乌龙泉矿裂隙岩体爆破参数优化的研究
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摘要
本课题是为了解决武钢乌龙泉露天矿回采过程中产生的难题——大块和粉矿率偏高问题而提出的。由于矿区地质构造复杂，节理、裂隙、溶洞发育，生产爆破的块度组成难以达到理想的效果。因此能否有效地减小大块和粉矿率，提高矿山经济效益，已成为乌龙泉矿开采中亟待解决的问题。
本文从采用环形不耦合装药结构进行深孔台阶爆破入手，从理论研究、数值模拟和现场工业试验三个方面对问题的解决展开了研究，且理论分析和数值模拟彼此验证和补充，其结论直接指导现场的实际爆破参数设计，再通过工业试验进行检验、修正和完善，使三方面的研究构成一个有机整体。
理论上，分析了环形不耦合装药结构提高爆破效果的原因，利用弹塑性力学、损伤力学及岩石断裂力学原理，得出了用环形不耦合系数K、岩石损伤D等表示出的裂隙岩体爆破破坏范围和能量消耗计算式，认为可根据各矿山的不同情况和实际条件，得出适合的不耦合系数K值，从而控制大块和粉矿率。
数值模拟方面，为客观再现爆破应力扩展全过程，深入认识爆破动载作用下裂隙岩体的破碎情况，验证理论分析，利用大型有限元计算软件——ANSYS 7.0建立了数学模型，并用LS-DANY 960软件对耦合装药和环形不耦合装药台阶爆破作用过程进行了数值模拟，对不同装药条件下模拟的爆破破碎范围进行了比较。
工业试验方面，根据得出的理论公式和经验公式进行了参数设计，并在乌龙泉露天矿进行工业试验。对试验参数与目前应用参数爆破的效果进行了比较和分析，并就设计参数进行了检验和补充。
This topic is put forward to solving the problems of agglomerate and particle on the high side in the Wu Long Quan mine. Due to the complicated geologic conformation of the mine, it is difficult to achieve ideal effects. It is urgent to take effective measures to take good control of the agglomerate and particle rate to improve economic benefits.
The thesis first analyses the blasting of the circular no coupling. The thesis lays emphasis on the study of the problem from three aspects including theory, experiment and numerical simulation. After analyzing the causation of improvements in blasting impact by using circular no coupling charging structure, On the basis of the elasticity and plasticity damnification theory and rock Rupture mechanics, the expressions of blasting bounds and energy consume is educed, which can control the agglomerate and particle rate by using circular no coupling coefficient.
As for numerical simulation, the paper has built its own model on the basis of ANSYS, calculating the models and showing the courses of the rock blasting process in which coupling charging and circular no coupling charging on the basis of LS-DANY 960, as is helpful to understand the crash status by blasting stress in cranny-rock body and to validate the theory.
At the aspect of experiment, the parameters are designed by theory and experience expressions and then they are applied in the experimentation. The effects of blasting of using circular no coupling are compared with that of using coupling parameters which are applied in the Wu Long Quan mine, And then the circular no coupling parameters are checked up and revised.
本文从采用环形不耦合装药结构进行深孔台阶爆破入手，从理论研究、数值模拟和现场工业试验三个方面对问题的解决展开了研究，且理论分析和数值模拟彼此验证和补充，其结论直接指导现场的实际爆破参数设计，再通过工业试验进行检验、修正和完善，使三方面的研究构成一个有机整体。
理论上，分析了环形不耦合装药结构提高爆破效果的原因，利用弹塑性力学、损伤力学及岩石断裂力学原理，得出了用环形不耦合系数K、岩石损伤D等表示出的裂隙岩体爆破破坏范围和能量消耗计算式，认为可根据各矿山的不同情况和实际条件，得出适合的不耦合系数K值，从而控制大块和粉矿率。
数值模拟方面，为客观再现爆破应力扩展全过程，深入认识爆破动载作用下裂隙岩体的破碎情况，验证理论分析，利用大型有限元计算软件——ANSYS 7.0建立了数学模型，并用LS-DANY 960软件对耦合装药和环形不耦合装药台阶爆破作用过程进行了数值模拟，对不同装药条件下模拟的爆破破碎范围进行了比较。
工业试验方面，根据得出的理论公式和经验公式进行了参数设计，并在乌龙泉露天矿进行工业试验。对试验参数与目前应用参数爆破的效果进行了比较和分析，并就设计参数进行了检验和补充。
This topic is put forward to solving the problems of agglomerate and particle on the high side in the Wu Long Quan mine. Due to the complicated geologic conformation of the mine, it is difficult to achieve ideal effects. It is urgent to take effective measures to take good control of the agglomerate and particle rate to improve economic benefits.
The thesis first analyses the blasting of the circular no coupling. The thesis lays emphasis on the study of the problem from three aspects including theory, experiment and numerical simulation. After analyzing the causation of improvements in blasting impact by using circular no coupling charging structure, On the basis of the elasticity and plasticity damnification theory and rock Rupture mechanics, the expressions of blasting bounds and energy consume is educed, which can control the agglomerate and particle rate by using circular no coupling coefficient.
As for numerical simulation, the paper has built its own model on the basis of ANSYS, calculating the models and showing the courses of the rock blasting process in which coupling charging and circular no coupling charging on the basis of LS-DANY 960, as is helpful to understand the crash status by blasting stress in cranny-rock body and to validate the theory.
At the aspect of experiment, the parameters are designed by theory and experience expressions and then they are applied in the experimentation. The effects of blasting of using circular no coupling are compared with that of using coupling parameters which are applied in the Wu Long Quan mine, And then the circular no coupling parameters are checked up and revised.
引文
[1] 戴俊．岩石动力学特性与爆破理论[M]．北京：冶金工业出版社，2002．
[2] 张继春等．岩体爆破块度预测模型研究综述[J]．爆破，1992，(4)：63-69
[3] 盛建龙，刘新波等．爆破数学模型浅析[J]．爆破，1999，9(3)．
[4] 邹定祥．计算露天矿台阶爆破块度分布的三维数学模型[J]．爆炸与冲击，1984，7(14)：48-59
[5] L. G Margolin，et al，破坏的数值模拟．第一届爆破破岩国际会议论文集．长沙岩石力学工程技术咨询公司，1985．115-168
[6] 郭文章等．节理岩体爆破研究进展[J]．工程爆破，1999，12(5)：72-77
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[9] Kusmaul, J.S., A New Constitutive Model for Fragmentation of Rock under Dynamic Loading, 2nd Int. Symp. on Rock Fragm. by Blast., 412-424,1987.
[10] 杨军，金乾坤，黄风雷．岩石爆破理论模型即数值计算[M]．北京：科学出版社，1999．
[11] 杨军，王树仁．岩石爆破分形损伤模型研究[J]．爆炸与冲击，1996．1(16)
[12] 杨小林，王树仁．岩石爆破损伤断裂的细观机理[J]．爆炸与冲击，2000．7(20)
[13] 张奇，杨永琦．控制断裂能量与爆破效果的分形分析[J]．爆炸与冲击，1996．7(16)
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[27] 刘殿书．岩石爆破破碎的数值模拟[D]．中国矿业大学博士论文，1992．
[28] 金乾坤．岩石爆破破碎三维逾渗损伤模型的非线性数值模拟[D]．北京理工大学研究生院博士
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