炸药单耗对赤铁矿爆破块度的影响规律数值模拟研究.pdf

第3 2 卷第3 期 爆破 V o l 3 2N o 3 2 0 1 5 年9 月B L A S T I N G S e p ．2 0 1 5 d o i 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 4 8 7 X ．2 0 1 5 ．0 3 ．0 1 1 炸药单耗对赤铁矿爆破块度的影响 规律数值模拟研究术 郑炳旭1 ，冯2 宋锦泉1 ，郭汝坤2 ，李世海2 1 ．广东宏大爆破股份有限公司，广州5 1 0 6 2 3 ； 2 ．中国科学院力学研究所流固耦合系统力学重点实验室，北京1 0 0 1 9 0 摘要通过在连续一非连续单元方法 C D E M 中引入朗道点火爆炸模型及岩体塑性一损伤一断裂模型， 实现了赤铁矿爆破破碎过程的模拟。提出了5 个评价爆破后块度分布特征的指标，分别为平均破碎尺寸 d ，。 、极限破碎尺寸 d 帅 、块体不均匀系数 氐／d ，。 、系统破裂度 F ， 及大块率 曰， 。基于C D E M 方法及 上述5 个评价指标，分析了改变炮孔直径、改变间排距等两种改变炸药单耗的方式对赤铁矿爆破块度的影响 规律。数值计算结果表明随着炸药单耗的增大，赤铁矿的破碎尺寸逐渐减小；相同炸药单耗情况下，改变炮 孔直径的破碎效果略优于改变间排距的破碎效果。在双对数坐标下，随着炸药单耗的增大，平均破碎尺寸 d 5 。 及极限破碎尺寸 ‰ 均线性减小；采用衰减型幂函数进行了拟合，给出了平均破碎尺寸 d ，。 及极限 破碎尺寸 d 帅 与炸药单耗间的函数关系。随着炸药单耗的增加，块体不均匀系数 d 帅／如 及系统破裂度 一 均逐渐增大，而大块率 日， 则迅速减小。当炸药单耗大于0 ．2 5k g ／t 时，大块率 曰， 已经小于0 ．5 ％；当 炸药单耗超过0 ．6k g ／t 时，大块率 B ， 为0 ．0 ％。 关键词爆破开采；数值模拟；炸药单耗；块度分布；大块率 中图分类号0 6 2 5文献标识码A文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 5 0 3 0 0 6 2 0 8 N u m e r i c a lS t u d yo nR e l a t i o n s h i pb e t w e e nS p e c i f i cC h a r g e a n dF r a g m e n t a t i o nD i s t r i b u t i o no fH e m a t i t e Z H E N G B i n g ．咒u 1 ，F E N GC h u n 2 ，S O N Gf i n q u a n l ，G U OR u k u n 2 ，L IS h i ．h a i 2 1 ．G u a n g d o n gH o n g d aB l a s t i n gC oL t d ，G u a n g z h o u5 10 6 2 3 ，C h i n a ； 2 ．K e yL a b o r a t o r yf o rM e c h a n i c si nF l u i dS o l i dC o u p l i n gS y s t e m s ， I n s t i t u t eo fM e c h a n i c s ，C h i n e s eA c a d e m yo fS c i e n c e s ，B e i j i n g1 0 0 1 9 0 ，C h i n a A b s t r a c t B yi n t r o d u c i n gL a n d a ub l a s t i n gm o d e la n dr o c kp l a s t i c d a m a g e f r a c t u r em o d e li n t oC o n t i n u u mD i s c o n t i n u u mE l e m e n tM e t h o d C D E M ，t h es i m u l a t i o no fh e m a t i t ef r a g m e n t a t i o np r o c e s su