机理数值模拟[J].四川建材，2015，05：95-96.表明该底板处（上接23页）收敛量也逐渐趋于稳定。置技术对底板及整个巷道的稳定性有显著的改善。5结论（1）朱集东矿-885轨道大巷底臌的原因是：巷巷道底板为支护道处于高应力区，巷道围岩强度低，体系的薄弱环节,处于敞开状态,导致围岩应力更趋向于通过巷道底板释放,最终形成严重的底臌现象。现场监测结果表明：（2）实施底板处置技术后，采用反拱地坪、钢梁、组合锚索与注浆等底板处置对底板及技术使底臌量及两帮收敛速率明显减小，整个巷道的稳定性有显著的改善。【参考文献】左建平.深部高地应力下岩石力学行[1]周宏伟，谢和平，为研究进展[J].力学进展，2005，35（1）：91~99．[2]李183~186．孙晓明.软岩工程地质力学研究进展[3]何满潮，景海河，[J].工程地质学报，2000，8（1）：46~62．[4]何满潮.中国煤矿软岩工程地质力学研究进展[J].煤，刚，梁张国华.高应力软岩巷道变形特征及冰，其支护参数设计[J].采矿与安全工程学报，2009，26（2）：图5底板处置后底臌量累计随时间变化曲线图6底板处置后两帮收敛量随时间变化曲线2000，9（1）：6~11．31