硬岩巷道深孔掏槽数值模拟与试验研究(1).pdf

第3 6 卷第1 期 爆破 V 0 1 ．3 6 N o ．1 2 0 1 9 年3 月B L A S T I N G M a r ．2 0 1 9 d o i 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 4 8 7 X ．2 0 1 9 ．0 1 ．0 0 5 硬岩巷道深孔掏槽数值模拟与试验研究 费鸿禄，邓政，蒋安俊，国志雨 辽宁工程技术大学爆破技术研究院，阜新1 2 3 0 0 0 摘要为解决硬岩巷道深孔掘进爆破受岩石夹制作用大、爆破效率低、循环进尺小、采掘比例严重失调等 问题，采用1 5 一D Y N A 软件数值模拟和模型试验方法对深孔直眼掏槽爆破进行分析，包括四角九孔掏槽、双空 孔菱形掏槽和复式筒形掏槽。根据岩石爆破破碎理论及柱状药包理论，对上述深孔直眼掏槽过程进行数值 模拟，通过对三种深孔直眼掏槽的不同时刻应力云图和有效应力时程曲线的分析，比较高应力大小和高应力 持续时间，得到药包起爆后的应力传播规律和空孔应力集中现象。结合在查干敖包铁锌矿进行现场试验，比 较炮眼利用率、炸药单耗等指标，得到复式筒形掏槽为最优设计方案。 关键词硬岩巷道；深孔掏槽；数值模拟；现场试验；L S D Y N A 中图分类号T D 2 3 6 ．3文献标识码A文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 9 0 1 0 0 2 9 0 9 N u m e r i c a lS i m u l a t i o na n dE x p e r i m e n t a lS t u d yo n D e e pH o l eC u t t i n gi nH a r dR o c kR o a d w a y F E Il - l o n g l u 。D E N GZ h e n g ，J I A N GA nj u n ，G U OZ h i y u I n s t i t u t eo fE n g i n e e r i n gB l a s t i n g ，L i a o n i n gT e c h n i c a lU n i v e r s i t y ，F u x i n12 3 0 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t I no r d e rt os o l v et h eh a r dr o c k t u n n e le x c a v a t i o nb yb l a s t i n gi n d e e ph o l er o c kc l a m p i n ge f f e c t ，l o w b l a s t i n ge f f i c i e n c y ，s m a l lr o u n d ，m i n i n gs e r i o u si m b a l a n c ea n do t h e ri s s u e s ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o nw i t hL S D Y N Aa n d m o d e lt e s tw e r ea p p l i e dt oa n a l y z et h ed e e ph o l ec u tb l a s t i n g ，i n c l u d i n gf o u rc o m e r so fn i n eh o l e sc u t t i n g ，d o u b l eh o l - l o wh o l ed i a m o n dc u t t i n ga n dc o m p o u n db a r r e lc u t t i n g ．