n d e rb l a s t i n gl o a dW a sr e a l i z e d ． F i v ei n d i c a t o r st oe v a l u a t et h eb l o c kd i s t r i b u t i o nf e a t u r ea f t e rb l a s t i n gw e r ep r o p o s e d ，i n c l u d i n gt h ea v e r a g ef r a g m e n t a t i o ns i z e d 5 0 ，u h i m a t ef r a g m e n t a t i o ns i z e d 9 0 ，b l o c kn o n u n i f o r mc o e f f i c i e n t d g o ／d s o ，s y s t e mf r a c t u r ed e g r e e F ， a n dl a r g eb l o c kr a t i o B ， ．B a s e do nC D E Ma n dt h ef i v ee v a l u a t i o ni n d i c a t o r s ，t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ns p c i f i c c h a r g ea n df r a g m e n t a t i o nd i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i cw a ss t u d i e d ．T w ow a y st oc h a n g et h es p c i f i cc h a r g ew a sd i s c u s s e d o nc h a n 舀n gb o r eh o l ed i a m e t e ra n dc h a n 西n gr o w ＆c o l u m nd i s t a n c e ．N u m e r i c a lr e s u l t ss h o wt h a t ．w i t ht h ei n c r e a s e o fs p c i f i cc h a r g e ，t h eh e m a t i t ef r a g m e n t a t i o ns i z ed e c r e a s e dg r a d u a l l y ；w i t ht h es a m es p c i f i cc h a r g e ，t h ef r a g m e n t a t i o n q u a l i t yo b t a i n e df r o mc h a n g i n gb o r eh o l ed i a m e t e rW a sb e t t e rt h a nw h i c hf r o mc h a n g i n gr o w ＆c o l u m nd i s t a n c e ．I n d o u b l el o g a r i t h m i cc o o r d i n a t e s ，w i t ht h ei n c r e a s eo fs p c i f i cc h a r g e ，a v e r a g ef r a g m e n t a t i o ns i z e d 5 0 a n du l t i m a t ef r a g m e n t a t i o ns i z e d 9 0 a l ld e c r e a s e dl i n e a r l y ，a n dd e c a y i n gp o w e rf u n c t i o nw a su s e dt of i tt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nd s 0 ， d 9 0a n ds p c i f i cc h a r g e ．