兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (3): 240418-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0418
王勉, 王建国1,2,*(), 马军1,2,**(
), 李进华1,3, 雷露刚1, 张伟1
收稿日期:
2024-05-29
上线日期:
2025-03-26
通讯作者:
基金资助:
WANG Mian, WANG Jianguo1,2,*(), MA Jun1,2,**(
), LI Jinhua1,3, LEI Lugang1, ZHANG Wei1
Received:
2024-05-29
Online:
2025-03-26
摘要:
数码电子雷管精确延时性能为地下小断面巷道选择逐孔起爆方式提供了条件,但孔间延期时间的选择一直是难点。基于爆破破岩及毫秒爆破理论,构建巷道逐孔起爆精确延时计算方法,采用广义离散元法数值模拟软件建立全断面三维数值模型,基于计算的延期时间进行逐孔起爆数值仿真,分析巷道断面损伤和有效应力。研究结果表明:50ms内,掏槽孔全部起爆,孔间延时较小,应力波叠加明显,产生明显粉碎区;50ms后,辅助孔和周边孔逐个起爆,自由面不断扩大,夹制作用减小,孔间延时增大,应力波叠加减弱,岩石破碎均匀,爆炸能量利用更充分;地下矿山巷道逐孔爆破试验效果显著,爆后无明显大块,平均块度粒径19cm,平均炮孔利用率93.3%,精确延时逐孔起爆方法有效提高了小断面巷道的掘进效率并控制了爆破扰动。
王勉, 王建国, 马军, 李进华, 雷露刚, 张伟. 小断面巷道精确延时逐孔起爆技术[J]. 兵工学报, 2025, 46(3): 240418-.
WANG Mian, WANG Jianguo, MA Jun, LI Jinhua, LEI Lugang, ZHANG Wei. Precise Delay Hole-by-hole Detonation Technology for Small Section Roadway[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(3): 240418-.
参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|
σc/MPa | 120 | σt/MPa | 14 |
E/GPa | 40 | θ/(°) | 36 |
ρm/(kg·m-3) | 2700 | ν | 0.16 |
表1 岩石物理力学参数
Table 1 Full section blasting parameter
参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|
σc/MPa | 120 | σt/MPa | 14 |
E/GPa | 40 | θ/(°) | 36 |
ρm/(kg·m-3) | 2700 | ν | 0.16 |
参数 | 孔号 | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
临空面积/m2 | 0.065 | 0.0699 | 0.1552 | 0.2347 | 0.3246 | 0.5084 | 0.6355 | 0.8107 |
最小抵抗线/m | 0.13 | 0.21 | 0.13 | 0.21 | 0.33 | 0.29 | 0.29 | 0.33 |
参数 | 孔号 | |||||||
10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | |
临空面积/m2 | 1.0434 | 1.2584 | 1.4814 | 1.6357 | 2.0087 | 2.3989 | 2.7853 | 3.1603 |
最小抵抗线/m | 0.40 | 0.40 | 0.34 | 0.52 | 0.52 | 0.54 | 0.54 | 0.52 |
表2 各炮孔临空面积和最小抵抗线
Table 2 The free area and minimum resistance line of each hole
参数 | 孔号 | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
临空面积/m2 | 0.065 | 0.0699 | 0.1552 | 0.2347 | 0.3246 | 0.5084 | 0.6355 | 0.8107 |
最小抵抗线/m | 0.13 | 0.21 | 0.13 | 0.21 | 0.33 | 0.29 | 0.29 | 0.33 |
参数 | 孔号 | |||||||
10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | |
临空面积/m2 | 1.0434 | 1.2584 | 1.4814 | 1.6357 | 2.0087 | 2.3989 | 2.7853 | 3.1603 |
最小抵抗线/m | 0.40 | 0.40 | 0.34 | 0.52 | 0.52 | 0.54 | 0.54 | 0.52 |
孔号 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
延时/ms | 10(10) | 15(25) | 10(35) | 15(50) | 30(80) | 27(107) | 27(134) | 30(164) |
孔号 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 |