A c c o r d i n gt ot h et h e o r yo fr o c kb l a s t i n gf r a g m e n t a t i o na n dt h e t h e o r yo fc o l u m nc h a r g e ，t h en u m e r i c a ls i m u l a t i o no ft h ed e e ph o l ec u t t i n gp r o c e s si sc a r r i e do u t ，t h ea n a l y s i so fs t r e s s n e p h o g r a ma n de f f e c t i v es t r e s st i m ec u r v ea td i f f e r e n tt i m e so ft h r e ek i n d so fd e e ph o l ec u t t i n ga r ec a r r i e do u t ，t h el a w o fs t r e s sp r o p a g a t i o na n dt h ep h e n o m e n o no fs t r e s sc o n c e n t r a t i o ni nt h eh o l l o wh o l ea r eo b t a i n e da f t e rc h a r g ei n i t i a t i o n ．C o m b i n e dw i t ht h ef i e l dt e s ti nC h a g a n o b oi r o na n dz i n co r e ，t h eu t i l i z a t i o nr a t i oo fb l a s t i n gh o l ea n dt h eu n i t c o n s u m p t i o no fe x p l o s i v e a r ec h o s e na s c o m p a r i n gi n d e x e s ，a n da c o n c l u s i o ni sd r a w nt h a tt h e o p t i m u md e s i g n s c h e m ei sc o m p o u n db a r r e lc u t t i n gb l a s t i n g ． K e yw o r d s h a r dr o c kr o a d w a y ；d e e ph o l ec u t t i n gb l a s t i n g ；n u m e r i c a ls i m u l a t i o n ；f i e l dt e s t ；1 5 一D Y N A 硬岩巷道爆破掘进在地下矿山，隧道掘进应用 很普遍‘1 。。国内外学者对于掘进掏槽也做了很多 的研究，外国学者UL a n g e f o r s 和BK i h s t r o m 全面研 究了含空孔直眼掏槽的爆破理论，构建空孔外径对 爆破作用效果的半理论半经验公式‘2 | 。VY aS h a ． 收稿日期2 0 1 8 1 1 2 0 作者简介费鸿禄 1 9 6 3 一 ，男，汉族，山东日照人，教授， E m a i l f e i h o n g l u 1 6 3 ．c o m 。 p i r o 构建了新的掏槽爆破效果评价体系，根据新的 评价方法对比分析了直眼掏槽、含空孔直眼掏槽、分 阶掏槽以及楔形掏槽等不同布置方式的掏槽效 果∞j 。Z h e m i n gZ h u 等建立了含中心炮孔的柱状岩 石掏槽爆破的数值模型，研究了该模型在爆破动载 作用下的断裂和破碎机制‘4J 。国内学者从8 0 年代 开展对直眼掏槽爆破理论方面的研究，汪海波运用 有限元软件L S D Y N A 对一阶掏槽孑L 爆破后的爆炸 万方数据 3 0爆破2 0 1 9 年3 月 应力场进行数值模拟分析，得出增加中心大直径空 孔能够提高爆炸应力波峰值和延长作用时间，直眼 掏槽时爆炸应力波在空孑L 处的应力叠加和反射拉伸 现象、以及空孑L 具有的导向作用∞o 。任行模拟了无 空孔和有空孑L2 种不同情况下直眼掏槽爆破的破岩 过程以及应力状态，通过2 组模型破岩过程的对比， 得出了空孑L ；f L 壁周围应力的分布规律，通过应力状 态的分析，验证了空孔应力集中效应的存在∞1 。吴 颂、林大能等研究首响孑L 与空孑L 之间的距离、空孔的 个数是直眼掏槽设计的关键参数，在分析直眼掏槽 巷道掘进成功率和钻孔偏差的基础上，提出了容许 钻孑L 存在偏差的首响孔与空孔距离确定方法一o 。 从上述众多研究中可以看出，深孔掏槽爆破理论的 研究较成熟，但是还是缺少多种深孔掏槽爆破方案 优化设计。