水下钻孔爆破孔网参数优化研究

摘要

近年来，我国对海洋资源的开发力度逐渐加大，水下钻孔爆破技术在海底炸礁工程中的应用日益广泛，但是水下环境的复杂性使得水下钻孔爆破比陆地钻孔爆破更加复杂。水下钻孔爆破孔网参数的优化研究，对爆破施工设计及节约经济成本具有十分重要的意义。
　　本文以厦门港口二期炸礁工程为背景，从研究水下钻孔爆破岩石破碎机理出发，探讨了水下钻孔爆破的主要影响因素，结合爆破优化模型、数值仿真技术以及现场实验，对水下钻孔爆破孔网参数进行了优化研究，取得了以下研究成果：
　　（1）结合岩石破碎机理和水下钻孔爆破的特点，讨论了水下钻孔爆破岩石破碎机理，对水深、岩体结构及岩性等主要影响因素进行了系统的分析。
　　（2）基于经典的钟汉荣爆破优化模型提出了水下钻孔爆破孔网参数的优化模型，根据现场统计资料，综合运用数理统计方法和破碎块度方程，得到了厦门港口二期炸礁工程优化模型的表达式以及满足约束条件的最优孔网参数。
　　（3）运用ANSYS/LS-DYNA动力有限元分析软件，建立了不同炮孔间距、排距及堵塞长度的8种水下钻孔爆破模型，分析不同模型在孔底起爆和中间起爆时的应力云图和单元应力时程曲线，发现爆破载荷作用下岩石的破碎主要取决于切向拉应力，且中间起爆时被爆岩石内产生较为均匀的应力场，有利于降低大块率。
　　（4）以最小孔网参数的数值计算模型为基础，分析对比8种模型岩石单元的应力状态，发现第6种模型所采用的孔网参数能够在经济成本最低的情况下实现破碎目标。
　　结果表明，厦门港口二期炸礁工程的最优孔网参数为孔距2.5m，排距2.2m，堵塞长度1.5m，炸药单耗1.75kg/m3。采用该优化参数进行施工时，平均大块率降低了30％，浅点率降到了2%以内，大大缩短了施工工期，降低了施工成本，可以为类似水下钻孔爆破工程提供参考。

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第1章 绪论

1.1选题背景

1.2选题意义

1.3国内外研究现状

1.4本文主要研究内容及方法

第2章 水下钻孔爆破作用机理

2.1水下钻孔爆破特点

2.2岩石爆破破碎机理

2.3水下爆炸物理现象

2.4水下钻孔爆破岩石破碎机理

2.5本章小结

第3章 基于经济优化模型的水下钻孔爆破孔网参数优化

3.1 水下钻孔爆破孔网参数设计方法

3.2爆破优化模型的一般形式

3.3水下钻孔爆破优化模型

3.4水下钻孔爆破优化模型在工程中的应用

3.5本章小结

第4章 水下钻孔爆破数值模拟基本理论

4.1程序简介

4.2 ANSYS／LS-DYNA求解步骤

4.3有限元法基本方程

4.4空间有限元离散化

4.5爆破计算中的几个重要问题

4.6爆破动力载荷参数

4.7本章小结

第5章 基于应力分析的水下钻孔爆破孔网参数优化

5.1工程背景

5.2基本假设

5.3材料模型及参数

5.4计算模型简介

5.5计算结果分析

5.6水下钻孔爆破优化参数的现场应用及效果

5.7本章小结

第6章 结论与展望

6.1主要结论

6.2研究展望

致谢

参考文献

附录1攻读硕士学位期间取得的科研成果

附录2攻读硕士学位期间参加的科研项目