露天爆破中炸药单耗对岩石破碎块度的数值模拟研究

摘要

露天爆破中岩石破碎块度是钻爆、铲装、运输及后续工艺等综合成本的主要衡量标准，炸药单耗是其主要影响因素，而炸药单耗对破碎块度的研究一般采用爆破模型试验，但其存在成本高、试验结果误差大等缺点.为了优化炸药单耗来降低爆堆的大块率、平均块度，并预测实际工程块度，在爆炸破岩理论基础上，运用基础力学测试设备对模型材料进行了单轴抗压、弹性模量、断裂韧度等测试，标定RHT本构模型参数，通过LS-DYNA数值仿真软件和粒子流算法（SPH）构建了三维露天台阶爆破数值仿真模型，首次对爆破破岩数值模拟结果实现块度精准统计，并对爆破破岩块度随炸药单耗的变化规律开展了系统研究.研究结果表明：炸药单耗在0.23～0.79 kg·m^-3范围内，岩块最大尺寸均小于240 mm，其变化区域分为240、220、140 mm三个最大块度相近区和240～220 mm、220～140 mm两个明显下降区；随单耗增加，均匀性指数n呈波浪式减小，分形维数D与n的变化趋势相反，平均块度尺寸呈现先快速下降后缓慢变化的趋势；炸药单耗的块度分布拟合曲线采用G–G–S函数拟合，相关系数均在0.91～0.97间，其变化规律验证了通过SPH法来模拟岩石爆破和岩石破碎块度统计方法的可行性和准确性.研究结果对爆破破碎块度分布规律的完善及块度控制工程具有一定的意义.

关键词

岩石块度 / 炸药单耗 / 数值模拟 / SPH法 / 通过率

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52164009,52304078,52064025); 北京市自然科学基金青年资助项目(8224086)