根据这个思路，结合某铁矿硬岩巷道掘 进的工程实践，采用L S ．D Y N A 有限元分析软件对三 种深孔掏槽爆破进行数值模拟研究，通过分析炸药 爆炸在岩石中的应力传播规律观察掏槽爆破过程中 的岩石夹制性的影响和爆破效率低等问题。 1 深孑L 直眼掏槽爆破机理 1 ．1 柱状药包应力波衰减规律 对于柱状药包爆炸后的应力场分布规律如图1 所示㈨1 。 头 图1柱状药包爆炸应力场分布不意图 单位M P a F i g ．1 D i s t r i b u t i o ns t a t eo fs t r e s sf i e l df r o m l i n e a rc h a r g ee x p l o s i o n u n i t M P a 从图1 可以看出柱状药包爆炸应力波的波阵面 形状类似个椭圆形跑道，在柱状药包径向范围内，波 阵面呈圆柱形；在药包两端，波阵面近似呈半球形， 但4 5 。方向上较半圆扁平，且半球圆心在条形药包 端点处，半球直径与圆柱形直径相等，且对称分布， 中间部分应力等值线分布稠密，两端部分布相对稀 疏，说明应力场强度中间大，两端小，从1 方向到4 方向应力衰减速度依次加快。应力等值线形状随距 药包距离而改变，在药包近区应力等值线呈长轴与药 包轴线重合的近似椭圆形分布；随距药包距离增大， 应力等值线逐渐发展成圆形；距离继续增大后应力等 值线逐渐变为长轴与药包轴向相垂直的椭圆形0 。。 1 ．2 柱状药包爆破机理 含空孔深孑L 爆破中，空孑L 可以为爆破中首爆孑L 提供辅助自由面，有利于破碎岩体，也为岩石破碎膨 胀体积增大提供足够的空间，防止孑L 眼堵死的现象 的发生，也有利于应力波反射拉伸破坏岩石1 I 。深 孑L 爆破过程中采用的是柱状药包，柱状药包起爆后， 产生高温高压的爆轰气体，气体膨胀产生的作用力 作用于药包周围的岩壁，引起了岩石质点的径向位 移。由于每个岩石质点所受作用力不同所产生的位 移也不同，产生剪切应力超过岩石的抗剪强度使岩 石产生剪切破坏，爆轰气体沿着岩石裂隙贯穿整个 岩体，产生的冲击波沿着径向向外传播，传播至空孔 自由面冲击波发生反射形成反射拉伸波，拉伸波产 生拉应力作用于岩石，当产生的拉应力大于岩石的 抗拉强度时，岩体发生拉伸破坏，气体渗入应力波形 成的径向裂隙中，增大了裂隙前端岩体内的拉应力， 使得裂隙继续扩展，直至把破碎岩石抛掷出2 ’1 3 1 。 2 数值模型与计算参数 2 ．I 数值模型 为了解掏槽爆破的过程，采用数值模拟技术，依 托现场巷道掘进的岩石参数、炸药参数和爆破参数， 模拟3 种掏槽方式的破岩过程。通过比较3 种方式 的掏槽效果，选出最优方案。 利用有限元分析模型，根据现场实际参数，选取 模型的尺寸参数为2mx2mx 4m ，各掏槽布孑L 方 式及有限元模型如图2 所示。其中，黑色圆圈为主 掏槽孑L ，白色圆圈为辅掏槽孔 大空孔 ，四角九孔 掏槽分俩段起爆，I 段1 ～5 号起爆，2 段6 ～9 号起 爆；双空孔菱形掏槽分3 段起爆，I 段I ～4 号起爆， 2 段5 8 号起爆，3 段9 一1 0 号起爆；复式筒形掏槽 分3 段起爆，I 段l ～4 号起爆，2 段5 ～8 号起爆， 3 段9 号起爆。模型材料都采用S O L I D l 6 4 单元，有 限元划分网格，各模型网格划其中四角九孔掏槽模 型划分单元4 9 2 8 0 个，双空孔菱形划分单元7 3 7 0 0 个，复式筒形掏槽划分单元7 2 9 0 0 个。 2 ．2 材料模型 岩石材料选用岩石材料选用M A T J O H N S O N H O L M Q U I S T C O N C E T E 模型，J H C 模型能很好的描 述材料在高冲击和强压力作用下的力学特征，能很 好的充当爆炸与冲击问题的岩石模型。空气材料单 元选用M A T _ N U L L 材料模型，炮泥材料选用M A T 万方数据 第3 6 卷第1 期费鸿禄，邓政，蒋安俊，等硬岩巷道深孔掏槽数值模拟与试验研究 3 1 S O I L _ A N D F O R M 模型，该模型可以很好的描述爆 炸过程中空气与炮泥两者相耦合问题，炸药材料选 用M A T H I G H E X P L O S I V E B U R N 模型，需要添加 一个J W L 状态方程表述⋯] ，方程为 P A 1 一R 1V J t 。