W i t ht h ei n c r e a s eo fs p c i f i cc h a r g e ，t h eb l o c kn o n u n i f o r mc o e f f i c i e n t d g o ／d 5 0 a n ds y s t e m f r a c t u r ed e g r e e F r a l li n c r e a s e dg r a d u a l l y ，w h i l et h el a r g eb l o c kr a t i o B ， d e c r e a s e ds h a r p l y ．W h e nt h es p c i f i c 万方数据 第3 2 卷第3 期 郑炳旭，冯春，宋锦泉，等炸药单耗对赤铁矿爆破块度的影响规律数值模拟研究 6 3 c h a r g ew a sl a r g e rt h a n0 ．2 5k g ／t ，t h el a r g eb l o c kr a t i o B ， W a sl e s st h a n0 ．5 ％；w h i l et h es p c i f i cc h a r g ee x c e e d e d 0 ．6k g ／t ，t h el a r g eb l o c kr a t i o B ， t u r n e dt ob ez e r o ． K e yw o r d s b l a s t i n gm i n i n g ；n u m e r i c a ls i m u l a t i o n ；s p c i f i cc h a r g e ；b l o c kd i s t r i b u t i o n ；l a r g eb l o c kr a t i o 爆破开采因其开采速度快、开采成本低等特点， 已成为我国露天铁矿开采的主要模式。爆破后铁矿 石的块度分布是定量评价爆破质量的重要指标，他 影响到矿山各后续生产工序的效率和采矿生产的总 成本。因此，需要深入研究炸药单耗、装药结构、孔 网参数及起爆顺序等爆破参数对爆破块度的影响规 律，并提出可用于爆破设计的爆破块度预测模型。 目前，爆破块度分布规律的预测模型主要包括理论 模型、经验模型及人工智能模型等三个方面。 在理论模型方面，M a r g o l i n 等人提出了一种基 于G r i f f i t h 能量原理的层状裂缝模型 B C M 模型 ， 可对岩体中的应力波传播、破坏及破碎进行分 析o ；该模型将爆区划分为若干单元，并假定单位 体积内的裂缝数目服从指数分布。邹定祥根据应力 波理论及岩石的断裂能，给出了均质连续弹性台阶 岩体的爆破块度分布计算模型，即B M M C 模型心J 。 陈运轩通过对岩石爆破破碎过程的分析，推出了炸 药单耗与各种爆破块度之间的定量关系式旧J 。刘 慧等基于爆破块度分布的分形特征，从理论上推导 了炸药单耗与爆破块度分布均匀性指数的关系HJ 。 在经验模型方面，CC u n n i n g h a m 提出了K U Z R A M 模型，该模型以K u z n e t s o v 公式为基础，认为爆 破后的块度服从R ．R 分布，其分布参数 均匀性指 数和特征块度 可由爆破参数计算确定“ J 。M a r i o 等将蒙特卡洛方法与K U Z ．R A M 模型相结合，并开 发了相应的计算程序，用于爆破效果的分析计 算‘6o 。F a r a m a r z i 等提出了一种基于岩石工程系统 的爆破块度预测新模型，该模型共包含1 6 个输人参 数，通过3 0 多次实际爆破结果的对比分析，证明了 该模型的预测精度。7J 。近年来，广东宏大爆破股份 有限公司将K u z - R a m 模型运用于国内多处露天矿 爆破开采工地，积累了大量的经验，并提出利用岩石 强度、岩石种类、裂隙平均间距、炸药单耗、爆破漏斗 参数和爆破块度分布指数等六项指标进行采石场爆 收稿日期2 0 1 5 0 7 1 5 作者简介郑炳旭 1 9 5 9 一 ，男，教授、博士生导师、董事长，主要从 事采矿和爆破方面的研究工作， E - m a i l z h e n g b x v i p ． 1 6 3 ．t o m 。 通讯作者冯春 1 9 8 2 一 ，男，助理研究员、博士研究生，主要从事 岩土力学领域数值计算方法的研究， E m a i l f e n g c h u n i m e c h ．