耦合装药扩腔半径的探讨.pdf

第 “卷第期 年月 爆破 李世禄 湖北 武汉9 1窑街水泥厂甘肃 兰州 摘要7从岩石的冲击压缩破坏机理出发分析探讨了封闭条件下耦合装药爆炸扩腔的半径并利用A BC 2D8 A有限元程序对软质板岩的耦合装药爆扩进行了数值模拟E结果显示 模拟结果与理论计算值吻合得 较好表明推导的理论公式是合理可行的E这一结果对于药壶爆破爆炸扩腔机理和规律的研究均有重要意 义E 关键词7爆炸扩腔药壶爆破数值模拟 中图法分类号7 F A G 1 文献标识码7 D H I J KL M N O P M Q P M Q. , 其破坏条件是A B . ,. ,C DE ; F 7 式中 为破坏面上的剪应力 5 E为岩石的动态 内摩擦角5 F为岩石的动态内聚力 “ 由应力分析可知破坏面上的应力分量为A ,. ,-3 71 ,-G H I7 3 7 J . ,-I K D7 3 7 L 由 7 可知当 1.1 , B6时 岩石将发生 剪切破坏“ 由 7 J L 式可得 1 ,. * 7 ,-I K D7 1 * 7 ,-1 * 7 ,- MN G H I7 C D E ; F O 从上式可以看出 1 , 是的函数“在岩 石发生剪切破坏时 1 , 必然取极小值那么 有下式成立 P M 1 , N 3 P . 6 Q 由 O Q 式得 .8 R 3 L1 E 3 7 S 对于大多数岩石 E .J 6 TO 6 U 那么 .87 6 T J 6 U 这就是压碎圈内岩石的破坏方向“由 7 J L S 联立求解得到压碎圈内岩石的破坏条件 ,-B 7 F G H IE 3 *1 I K DE V 从上式可以看出晶体的强度取决于晶体分子 之间的作用的内力晶格结构和晶体的缺欠“因为矿 岩是混合物各种矿物成分的化学键各不相同其分 子内聚力也各不相同晶粒之间的内聚力通常都低 于晶体内部分子之间的内聚力并且晶粒越大晶粒 间的内聚力越小“岩石的孔隙率越大说明岩石晶体 的缺欠越多其强度也就越小“所以一般细粒岩石 的强度比粗粒岩石的强度大孔隙率小的岩石比孔 隙率大的岩石强度要大“ 由 * 和 V 式可求得压碎圈的半径 -W. /6 *1 I K DE MN7 F G H IE * 3 2 -4 X 腔壁作用压力Y 6的计算可用下面由声学近似 理论推导的计算式 Y6. Z6[ 7 6Z\W/ 7 Z\W/; Z6[6 * 6 式中Z 6为装药密度5 [6为炸药的爆轰速度“ 压碎圈内岩石的压缩比可采用鲍姆提出的] 方程求得 Y. _ Z Z‘ a\ MN 1 * * * 式中 Y为波阵的面压力5 为试验确定的指数对 大多数岩石取L 5 _为试验确定的系数可按下式 计算 _. Z\W 7 /3 L * 7 由] 方程可求得压碎圈内岩石的最大压缩比 Zb c Z\ . 7 Z6[ 7 6 Z\W/; Z6[6 W/MN ; * * L * J 式中 Z b c为压碎圈内最大的粉岩密度5 W/为岩石的 O 第* V卷第7期张建华等A耦合装药扩腔半径的探讨 万方数据 纵波波速 “ .代入, - 8 .可求得压碎圈内的密度 梯度函数 29 E 3 JK 6 - - 8 H , - L . 式中 G为爆扩形成的空腔半径 将, - L .积分得 * A * E M N 1 29 O E 3 6 JK * - 8P 86 - * 29 E JK3 - 8P 8 Q R S 19 J K * 845S ; 3 * 29JK R E S J K L 8S T U S V A G , - W . , - W .式是耦合装药的爆扩方程由于该方程右 项中的积分结果含有复杂的超几何函数很难求出 G的解析解 因此只能借助计算机求得其数值解但 从岩石的可压缩分析可知破碎圈内岩石的密度梯 度很小为了便于求解可将其近似为线性变化即 用平均密度 代入质量守恒方程 , - I . 由, - * .式可得 1 8 29 2JK 6 - - 8 45 6 - ; 9 . 解方程, ; 9 .得 G1 * A ; , * A * E. 8 29 2JK 6 - - 8 M N T U 6 - - * , ; - . 将, P . , - 9 .代入, ; - .得 G1 9, - Z [\ . 8 ] \ , 9, - Z [\ . ; ] \ , ; 96 26 26 ; . , ; ; .式即为耦合装药爆扩时腔体半径的近似 解 从, P .和, ; ; .式可以看出C压碎圈半径和腔体半 径均与装药半径 E成正比如果将, ; ; . 式的常数项 视为岩石的可扩性指数用S G表示 那么S G是炸药 性能参数和岩石物理力学参数的函数即S G1_ , I L 9- 8 98 B- f W W- f - - B- f 9 P 玄武岩 ;I L 9; 9 9B 9- f I 9- f 9 W L- f 9 8 辉长岩 ;P W 9- 9 9B 9; f 9 -- f 9 I ;- f 9 L 大理岩 ;9 9 9B 9* 9; f P I- f * P 8- f L ; 板岩 ;* 9 9; 98 B* f B I- f * 9 8- f W * A为破碎圈半径 9为药包半径 表g数值模拟板岩物理力学参数表 * 9 9;B 9 9B 98- BI f - B9 f ; B; 98 B 从表-可以看出表中几种岩石爆扩时产生的压碎圈比例半径为- f I l* f B I 产生的压缩空腔的 I 爆破 ; 9 9 -年I月 万方数据 比例半径为 “ “ 4. 59 5/比 例半径为 “ ’与理论计算的比例半径 “ 相差 6 “ A’ B 结论 根据文中推导的爆扩半径理论公式计算的腔体 比例半径与数值模拟的腔体比例半径吻合较好/表 明本文推得的理论计算公式符合约束条件下耦合装 药爆炸扩腔规律/对于生产实践和理论研究均具有 一定指导意义’ 图.耦合装药爆扩数值模拟质点位移分布图 参考文献 ,“ C“哈努卡耶夫“矿岩爆破物理过程D EF “北京0冶金工 业出版社/ “ . 孟益平“爆炸冲击波的扩腔作用D G F “爆破/ 1 . 2 0 . H - . 6 “ 高尔新“爆扩过程的解析分析D G F “爆破/ 1 2 0 -H “ 王文龙“钻眼爆破D EF “北京0煤炭工业出版社/ “ H 宗琦“岩石中爆破扩腔过程的理论分析D G F “爆破/ 1 . 2 0 - “ 张奇“岩石爆破的粉碎区极其空腔膨胀D G F “爆炸与冲击/ 1 2 0 -6 H “ 6 第 卷第.期张建华等0耦合装药扩腔半径的探讨 万方数据