l e - r , v B 1 一硎t OI e - R 2 V t O 可E 1 式中P 为爆轰压力；V 为相对体积；E 为单位 体积内能；A 、B 、R 。、R 、∞为材料常数。 a 四角九孔掏槽 b 双空孔菱形掏槽 c 复式筒形掏槽 a F o u rc o r n e r so fn i n eh o l e sc u t t i n g b D o u b l eh o l l o wh o l ed i a m o n dc u t t i n g c C o m p o u n db a r r e lc u t t i n g 图2 掏槽爆破模型网格划分图 单位m m F i g ．2M e s h i n gm o d e lo fc u tb l a s t i n gm o d e l u n i t m m 2 ．3 计算参数 为了使模拟效果更贴近现场实际工程，模拟中 的岩石参数，炸药参数和炮泥参数都根据现场取样 得出的，现场所掘岩巷为矽卡岩，现场取样进行物理 力学性质测试，得到岩石参数，用排水法测得岩石的 体积，进而计算出密度，岩石力学参数见表1 ，炸药 参数参数见表2 ，炮泥参数见表3 。 表1 岩石材料参数 T a b l e1M a t e r i Mp a r a m e t e r so fr o c k k 密g 嬖m 巴 弹性E ／M 模量P a 麓剪切G ／M 模量P a A曰c 。比p 。‘ 一 。 3 3 7 81 ．4 1X 1 0 50 ．2 65 ．6 0X 1 0 40 ．8 1 1 ．6 90 ．0 0 7 表2 炸药模型参数 T a b l e2M a t e r i Mp a r a m e t e r so fe x p l o s i v e 表3 炮泥材料参数 T a b l e3M 【a _ t e d mp a r a m e t e r so fj a m 密度p ／ k g m 。3 弹性模量E ／M P a 泊松比p 1 8 0 0 1 ．6 5 1 0 一10 ．3 0 2 ．4 边界条件 模型为对称模型，为简化计算所用模型仅为原 来模型的1 ／4 ，工作面为自由面，不施加任何约束， X 0 平面和Y 0 平面施加对称约束，剩下的3 个 面施加固定约束及无反射边界条件。 3 模拟与试验结果及分析 3 ．1 模拟结果及分析 四角九孔掏槽一段起爆在2 ．7 5m s 时，从图3 的云图中可以看出装药孔底部应力值较大，应力波 传播至空孔自由面出现应力集中，一部分发生反射 形成拉伸波破碎岩石，一部分传播至模型边界，应力 波以柱面波的形式径向向外扩散，慢慢衰减。二段 起爆在5 ．0 9m s 时，空孔起爆，底部应力值较大，此 |．Ill引引l一 万方数据 3 2爆破2 0 1 9 年3 月 时掏槽内部应力基本趋于稳定，分布均匀，爆破过程 基本完成。 图3 四角九孔掏槽时刻应力图 F i g ．3M o m e n ts t r e s sd i a g r a mo ff o u rc o m e r so f n i n eh o l e sc u t t i n g 双空孔菱形掏槽一段起爆在0 ．9 5m s 时，装药 孔爆炸应力波传播至空孔处叠加，从图4 的云图中 可以看出空孔中部应力值大，应力波以柱状波的形 式向外传播至边界，由于炮泥的存在阻碍了能量的 释放，应力波在槽腔内充分作用，使得应力急剧增 长，充分破碎岩石，三段起爆在6 ．9 5m s 时，此时槽 腔内部应力趋于稳定，基本均匀分布，爆破基本 完成。 图4 双空孔菱形掏槽时刻应力图 F i g ．4 M o m e n ts t r e s sd i a g r a mo fd o u b l eh o l ed i a m o n dc u t t i n g 从图5 的云图中可以看出复式筒形掏槽一段起 爆在1 ．0 5m s 时，爆孔底部产生很大应力，药包起爆 至装药孔中部位置，应力波沿着轴向向爆孔外传播， 应力波同时向边界传播，应力向外逐渐减弱，岩石在 应力波作用下破碎，三段起爆在7 ．1m s 时中心空孔 起爆底部应力急剧增加，空孔周围应力高于装药孔， 这段时间空孔应力有底部向外逐渐减小，岩石被有 效的抛掷出。 图5 复式筒形掏槽时刻应力图 F i g 。