a e ．c n 。 基金项目国家自然科学基金 1 1 3 0 2 2 3 0 资助；广东宏大爆破股份 有限公司“基于数字模拟的露天爆破设计软件”研发项目 资助 破块度分区的方法。8 ’9J 。 在人工智能模型方面，M o n j e z i 等基于模糊推理 系统及人工神经网络，先后提出了两个可用于爆破 块度预测及飞石预测的模型o l O , 1 1 ] 。段宝福等建立 了爆破块度预测的神经网络模型，并通过与R ．R 分 布式和G - G S 经验模型的比较，验证了利用神经网 络模型预测爆破块度的可靠性2 | 。 总体而言，国内外的专家学者利用理论公式、经 验公式、人工智能等对露天铁矿爆破块度的分布特 征进行了深入研究，但利用数值模拟直接获得爆破 块度分布规律的研究较少。因此，利用连续一非连续 单元方法 C D E M ，重点探讨了炸药单耗对赤铁矿 爆破块度的影响规律，并详细探讨了平均破碎尺寸 d ，。 、极限破碎尺寸 d 帅 、块体不均匀系数 d ∞／d ，。 、系统破裂度 F ， 及大块率 B ， 等5 个 指标与炸药单耗问的内在联系0 1 3 4 ] 。 数值方法及力学模型 1 ．1C D E M 简介 数值模拟主要采用连续一非连续单元方法 C D E M 进行。C D E M 方法是一种将有限元与离散 元进行耦合计算，通过块体边界及块体内部的断裂 来分析材料渐进破坏过程的数值模拟方法。C D E M 中包含块体及界面两个基本概念，块体由一个或多 个有限元单元组成，用于表征材料的连续变形特征； 界面由块体边界组成，通过在块体边界上引入可断 裂的一维弹簧实现材料中裂纹扩展过程的模拟。 C D E M 方法的控制方程为质点运动方程，并采 用基于增量方式的显式欧拉前差法进行动力问题的 求解，在每一时步包含有限元的求解及离散元的求 解等两个步骤，整个计算过程中通过不平衡率表征 系统受力的平衡程度。 1 ．2 爆源模型 爆源模型主要采用朗道点火爆炸模型，该模型 的输人参数包括装药密度，炸药爆速、爆热及点火点 位置。该模型主要基于朗道一斯坦纽科维奇公式 y 率方程 ，为 p V y P o ％，P ≥P 1⋯ p V y l P t 圪1 ，P t ，时，该单元才根据式 1 进行爆炸 压力的计算。 程序实现时，首先根据式 1 计算单元爆炸压 力，而后将该压力转换为单元节点力，累加各炸药单 元贡献的节点力形成节点合力，根据牛顿定律计算 节点的加速度、速度、位移，根据节点位移计算单元 的当前体积，根据当前体积及式 1 计算下一时步 的爆炸压力。 与围岩耦合计算时，如果围岩单元与炸药单元 共节点，则炸药单元产生的爆炸压力通过公用节点 自动作用到围岩体上；如果炸药单元与围岩节点独 立，则需设定接触单元进行爆炸压力的传递，采用半 弹簧接触模型实现相应的压力传递过程5 | ，计算过 程中令切向耦合刚度为0 。 1 ．3 塑性．损伤．断裂模型 采用塑性一损伤一断裂模型来表征爆炸载荷下岩 体的渐进破坏过程，该模型将岩体离散为单元及虚 拟界面两部分，其中虚拟界面为两个单元的边界。 单元的受力变形采用有限元进行计算，并在单元中 引入M o h r ．C o u l o m b 理想弹塑性模型 含最大拉应力 模型 表征爆炸载荷下岩体出现的塑性变形特征； 虚拟界面的受力变形通过离散元 数值弹簧 实现， 并在虚拟界面上引人考虑局部化过程的M o h r C o u l o m b 模型 含最大拉应力模型 实现岩体的损伤断 裂过程。该模型的示意图如图1 所示。 该模型的输入参数包括用于单元塑性变形计算 的块体密度、弹性模量、泊松比、粘聚力、内摩擦角、 抗拉强度、剪胀角，用于虚拟界面损伤断裂计算的法 向刚度、切向刚度、粘聚力、内摩擦角、抗拉强度、拉 伸极限应变、剪切极限应变。一般情况下，单元上的 粘聚力、内摩擦角及抗拉强度取值与虚拟界面上的 取值是一致的。 圆 国 凝 岩体 单元虚拟界面 塑性一损伤一断裂 理想弹塑性模型损伤一断裂模型 图1塑性．损伤一断裂模型 F i g ．1P l a s t i c - d a m a g e - f r a c t u r em o d e l 2 数值模拟 2 ．1 计算方案 炸药单耗是指每爆破一吨 t 矿岩石所耗费的 炸药量 k g 。