爆炸应力波与爆生气体破岩作用效应量化评测及岩石爆破方法技术

本发明专利技术实施例公开一种爆炸应力波与爆生气体破岩作用效应量化评测及岩石爆破方法，其中评测方法包括：设定炸药与炮孔的多种相对位置关系，其中炸药位于炮孔内且和炮孔壁之间有空腔，不同种相对位置关系下炸药到岩石被测位置方向上炸药和炮孔壁之间空腔体积不同；分别针对每一种所述相对位置关系：将炸药置于炮孔内的相应位置，利用炮孔中炸药的爆炸作用对岩石施加荷载，使岩石破坏；基于多种相对位置关系下岩石破坏过程中岩石被测位置的应力情况和/或破坏情况，对爆炸应力波与爆生气体的破岩作用效应进行量化评测。本发明专利技术实施例可适用于爆炸应力波和爆生气体作用机理研究的实验场景，实现爆炸应力波与爆生气体耦合破岩作用效应的准确辨识和量化。效应的准确辨识和量化。效应的准确辨识和量化。

【技术实现步骤摘要】
爆炸应力波与爆生气体破岩作用效应量化评测及岩石爆破方法


[0001]本专利技术涉及爆破分析领域，尤其涉及一种爆炸应力波与爆生气体破岩作用效应量化评测及岩石爆破方法。

技术介绍

[0002]爆破是利用炸药在空气、水、土石介质或物体中爆炸所产生的压缩、松动、破坏、抛掷及杀伤作用，达到预期目的的一门技术。爆破初期，在高压爆炸产物的作用下，介质受到压缩，在其中产生向外传播的应力波(称之为爆炸应力波)，同时药室中也会生成爆生气体而向四周膨胀，周围的介质在强高压的作用下被压实或破碎，进而形成裂缝。爆炸应力波与爆生气体是岩石爆破破碎的主要动力，阐明爆炸应力波和爆生气体的作用效应是揭示岩石爆破基础理论的重要基础。
[0003]现有技术中，对于爆炸应力波和爆生气体破岩作用机理的研究，通常采用模型实验的手段，该手段往往通过一些等效的处理手段实现，例如，采用屏蔽爆生气体的方式来研究爆炸应力波在介质中的动态效应，或是通过忽略爆炸应力波的作用效应来研究爆生气体的能量分布。然而，此种等效处理的模型实验手段却难以在实验设计的科学性上站住脚，爆炸应力波和爆生气体实际上是伴随产生的。
[0004]由于实验研究的困难性，数值模拟成为爆炸应力波和爆生气体作用效应研究的主要手段，通过对孔壁施加不同的荷载曲线模拟爆炸应力波的加载特性，通过控制裂隙中气体体积和压力的对应关系分析爆生气体的作用效应。然而，数值模拟的研究结果也存在明显的局限性，目前的数值模拟技术采用了较多的等效和简化，无法呈现爆炸应力波和爆生气体产生及作用的物理过程，并且缺少可靠的实验验证。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术实施例提供一种爆炸应力波与爆生气体破岩作用效应量化评测及岩石爆破方法，以较为准确地辨识和量化爆炸应力波与爆生气体耦合破岩作用效应。
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供一种爆炸应力波与爆生气体破岩作用效应量化评测方法，所述方法包括：
[0007]设定炸药与炮孔的多种相对位置关系，其中炸药位于炮孔内且和炮孔壁之间有空腔，不同种相对位置关系下炸药到岩石被测位置方向上炸药和炮孔壁之间空腔体积不同；
[0008]分别针对每一种所述相对位置关系：将炸药置于炮孔内的相应位置，利用炮孔中炸药的爆炸作用对岩石施加荷载，使岩石破坏；
[0009]基于多种相对位置关系下岩石破坏过程中岩石被测位置的应力情况和/或破坏情况，对爆炸应力波与爆生气体的破岩作用效应进行量化评测。
[0010]进一步的，炸药与炮孔的多种相对位置关系，包括：
[0011]第一种相对位置关系为：炸药药包与炮孔壁直接接触面积为第一面积S1，炸药到
岩石被测位置方向上炸药和炮孔壁之间的空腔体积为第一体积V1；
[0012]第二种相对位置关系为：炸药药包与炮孔壁直接接触面积为第二面积S2，炸药到岩石被测位置方向上炸药和炮孔壁之间的空腔体积为第二体积V2；
[0013]第n种相对位置关系为：炸药药包与炮孔壁直接接触面积为第二面积S2，炸药到岩石被测位置方向上炸药和炮孔壁之间的空腔体积为第n体积Vn；
[0014]其中，S1>S2，V1<V2，Vn
‑
1<Vn，n取值依次为3，4
……
直至N，所述N为炸药与炮孔的多种相对位置关系的种类总数。
[0015]进一步的，炸药药包与炮孔的形状均为棱柱，且仅在于棱边长度不同；
[0016]将炸药药包底面贴于炮孔底面放置于炮孔内，在炮孔内沿棱边方向相对移动得到炸药与炮孔的多种相对位置关系。
[0017]进一步的，炸药药包与炮孔的形状均为圆柱，且仅在于高度不同；
[0018]将炸药药包底面贴于炮孔底面放置于炮孔内，在炮孔内沿高度方向相对移动得到炸药与炮孔的多种相对位置关系。
[0019]进一步的，所述棱柱为长方体；炮孔沿棱边方向进行M等分，M大于或等于N；炸药药包棱边长度等于炮孔棱边长度的
[0020]第i种相对位置关系为：炸药药包位于炮孔长度至处,其中1≤i≤M。
[0021]进一步的，M为偶数时，N等于