5 M o m e n ts t r e s sd i a g r a mo fc o m p o u n db a r r e lc u t t i n g 为了了解到三种掏槽方式的掏槽效果，更直观 的看到槽腔内的应力变化规律，沿z 方向取Z 2 0 0 0 的截面，在截面上选取六个单元作为观察点， 得到十毫秒内不同单元内有效时程的应力曲线，得 到三种掏槽方式的应力时程曲线如图6 ，观测点位 置如图7 。 由图6 a 可知四角九孔掏槽一段起爆，应力瞬 间陡升至峰值，达到2 6 5M P a A 观察点 ，将应力大 于1 0 0M P a 定义为高应力，炸药起爆，爆炸应力波以 柱面波的形式向孔壁传播，引起周围岩石质点径向 产生位移，不同质点位移不同，岩石产生剪切破坏， 炮孔周围岩体被压碎。高应力持续时间0 ．6m s ，B 观测点起爆后应力陡升至2 2 0M P a ，高应力持续时 间为0 ．3I l l s ，随后应力急速下降，应力趋于稳定，其 万方数据 第3 6 卷第1 期费鸿禄，邓政，蒋安俊，等硬岩巷道深孔掏槽数值模拟与试验研究 3 3 他几个观察点应力峰值低于A 、B 俩点，持续时间 短。应为4 、曰俩点距离空孔位置近，容易产生应力 集中，可见空孔对掏槽效果具有一定的促进作用。 2 段起爆A 观测点应力急剧升高，应力波叠加，应力 达到1 9 0M P a ，持续时间约0 ．4m s ，B 观测点应力峰 值达到1 5 5M P a ，应力持续时间约0 ．3m s 。随后应 力趋于稳定，高应力和高应力持续时间评价掏槽效 果的指标。图6 b 双空孔菱形掏槽一段起爆后，曰 观察点应力峰值达到2 7 0M P a ，高应力持续时间为 0 ．7m s ，E 观测点应力峰值达到1 2 0M P a ，应力持续 时间为0 ．3m s ，其他几个观察点高应力持续时间 段，之后趋于稳定，2 段起爆后E 点应力峰值达到 2 0 0M P a ，高应力持续时间为0 ．5m s ，B 点应力峰值 到达1 5 0M P a ，持续时间0 ．5m s ，随后应力趋于稳 定，2 段起爆主要起到扩大空腔的作用，3 段起爆有 4 0 0 0 0 O O 0 0 0 024681 0 n m e ／m s a 四角九孔掏槽 a F o u rc o r n e r so fn i n eh o l e sc u t t i n g 蛊 窆 i2 0 0 ≤ 舢 专1 0 0 O 效应力受空孔影响，峰值小于1 0 0M P a ，三段起爆主 要是将槽腔内的岩石抛掷出。图6 C 复式筒形掏 槽1 段起爆，A 点应力峰值达到2 7 0M P a ，其中 2 0 0M P a 以上应力持续时间为0 ．3m s ，高应力持续 时间为0 ．7m s ，B 点应力峰值达到2 4 5M P a ，其中 2 0 0M P a 以上应力持续时间为0 ．3m s ，高应力持续 时间为0 ．7m s ，此段时间2 0 0M P a 以上持续时间明 显高于前俩种方式，随后应力趋于稳定，2 段起爆后 应力又迅速爬升至峰值，A 、B 俩点应力峰值达到 2 4 5M P a ，其中2 0 0M P a 以上持续时间为0 ．2m s ，高 应力持续时间A 点为0 ．5m s ，B 点为0 ．8m s ，其他几 个观测点高应力都高于同时段其他两种掏槽方式，3 段起爆后应力也比其他两种掏槽方式高，爆破效果 也明显比前面俩种方式好。 024681 0 n m e ／m s b 双空孔菱形掏槽 b D o u b l eh o l l o wh o l ed i a m o n dc u t t i n g 3 0 0 2 0 0 1 0 0 O 爿1 6 0 4 7 ⋯一口1 9 6 3 9 ⋯C 6 8 1 4 7 - - - D2 0 8 9 4 E 3 2 8 9 4 - - - F4 5 0 9 3 024681 0 T i Ⅲe ／m s c 复式筒形掏槽 c C o m p o u n db a r r e lc u t t i n g 图6 三种掏槽槽腔内部有效应力时程曲线 F i g ．