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煤体爆破作用数值模拟研究

李旺兴  
【摘要】: 在现有的爆破理论和前人研究爆破技术的基础上,针对煤体爆破作用及裂纹扩展机理研究,结合煤体自身特点,本文采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对煤体爆破作用进行数值模拟研究和煤体相似材料爆破实验研究。从断裂力学角度出发,建立了耦合和不耦合装药煤体爆破作用计算模型;并在耦合装药模型的基础上施加瓦斯压力,建立存在瓦斯压力条件下的煤体爆破作用计算模型;运用动力有限元软件ANSYS/LS-DYNA模拟计算这三种情况下煤体的爆破过程。 数值模拟结果表明:与耦合装药相比空气径向不耦合装药结构降低了作用在炮孔壁上的初始压力峰值,延长了应力波作用时间,有利于提高炸药有效能利用率;存在瓦斯压力作用下的煤体爆破数值模拟结果表明:瓦斯压力的存在对煤体爆破具有积极作用,增大了应力波峰值,延长了应力波作用时间;并且瓦斯压力大小不同对煤体的爆破作用影响程度也不同,当瓦斯压力为0.7MPa时,与没有施加瓦斯压力相比炮孔近区应力波峰值增加16.3%,炮孔远区应力波峰值增加7.7%,这说明了煤体爆破不仅仅是爆炸应力波和爆生气体共同作用的结果,而是爆炸应力波、爆生气体和瓦斯压力共同作用的结果。 煤体相似材料爆破实验结果与数值模拟结果在应力波峰值、应力波作用时间以及应力波衰减指数三个方面基本相符;说明了利用软件ANSYS/LS-DYNA对煤体爆破作用的数值模拟研究是可行的,数值模拟研究能够为实际工程爆破提供有益的参考和理论指导。


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