[0022]M为奇数时，N等于
[0023]进一步的，基于多种相对位置关系下岩石破坏过程中岩石的应力情况和/或破坏情况，对爆炸应力波与爆生气体的破岩作用效应进行量化评测，包括：
[0024]基于多种相对位置关系下岩石破坏过程中岩石随时间的应力大小变化及应力分布变化：
[0025]进行爆炸应变演化分析，以量化评测爆炸应力波与爆生气体的破岩作用的分离情况；和/或
[0026]进行爆炸应变峰值分析，以量化评测多种相对位置关系对爆炸应力波和爆生气体破岩作用的影响；和/或
[0027]进行爆炸裂纹分析，以量化评测多种相对位置关系对爆炸裂纹扩展的影响。
[0028]进一步的，所述炸药为叠氮化铅；岩石以聚碳酸酯材料或有机玻璃材料代替。
[0029]第二方面，本专利技术实施例还提供一种岩石爆破方法，所述方法包括：
[0030]将炸药置于炮孔内，其中该炸药和炮孔壁之间有空腔，空腔大小依据对爆破效果的需求设定；
[0031]利用炮孔中炸药的爆炸作用对岩石施加荷载，使岩石破坏；
[0032]其中，爆破效果与岩石的受力特征关联，岩石的受力特征由爆炸应力波和爆生气体破岩作用效应控制，爆炸应力波和爆生气体破岩作用效应与空腔大小关联。
[0033]进一步的，爆炸应力波和爆生气体破岩作用效应与空腔大小关联，包括如下至少一种情形：
[0034]随着空腔体积的增加，爆炸应力波破岩作用效应逐渐减弱，爆生气体对岩石应力的作用效应逐渐增强；当空腔体积达到预设阈值时降低爆炸应力波破岩作用效应，抑制爆生气体破岩作用效应的发挥；
[0035]随着空腔体积的增加，由应力集中导致的岩石裂纹扩展长度逐渐增大，而由垂直方向应力分量控制的岩石裂纹扩展长度先增大后减小。
[0036]本专利技术实施例提供的技术方案，通过在爆炸应力波与爆生气体耦合破岩的真实爆炸过程中，通过改变炮孔装药结构，在炸药药包和炮孔壁之间设置不同大小的空腔，来调控爆炸应力波和爆生气体作用效应的分离，由此能够基于调控结果评测爆炸应力波和爆生气体破岩作用效应，评测结果真实、可靠。
附图说明
[0037]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0038]图1为本专利技术实施例一提供的一种爆炸应力波与爆生气体破岩作用效应量化评测方法的步骤示意图；
[0039]图2为本专利技术实施例二提供的一种炸药与炮孔的多种相对位置关系及被测位置示意图；
[0040]图3为本专利技术实施例二提供的另一种炸药与炮孔的多种相对位置关系及被测位置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种爆炸应力波与爆生气体破岩作用效应量化评测方法，其特征在于，所述方法包括：设定炸药与炮孔的多种相对位置关系，其中炸药位于炮孔内且和炮孔壁之间有空腔，不同种相对位置关系下炸药到岩石被测位置方向上炸药和炮孔壁之间空腔体积不同；分别针对每一种所述相对位置关系：将炸药置于炮孔内的相应位置，利用炮孔中炸药的爆炸作用对岩石施加荷载，使岩石破坏；基于多种相对位置关系下岩石破坏过程中岩石被测位置的应力情况和/或破坏情况，对爆炸应力波与爆生气体的破岩作用效应进行量化评测。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，炸药与炮孔的多种相对位置关系，包括：第一种相对位置关系为：炸药药包与炮孔壁直接接触面积为第一面积S1，炸药到岩石被测位置方向上炸药和炮孔壁之间的空腔体积为第一体积V1；第二种相对位置关系为：炸药药包与炮孔壁直接接触面积为第二面积S2，炸药到岩石被测位置方向上炸药和炮孔壁之间的空腔体积为第二体积V2；第n种相对位置关系为：炸药药包与炮孔壁直接接触面积为第二面积S2，炸药到岩石被测位置方向上炸药和炮孔壁之间的空腔体积为第n体积Vn；其中，S1>S2，V1<V2，Vn
‑
1<Vn，n取值依次为3，4
……
直至N，所述N为炸药与炮孔的多种相对位置关系的种类总数。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，炸药药包与炮孔的形状均为棱柱，且仅在于棱边长度不同；将炸药药包底面贴于炮孔底面放置于炮孔内，在炮孔内沿棱边方向相对移动得到炸药与炮孔的多种相对位置关系。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，炸药药包与炮孔的形状均为圆柱，且仅在于高度不同；将炸药药包底面贴于炮孔底面放置于炮孔内，在炮孔内沿高度方向相对移动得到炸药与炮孔的多种相对位置关系。5.根据权利要求3所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁晨曦，杨仁树，何松林，陈文，梁欣桐，肖成龙，游帅，陈建华，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：