6 E f f e c t i v es t r e s st i m eh i s t o r yC R I T e So ft h r e ek i n d so fc u t t i n g a 四角九孔掏槽 a F o u rc o r n e r so fn i n eh o l e sc u t t i n g 1 ， 双空孔菱形掏槽 b D o u b l eh o l l o wh o l ed i a m o n dc u t t i n g c 复式简形掏槽 c C o m p o u n db a r r e lc u t t i n g 图7 模型截面考察单元位置及编号 F i g ．7M e a s u r i n gu n i tp o s i t i o na n dn u m b e ro fm o d e ls e c t i o n 3 ．2 实验结果及分析 根据数值模拟的结果，在此基础上对3 种典型 的直眼掏槽方式进行深入的研究，对于不同的掏槽 方案，不同的参数对掏槽效果的影响，得出3 种最有 效的掏槽设计，选出适合硬岩巷道掘进爆破的最优 掏槽方式H5 | 。实验在阜蒙县石灰石矿进行，在开采 后的地面挖掘尺寸为4 0 0m mx4 0 0f i l mx4 0 0f i l m 的 岩石坑，在岩石坑内浇筑混凝土，混凝土等级按C 3 0 设计，1i n 3 混凝土中各材料质量比为水泥水砂石 外加剂 3 8 3 1 8 0 5 9 6 1 2 6 8 2 2 。混凝土采用在地面 按比例搅拌均匀，然后充填到预先设计好的岩石坑 内，并将混凝土夯实，在混凝土中插入抹好凡士林的 万方数据 爆破2 0 1 9 年3 月 钢筋 凡士林为了防止钢筋与混凝土粘结 ，主掏孔 钢筋直径为8m m ，辅助掏槽孔直径为1 0m m ，掏槽 深度为2 5c m ，按照3 种掏槽方试布置炮孔，如图8 所示。 图8 炮孔布置图 F i g ．8 L a y o u to fb l a s t i n gh o l e 试验选取3 个影响因素，包括孔间距a ，炮孔装 药量m 和分段起爆数，每个因素选取2 个水平进行 试验，一共进行1 2 组试验，对其编号为l ～1 2 号，试 验方案参数如表4 所示。 表4 试验方案参数表 T a b l e4T e s tp r o g r a mp a r a m e t e rl i s t 混凝土凝固后拔出钢筋，根据规范对制作的混 凝土进行洒水养护2 8d ，确保达到设计强度，满足爆 破试验。然后进行爆破试验，爆破完成后进行数据 统计，包括总装药量，掏槽深度，槽腔体积，炮眼利用 率和炸药单耗的指标。爆破完成效果图如图9 所 示，统计完成绘制表格如表5 所示。 由表5 中数据可以看出，3 种掏槽方式相互比 较，编号1 、5 和9 为一组，编号2 、6 和1 0 为一组，编 号3 、7 和1 1 为一组，编号4 、8 和1 2 为一组。通过4 组数据可以看出，从掏槽深度、槽腔体积、炮眼利用 率和炸药单耗4 个指标中可以看出3 种掏槽方式 中，复式筒形掏槽各指标都是最具优势的，其次是双 空孔菱形掏槽，最后是四角九孔掏槽。四角九孔掏 槽中最优方案为4 号方案，孔间距为4 0m m ，炮孔装 药量为0 ．9g ，起爆段数为2 段，炮眼利用率为 9 1 ．5 ％，炸药单耗为1 ．7 9k g ／m 3 ；双空孔菱形掏槽中 最优方案为6 号方案，孔间距为5 0m m ，炮孔装药量 为0 ．9g ，起爆段数为3 段，炮眼利用率为9 5 ％，炸 药单耗为1 ．6 1k g ／m 3 ；复式筒形掏槽中最优方案为 1 0 号方案，孔间距为5 0m m ，炮孔装药量为0 ．9g ， 起爆段数为3 段，炮眼利用率为9 6 ％，炸药单耗为 1 ．5 2k g ／m 3 。比较4 、6 和1 0 号3 组试验，得出最有 设计方案为复式筒形掏槽方式，试验结果表明复式 筒形掏槽在硬岩巷道掘进过程中效果最佳。 表5 试验结果汇总表 T a b l e5S u m m a r yo ft e s tr e s u l t s 万方数据 第3 6 卷第1 期费鸿禄，邓政，蒋安俊，等硬岩巷道深孔掏槽数值模拟与试验研究 3 5 4 号6 号 图9 爆破效果图 F i g ．9B l a s t i n ge f f e c td i a g r a m 1 0 号 4 工程实例分析 3 深．3 3 一m ，蠹舞嚣孕亨竺翌絮驾罴嚣鋈 在查干敖包铁锌矿进行了现场试验，选取中间场布置图如图1 0 所示。 大小为1i n 1m 的掏槽区域，空孔孔径1 0 0m m ，孔 图1 0 炮孔布置图 F i g ．