改变炸药单耗的方法有很多，主要探 讨单纯改变炮孑L 直径或单纯改变间排距的情况下， 引起的炸药单耗改变对爆破块度的影响规律。由于 爆破的块度在分米量级，因此要求数值计算所用的 网格尺寸在厘米量级，若建立全三维爆破数值模型， 需要划分百万甚至千万量级的网格，如此巨大的网 格量是目前计算机无法承受的。因此，采用二维平 切面模型进行分析探讨，建立如图2 所示的双临空 面4 炮孔数值模型。图2 中炮孔的间排距、首排炮 孔到临空面的距离均为L ，炮孔的直径为d ，模型的 左侧及上侧为临空面，右侧及下侧为无反射边界。 为了便于观察爆区内岩体的破碎情况，对爆区划分 了A 、B 、C 、D 四个研究域。 恒 蛆 皿 自由面 域4域曰 工 l 2 昧 域C域D 三 斟 杂 3 4 哒 岷 三工三 三 无反射边界 图2 双自由面数值模型 F i g ．2 T w of r e es u r f a c e sn u m e r i c a lm o d e l 进行单纯改变炮孔直径的分析时，固定￡为 6 ．5m ，共研究6 种炮孔直径，分别为1 0c m 、1 5e m 、 2 0c m 、2 5c m 、3 0c m 及3 5c m 。采用G m s h 软件进行 网格剖分，共剖分了约1 9 ．2 万的三角形网格，其中 炮孔附近网格尺寸约为4e m ，四周网格尺寸约为 1 0c m 。 万方数据 第3 2 卷第3 期郑炳旭，冯春，宋锦泉，等炸药单耗对赤铁矿爆破块度的影响规律数值模拟研究 进行单纯改变间排距的分析时，固定炮孔直径 d 为2 5c m ，共研究6 种问排距，分别为3m 、5I n 、 6 ．5I l l 、8m 、1 0r l l 及1 2i n 。采用G m s h 对上述六个 计算模型进行网格剖分，6 种间距对应的三角形网 格数分别为4 ．1 万、1 1 ．4 万、1 9 ．2 万、2 8 ．9 万、 4 5 ．3 万、6 4 ．7 万。 2 ．2 计算参数 炸药选用乳化炸药，采用朗道点火爆炸模型进 行模拟。装药密度为1 1 5 0k g ／m 3 ，爆轰速度为 4 2 5 0m ／s ，爆热为3 ．4M J ／k g 。采用毫秒延时起爆技 术，孔间延时2 5m s ；起爆顺序为，1 炮孔先起爆， 2 5m s 后2 、3 同时起爆，5 0m s 以后4 炮孔开始 起爆。 岩石类型为赤铁矿，普氏系数为1 5 ．4 ，采用塑 性一损伤．断裂模型进行模拟。单元的密度为 3 2 0 0k g ／m 3 ，弹性模量为6 0G P a ，泊松比为0 ．2 5 ，粘 聚力为3 6M P a ，抗拉强度为1 2M P a ，内摩擦角为 4 0 。，剪胀角为1 0 。；虚拟界面的单位面积法向及切 向刚度均为5 0 0 0G P a ／m ，粘聚力为3 6M P a ，抗拉强 度为1 2M P a ，内摩擦角为4 0 0 ，拉伸极限应变为 0 ．1 ％，剪切极限应变为0 ．3 ％。 2 ．3 评价指标 为了对爆破后的块度分布特征进行全面地统计 分析，提出了5 个评价指标，分别为平均破碎尺寸 d ，。 、极限破碎尺寸 d 如 、块体不均匀系数 d g o ／d 5 。 、系统破裂度 f 及大块率 日， 。各指标 的含义及获取方式如下 1 平均破碎尺寸 d ，。 块度分布曲线中通过 率为5 0 ％时对应的尺寸；该值越大，爆区内块体尺 寸的平均值越大。 2 极限破碎尺寸 d ∞ 块度分布曲线中通过 率为9 0 ％时对应的尺寸；该值越大，爆区内的大块 尺寸越大。 3 块体不均匀系数 ‰／d ，。 极限破碎尺寸 与平均破碎尺寸的比值；该值越小，块度分布越均 匀；当该值为1 时，表明通过率5 0 ％到9 0 ％之间的 块体尺寸完全一致。 4 系统破裂度 F r 已经发生破裂的虚拟界 面面积与总虚拟界面面积的比值；该值越大，数值模 型越破碎。 5 大块率 B ， 特征尺寸超过0 ．9m 的岩块 体积与岩块总体积的比值。 3 计算结果分析 3 ．1 改变炮孔直径的影响 不同炮孔直径下，爆区内岩体的最终破碎效果 如图3 所示。由图可得，随着炮孔直径的增大，岩体 破碎程度逐渐增加，在炮孔附近出现压剪型密集破 碎带，在自由面附近出现张拉型密集破碎带。在炮 孔与自由面之间，破碎程度较低，裂缝将该区域切割 为大小不一的块体。