超聚能定向爆破岩石裂纹开展仿真分析

超聚能定向爆破岩石裂纹开展仿真分析

1 背景及意义

      随着煤炭开采规模和强度的不断加大，由于施工速度慢导致矿井采掘接替紧张的现象较为普遍，制约着矿井的高效建设与可持续发展。通过研究爆炸能量的合理转化与岩石断裂破碎控制技术，将其应用于工程实际，以期提高岩巷的掘进速度，解决影响采掘失调的主要问题，为提升企业经济效益和社会效益提供必要保障。利用LS-DYNA软件对岩石定向裂纹开展进行数值仿真分析，揭示岩石定向断裂机理，促进聚能爆破技术的研究开发，大幅度提高巷道成型质量，节约成本，减轻工人劳动强度，改善劳动作业环境，具有一定的理论价值与较高的现实意义。

2 有限元模型的建立

      模型由炸药、空气、聚能管材和岩石组成，如下图所示。炸药、空气、聚能管材，采用ALE算法，岩石采用LAGRANGE算法，PART间相互作用采用流固耦合的方法实现。

图1 超聚能爆破装置模型

3 结果分析

      岩石应力云图及裂纹开展如下图所示。

图2 岩石裂纹开展

       超聚能药包在炮孔内起爆后，首先形成高温、高压、高能量的刀片状射流作用在岩石上形成导向切缝，为后续的爆炸应力波以及爆生气体进一步扩展提供了定向作用。

4 结论

    （1）超聚能药包爆破可以有效形成定向裂纹，定向效果显著。

    （2）超聚能药包爆破在非聚能方向形成裂纹少，可以有效减小非开挖岩体损伤。