1 0L a y o u to fb l a s t i n gh o l e 根据现场试验，收集数据整理，绘制表6 和表7 。 表6 爆破参数及爆破效果统计表 T a b l e6S t a t i s t i c so fb l a s t i n gp a r a m e t e r sa n db l a s t i n gr e s u l t s 表7 试验爆破效果统计表 T a b l e7S t a t i s t i c so fb l a s t i n gt e s tr e s u l t s 万方数据 爆破 2 0 1 9 年3 月 由表6 和表7 中数据可以很直观的看出3 种掏 槽方式的单孔装药量，平均残眼长度，炮眼利用率等 指标，四角九孔掏槽平均爆破效率为8 4 ．1 ％，一次 爆破完成平均掘进进尺2 ．6 6m ，实际炸药单耗为 3 ．3 3k g ／m 3 ，整体掏槽效果良好；双空孔菱形掏槽平 均炮眼利用率为8 7 ．8 ％，一次爆破完成平均掘进进 尺2 ．7 6m ，实际炸药单耗为3 ．2 0k g ／m 3 ，相比四角 九孑L 掏槽，掘进进尺、掏槽深度，炮眼利用率，炸药单 耗都有着明显优势，爆破效果也比四角九孔掏槽效 果好，含有两个空孑L 要比四角九孔掏槽五个空孔效 果好；复式筒形掏槽平均炮眼利用率为8 9 ．1 ％，一 次爆破完成平均掘进进尺2 ．8 0m ，实际炸药单耗为 3 ．1 6k g ／m 3 ，相比前面两种掏槽方式，复式筒形的掏 槽效果更具优势，炸药单耗低，掘进进尺大，复式筒 形仅有一个空孑L ，但是爆破效果比双空孔菱形的效 果好，也就是说空孑L 并非越多越好，空孑L 合理的布孑L 方式才能发挥空孑L 的作用。 5 结论 1 通过使用L S ．D Y N A 有限元软件对3 种深 孑L 掏槽爆破过程进行三维模拟，比较形象直观地反 映了掏槽爆破中不同时刻的应力大小和时程应力变 化，掏槽过程中空孔附近应力相互叠加，其模拟结果 与现场工程实践基本相符。 2 通过对3 种掏槽爆破机理分析、数值模拟、 模型试验和现场工程实例对比分析可以得出从掏 槽深度、槽腔体积、炮眼利用率和炸药单耗四个指标 的比较中，复式筒形掏槽是3 种掏槽方式中最佳的， 其次为双空孔菱形掏槽，最后为四角九孑L 掏槽，复式 筒形掏槽可以有效地解决爆破过程中岩石夹制问题 和炮眼利用率低。 3 结合现场试验说明含空孔的掏槽爆破对巷 道掘进有良好的适用性，掏槽效果显著，炸药单耗 低，炮眼利用率高，掘进进尺大，空孔作用得以良好 发挥并非越多越好，而在于合理的布置。 [ 2 ] 参考文献 R e f e r e n c e s 杨仁树．我国煤矿岩巷安全高效掘进技术现状与展望 [ J ] ．煤炭科学技术，2 0 1 3 ，4 1 9 1 8 - 2 3 ． Y A N GR e n - s h u ．P r e s e n ts i t u a t i o na n dP r o s p e c to fs a f e a n de f f i c i e n tt u n n e l i n gt e c h n o l o g yf o rc o a lm i n er o c kr o a d - w a yi nC h i n a [ J ] ．C o a lS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，2 0 1 3 ， 4 1 9 1 8 - 2 3 ． i nC h i n e s e L A N G E F O R SU ，K I H S T R O MB ．T h em o d e r nt e c h n i q u eo f r o c kb l a s t i n g [ M ] ．J o h nW i l e y S o n sC c ，1 9 6 3 ． [ 3 ] S H A P R I OVY a ．E f f i c i n c yo fc u tc o n f i g u r a t i o ni nd r i v i n g t u n n e l sw i t has e to fd e e pb l a s th o l e s [ J ] ．