直观分析，D 区域较其他区域 破坏更为严重，这是由于四个炮孔先后起爆导致该 区域反复挤压破碎的结果，曰、C 区域由于对称关系， 破坏程度基本一致，A 区域破坏程度最轻。 攀紧熏繁熏廉 图3 不同炮孔直径下爆破7 5m s 时的破碎效果 F i g ．3F r a g m e n t a t i o ns t a t u sa t7 5m sw i t hd i f f e r e n tb o r eh o l ed i a m e t e r s 对区域A 至区域D 的爆破块度进行统计，获得 不同炮孔直径下爆破块度的分布曲线如图4 所示。 由图可得，随着特征尺寸的增加，通过率逐渐增加； 炮孔直径越大，通过率为1 0 0 ％时的特征尺寸值越 小。由图还可以看出，在对数坐标系下，随着炮孔直 径的增加，分布曲线逐渐由下凹型转为上凸型；其 中，直径为1 0c m 、1 5c m 时表现为下凹型，直径为 2 0c m 时基本为线性，直径为2 5c m 、3 0c m 及3 5c m 时表现为上凸型。 数值模型的系统破裂度随爆炸时间的演化如图 5 所示。由图可得，随着爆炸时间的增加，破裂度逐 渐增大；炮孔直径越大，终态时候的破裂度值也越 大；当炮孔直径为1 0c m 时，终态的破裂度为 1 4 ．7 ％，当炮孔直径为3 5e m 时，终态的破裂度为 6 4 ．7 ％。从图中还可以清晰看出，存在三个时间段 的集中爆炸，分别为0m 8 、2 5m s 及5 0m s ；每次爆破 一开始，破裂度迅速增加，约5m s 以后，破裂度的增 加趋势才逐渐变缓；由此可以推断，爆破对岩体的破 万方数据 爆破 2 0 1 5 年9 月 裂作用主要集中在爆破后5m s 时间内。 特征尺寸／n 图4 不同炮孔直径下爆破块度分布曲线 F i g ．4F r a g m e n t a t i o nd i s t r i b u t i o nC I I I V ew i d i d i 舵r e n tb o r eh o l ed i a m e t e r s 3 ．2 改变炮孔间排距的影响 爆破后6 种间排距下的破碎状态如图6 所示。 由图可得，随着间排距的增加，破坏效应逐渐减弱， 破裂块度逐渐增大。当问排距为3m 时，爆区内岩 体已经完全破碎，并出现了抛掷现象。当间排距为 1 2m 时，仅在炮孔附近及自由面附近出现了较为密 集的破碎带，两区中间的破裂块度较大。 世 球 餐 时间／s 图5 不同炮孔直径下破裂度时程曲线 F i g ．5 F r a c t u r ed e g r e eh i s t o r yw i t h d i f f e r e n tb o r eh o l ed i a m e t e r s a ￡ 3 m b L 5 m c L 6 ．5 m d L 8 m e 上 1 0 m f L 1 2 m 图6 不同炮孔间排距在爆破7 5m s 时的破碎效果 F i g ．6 F r a g m e n t a t i o ns t a t u sa t7 5m sw i t hd i f f e r e n tr o w ＆c o l u m nd i s t a n c e s 对区域A 至区域D 的爆破块度进行统计，获得 不同间排距下的爆破块度分布曲线 如图7 所示 。 由图可得，随着特征尺寸的增加，通过率逐渐增加至 1 0 0 ％；间排距较大时 L 1 0m 、L 1 2m ，分布曲 线在对数坐标系下呈下凹型；间排距较小时 L 3m 、L 5m 、L 6 ．5m ，分布曲线在对数坐标系下 呈上凸型；当间排距适中时 ￡ 8m ，分布曲线在 对数坐标系下呈直线型。由图还可以看出，间排距 越小，爆破块度越均匀，总体尺寸越小；当间排距为 3m 时，单块最大尺寸为0 ．2 2m ；当问排距为1 2m 时，单块最大尺寸为3 ．8 5m 。 不同间排距下系统破裂度的时程曲线如图8 所 示。由图可得，随着爆破时间的增大，破裂度逐渐增 大；存在三次破裂度的突变，分别发生在起爆后 0m s 、2 5m s 及5 0m s ，对应着三次孔内爆破；随着间 排距的增加，终态的破裂度逐渐减小，问排距为3m 时的终态破裂度为8 6 ．6 ％，间排距为1 2m 时对应 的终态破裂度为1 6 ．2 ％。 槲 捌 昭 图7 不同间排距下爆破块度分布曲线 F i g ．