露天爆破LS—DYNA数值模拟分析

2016-05-30张世琛

科技风 2016年3期

张世琛

摘要：爆破是露天矿山开采的主要手段之一，影响爆破效果的因素主要有岩石特性、炸药特性、药包起爆位置以及爆破参数等。根据岩石爆破机理并借鉴某矿山工程实况参数，利用LS-DYNA软件模拟并研究了现爆破参数的选取对易出现大块部位的应力的影响。模拟结果表明：模拟结果与工程实际结果相吻合，软件模拟对工程实践具有指导性作用。

关键词：爆破工程；深孔爆破；LS-DYNA；数值模拟

[中图分类号]TD235[文献标志码]A

深孔台阶爆破是目前露天矿山开采的主要手段之一，合理的爆破参数可以方便后续的开采和运输工作。因爆破开采工程大不便频繁试验爆破参数，因此可运用软件模拟得到最优参数。张等[1]采用LS-DYNA软件模拟起爆方式对爆破结果的影响。余等[2]通过模拟得出孔径与孔网参数适应时爆破效果最好的结果。周等[3]针对台阶爆破不同起爆方式利用LS-DYNA软件进行了模拟研究。此类研究表明运用LS-DYNA软件模拟矿山爆破的可行性和有效性。因此，采用LS-DYNA软件进行模拟，模拟的结果对工程实践具有指导意义。

本文针对某矿山开采大块较多的问题，根据实际工程的爆破参数进行了LS-DYNA软件模拟。对比结果表明：LS-DYNA软件可以准确的模拟出工程实况，模拟结果与工程实际结果相吻合，模拟结果对今后的工程实践有指导意义。

1.问题分析

1.1大块产生部位及原因

根据工程实践可知，露天矿山深孔爆破大块一般产生的位置主要在台阶顶部和坡面、底部以及地质条件特殊的区段等，产生大块的原因主要分为以下两方面。

1.1.1爆破参数选取不合理

一般来说，爆破参数主要包括炸药特性、岩石特性、超深、堵塞以及孔网参数等。炸药与岩石不匹配通常会产生很多大块与根底。堵塞過大，由于台阶上部表面岩石得不到足够炸药能量而使其不能充分破碎；堵塞过小，由于爆轰产物提前逸出严重甚至会出现冲炮。孔网参数不合理，由于炸药能量分布不均匀，岩石得不到充分破碎，在孔与孔之间会出现大块。

1.1.2地质条件特殊原因

主要分为两类。一类为难爆的矿岩，由于爆轰气体很难侵入岩体，容易产生大块[4]；另一类为矿岩结构，主要有节理、裂隙发育地段等，炸药爆炸后产生的应力波在传播过程中不断衰减，使得岩体没有足够的爆炸能量来破裂，易产出大块[5]。

1.2 起爆点选取

在炮孔连续耦合装药的情况下，起爆位置不同，炸药爆炸生成的爆轰产物与应力波在岩体中作用时间与能量损耗会不同[6]，从而产生大块的部位也就不相同。

当前矿山爆破起爆方式采用反向起爆，爆轰产物由孔底向孔口传播，由于炮孔周围岩石的约束作用，爆炸产生的应力波与爆生气体全部作用在岩石内部，避免爆轰产物部分向孔外扩散造成的能量迅速散失，从而提高了能量利用率。

2.模型与计算参数

2.1 实际工况

模型中含有炸药、空气、岩石和填塞物4种材料。模型选用实体单元3D-SOLID164，利用体分割技术，炸孔周围进行扫掠网格划分，其余部分采用映射网格划分。炸药和空气采用多物质ALE算法，岩石和填塞物采用Lagrange算法，进行流固耦合。数值模拟采用cm-g-μs单位制。

模型总高度为2000cm，底面积为2000cm×1500cm，此为空气尺寸，与之耦合的岩土高度为1750cm，同心底面积为1750cm×1200cm，药柱半径为31cm，总高度为1000cm，其余高度为填塞高度。

炸药采用耦合装药，起爆点在底部。建模时采用全尺寸建模。模型的外表面和上表面采用透射边界。乳化炸药及岩石参数如表2、表3。

表2乳化炸药材料参数及JWL状态方程参数

密度ρ