J o u r n a lo fM i n ． i n gS c i e n c e ，1 9 8 9 ，2 5 4 3 7 9 - 3 8 6 ． [ 4 ] Z H UZ h e - m i n g ，X I EH e - p i n g ，B I B H UM o h a n t y ．N u m e r i c a l i n v e s t i g a t i o no fb l a s t i n gi n d u c e db yu n d e r g r o u n de x p l o s i o n [ J ] ．I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a lo fR o c kM e c h a n i c s ＆M i n i n g S c i e n c e s ．2 0 0 8 ．4 5 l1 1 - 1 2 1 ． [ 5 ]汪海波，宗琦，赵要才．立井大直径中空孑L 直眼掏槽 爆炸应力场数值模拟分析与应用[ J ] ．岩石力学工程 学报，2 0 1 5 ，3 4 S I 3 2 2 3 - 3 2 2 9 ． [ 5 ] W A N GH a t - b o ，Z O N GQ i ，Z H A OY a o - c a t ．N u m e r i c a ls i m u l a t i o na n a l y s i sa n da p p l i c a t i o no fe x p l o s i o ns t r e s sf i e l di n s t r a i g h th o l eo fv e r t i c a lh o l e w i t hl a r g ed i a m e t e rh o l l o w s h a f t [ J ] ．J o u r n a lo fR o c kM e c h a n i c sE n g i n e e r i n g ，2 0 1 5 ， 3 4 S 1 3 2 2 3 - 3 2 2 9 ． i nC h i n e s e [ 6 ]任行，傅菊根，罗吉．直眼掏槽爆破中空孔应力集 中效应数值模拟[ J ] ．煤炭技术，2 0 1 5 ，3 4 1 1 9 5 - 1 9 7 ． [ 6 ] R E NX i n g ，F UJ u e - g e n ，L U Oj i ．N u m e r i c a ls i m u l a t i o no f s t r e s sc o n c e n t r a t i o ne f f e c t o fh o l l o w h o l ei ns t r a i g h tc u t b l a s t i n g [ J ] ．C o a lT e c h n o l o g y ，2 0 1 5 ，3 4 1 1 9 5 - 1 9 7 ． i n C h i n e s e [ 7 ]吴颂，林大能，郑文富，等．直眼掏槽首响孔与空孔 距离及空孔个数研究[ J ] ．采矿技术，2 0 1 3 ，1 3 5 1 0 3 - 1 0 4 ，1 5 0 ． [ 7 ] W US o n g ，L I ND a - n e n g ，Z H E N GW e n f u ，e ta 1 ．S t u d yo n t h ed i s t a n c eb e t w e e nt h ef i r s tr i n gh o l ea n dt h ee m p t yh o l e a n dt h en u m b e ro fe m p t yh o l e si nt h es t r a i g h tc u th o l e [ J ] ．M i n i n gT e c h n o l o g y ，2 0 1 3 ，1 3 5 1 0 3 - 1 0 4 ，1 5 0 ． i n C h i n e s e [ 8 ] 王德胜，龚敏．王子学，等．柱状药包爆炸应力场及 在地下深孔爆破中的应用[ J ] ．爆炸与冲击，2 0 1 l ， 3 l 4 3 5 5 - 3 6 0 ． [ 8 ] W A N GD e - s h e n g ，G O N GM i n ，W A N GZ i - x u e ，e ta 1 ．E x - p l o s i o