7F r a g m e n t a t i o nd i s t r i b u t i o nC U l “ ／ew i t I l d i f f e r e n tr o w ＆c o l u m nd i s t a n c e s 3 ．3 爆破块度分布规律对比分析 对炮孔直径引起的炸药单耗改变及间排距引起 的炸药单耗改变进行对比分析，对比指标包括平均 破碎尺寸 d ，。 、极限破碎尺寸 d 如 、块体不均匀系 数 ‰／d ，。 、系统破裂度 F ， 、大块率 曰， 等。由 万方数据 万方数据 爆破 2 0 1 5 年9 月 度逐渐增大，但增大趋势逐渐变缓。当炸药单耗从 0 ．0 7k g ／t 增大至2k g ／t 时，系统破裂度从1 5 ％增加 至8 7 ％。 炸药单耗／ k g t - t 图11炸药单耗对块体不均匀系数的影响 F i g ．11R e l a t i o n s h i pb e t w e e nb l o c kn o n u n i f o r c o e f f i c i e n ta n du n i te x p l o s i v ec o n s u m p t i o n 炸药单耗／ k g 。t 1 图1 2 系统破裂度随炸药单耗的变化规律 F i g ．1 2R e l a t i o n s h i pb e t w e e ns y s t e mf r a c t u r ed e g r e e a n du n i te x p l o s i v ec o n s u m p t i o n 两种方式下大块率随炸药单耗的变化规律如图 1 3 所示。由图可得，随着炸药单耗的增大，大块率 迅速减小；当炸药单耗大于0 ．2 5k g ／t 时，大块率已 经小于0 ．5 ％；当炸药单耗超过0 ．6k g ／t 时，大块率 为0 ．0 ％。 4 结语 通过在C D E M 计算软件中引入朗道点火爆炸 模型及岩体塑性．损伤一断裂模型，实现了露天铁矿 深孔爆破过程的模拟，提出了平均破碎尺寸 d 卯 、 极限破碎尺寸 d ∞ 、块体不均匀系数 d g o ／d ，。 、系 统破裂度 F ， 及大块率 B ， 等5 种评价爆破块度 分布的指标，分析了改变炮孔直径、改变间排距等两 种改变炸药单耗的方式对爆破块度的影响规律。计 算结果表明 1 随着炸药单耗的增大，赤铁矿的破碎尺寸 逐渐减小；相同炸药单耗情况下，改变炮孔直径的破 碎效果略优于改变间排距的破碎效果。 炸药单耗／ k g ‘t - j 图13大块率随炸药单耗的变化规律 F i g ．1 3R e l a t i o n s h i pb e t w e e nl a r g eb l o c kr a t i o a n du n i te x p l o s i v ec o n s u m p t i o n 2 在双对数坐标系下，随着炸药单耗的增大， 平均破碎尺寸 d ，。 及极限破碎尺寸 d 如 均线性减 小，并利用衰减型幂函数拟合了平均破碎尺寸、极限 破碎尺寸与炸药单耗的对应关系。 3 给出了块体不均匀系数与炸药单耗问的函 数关系；根据该函数关系，随着炸药单耗的增大，块 体的不均匀性逐渐增大，但增大趋势逐渐变缓；单耗 从0 ．0 5k g ／t 增加至0 ．8k g ／t 时，块体系统的不均匀 系数从1 ．1 变化至8 ．1 。 4 随着炸药单耗的增大，系统破裂度逐渐增 大，但增大趋势逐渐变缓；当炸药单耗从0 ．0 7k g ／t 增大至2k g ／t 时，系统破裂度从1 5 ％增加至8 7 ％。 5 随着炸药单耗的增大，大块率迅速减小；当 炸药单耗大于0 ．2 5k g ／t 时，大块率已经小邗．5 ％； 当炸药单耗超过0 ．6k g ／t 时，大块率为0 ．O ％。 [ 1 ]张继春．岩体爆破的块度理论及其应用[ M ] ．成都西 南交通大学出版，2 0 0 1 ． [ 1 ] Z H A N GJ i - c h u n ．F r a g m e n t s i z et h e o r yo fb l a s t i n gi nr o c k m a s sa n di t s a p p l i c a t i o n [ M ] ．