延时/ms | 35(199) | 35(234) | 30(264) | 45(309) | 45(354) | 45(399) | 45(444) | 45(489) |
表3 全断面逐孔起爆孔间延时计算值
Table 3 The calculated value of delay time between holes of full section hole-by-hole detonation
孔号 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
延时/ms | 10(10) | 15(25) | 10(35) | 15(50) | 30(80) | 27(107) | 27(134) | 30(164) |
孔号 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 |
延时/ms | 35(199) | 35(234) | 30(264) | 45(309) | 45(354) | 45(399) | 45(444) | 45(489) |
参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|
材料密度ρ/(kg·m-3) | 2700 | 无侧限抗压强度Coms/ MPa | 143 |
材料归一化的内聚强度A | 0.25 | 压实状态体积模量1,K1/GPa | 12 |
归一化的压力硬化系数B | 1.8 | 压实状态体积模量2,K2/GPa | 25 |
应变率系数C | 0.00184 | 压实状态体积模量3,K3/GPa | 42 |
压力硬化指数N | 0.83 | 材料能够承受的最大静水拉应力T/MPa | 6.82 |
归一化的最大强度Smax | 5 | 材料剪切模量G/GPa | 22.3 |
损伤计算系数D1 | 0.05 | 空洞完全坍塌(压实)时的压力plock/GPa | 1.2 |
损伤计算指数D2 | 1 | 空洞完全坍塌(压实)时的体积应变Ulock | 0.0159 |
最小破碎塑性应变Emin | 0.01 | 空洞坍塌压力pcrush/GPa | 24.5 |
弹性极限体积应变Ucrush | 0.00118 |
表4 HJC本构模型参数
Table 4 HJC constitutive model
参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|
材料密度ρ/(kg·m-3) | 2700 | 无侧限抗压强度Coms/ MPa | 143 |
材料归一化的内聚强度A | 0.25 | 压实状态体积模量1,K1/GPa | 12 |
归一化的压力硬化系数B | 1.8 | 压实状态体积模量2,K2/GPa | 25 |
应变率系数C | 0.00184 | 压实状态体积模量3,K3/GPa | 42 |
压力硬化指数N | 0.83 | 材料能够承受的最大静水拉应力T/MPa | 6.82 |
归一化的最大强度Smax | 5 | 材料剪切模量G/GPa | 22.3 |
损伤计算系数D1 | 0.05 | 空洞完全坍塌(压实)时的压力plock/GPa | 1.2 |
损伤计算指数D2 | 1 | 空洞完全坍塌(压实)时的体积应变Ulock | 0.0159 |
最小破碎塑性应变Emin | 0.01 | 空洞坍塌压力pcrush/GPa | 24.5 |
弹性极限体积应变Ucrush | 0.00118 |
炮孔编号 | 孔径/ mm | 装药量/ kg | 装药 方式 | 孔深/ m | 数码电子雷 管数/发 |
---|---|---|---|---|---|
1、8、9、10、11 (掏槽) | 40 | 7.5 | 连续装药 | 1.7 | 5 |
2~7(空孔) | 50 | 1.5 | |||
12~15(辅助) | 40 | 4.8 | 连续装药 | 1.5 | 4 |
16~23(周边) | 40 | 9.6 | 连续装药 | 1.5 | 8 |
表5 巷道爆破掘进参数
Table 5 Excavation parameters of roadway blasting
炮孔编号 | 孔径/ mm | 装药量/ kg | 装药 方式 | 孔深/ m | 数码电子雷 管数/发 |
---|---|---|---|---|---|
1、8、9、10、11 (掏槽) | 40 | 7.5 | 连续装药 | 1.7 | 5 |
2~7(空孔) | 50 | 1.5 | |||
12~15(辅助) | 40 | 4.8 | 连续装药 | 1.5 | 4 |
16~23(周边) | 40 | 9.6 | 连续装药 | 1.5 | 8 |
方案 | 单循环进尺/m | 平均炮孔利用率/% | 爆后碎石/cm |
---|---|---|---|
原方案 | 1.30 | 86.7 | 40 |
优化后方案 | 1.40 | 93.3 | 19 |
表6 现场试验效果对比
Table 6 Field test effect comparison
方案 | 单循环进尺/m | 平均炮孔利用率/% | 爆后碎石/cm |
---|---|---|---|
原方案 | 1.30 | 86.7 | 40 |
优化后方案 | 1.40 | 93.3 | 19 |
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doi: 10.12382/bgxb.2022.1270 |
doi: 10.12382/bgxb.2022.1270 |
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