C h e n g d u S o u t h w e s tJ i a o T o n gU n i v e r s i t yP r e s s ，2 0 0 1 ． i nC h i n e s e [ 2 ]邹定祥．计算露天矿台阶爆破块度分布的三维数学模 型[ J ] ．爆炸与冲击，1 9 8 4 ，4 3 4 8 - 5 9 ． [ 2 ] Z O UD i n g - x i a n g ．At h r e ed i m e n s i o n a lm a t h e m a t i c a lm o d e l i nc a l c u l a t i n gt h er o c kf r a g m e n t a t i o nd i s t r i b u t i o no fb e n c h b l a s t i n gi nt h eo p e np i t [ J ] ．E x p l o s i o na n dS h o c kW a v e s ， 1 9 8 4 ，4 3 4 8 - 5 9 ． i nC h i n e s e 万方数据 第3 2 卷第3 期 郑炳旭，冯春，宋锦泉，等炸药单耗对赤铁矿爆破块度的影响规律数值模拟研究 6 9 陈运轩．爆破块度效应对炸药单耗的影响[ J ] ．爆破， 1 9 9 6 ，1 3 3 1 9 - 2 2 ． C H E NY u n x u a n ．T h ei n f l u e n c eo fb l a s t i n gf r a g m e n t a t i o n e f f e c tt ot h eu n i te x p l o s i v ec o n s u m p t i o n [ J ] ．B l a s t i n g ， 1 9 9 6 ，1 3 3 1 9 - 2 2 ． i nC h i n e s e 刘慧，冯叔瑜．炸药单耗对爆破块度分布影响的理 论探讨[ J ] ．爆炸与冲击，1 9 9 7 ，1 7 4 3 5 9 3 6 2 ． L I UH u i ，F E N GS h u y u 。T h e o r e t i c a lr e s e a r c ho ft h ee f f e c t o nt h eb l a s t i n gf r a g m e n t a t i o nd i s t r i b u t i o nf r o mt h ee x p l o s i r e s p e c i f i cc h a r g e [ J ] ．E x p l o s i o na n dS h o c kW a v e s ， 1 9 9 7 ，1 7 4 3 5 9 - 3 6 2 ． i nC h i n e s e 汪旭光．爆破设计与施工[ M ] ．北京冶金工业出版 社，2 0 1 3 ． M A R I OAM o r i n ，F R A N C E S C OF i c a r a z z o ．M o n t eC a r l o s i m u l a t i o na sat o o lt op r e d i c tb l a s t i n gf r a g m e n t a t i o nb a s e d O f ft h eK u z R a mm o d e l [ J ] ．C o m p u t e r s ＆G e o s c i e n c e s ， 2 0 0 6 ，3 2 3 3 5 2 ．3 5 9 ． FF a r a m a r z i ，HM a n s o u r i ，MAE b r a h i m iF a r s a n g i ．Ar o c k e n g i n e e r i n gs y s t e m sb a s e dm o d e lt op r e d i c tr o c kf r a g m e n t a t i o nb yb l a s t i n g [ J ] ．I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a lo fR o c kM e c h a n i c sa n dM i n i n gS c i e n c e s ，2 0 1 3 ，6 0 8 2 9 4 ． 邢