作为爆破的对象,自然岩体一般是由节理裂隙等地质不连续面切割而成不连续介质,而岩体的这种不连续性对爆破的过程与结果都具有重要影响。本文以江铜集团德兴铜矿为背景,针对岩体的不连续性在爆破过程中的作用及其规律性,以现有节理岩体爆破理论为基础,采用数值模拟和矿山现场不连续面岩体爆破试验相结合的方法,研究了岩体不连续面对爆炸应力波传播以及岩石破碎的影响,为爆破设计提供了理论依据和参考。 (1)本文首先对岩体中的不连续面在爆破应力波传播和爆轰气体产物膨胀压力作用过程中的影响进行了分析,研究了不连续岩体中的的爆破作用机理。在均质岩体中,爆炸能量以应力波形式在孔壁的不同方向上均匀分布,爆破漏斗呈轴对称。而在含不连续面的岩体中,爆炸应力波在不连续面处发生反射和透射,应力波的传播路径发生改变,形成的应力场复杂,在应力波到达自由面之前即不再具有以炮孔中心为轴的轴对称性;由于爆轰气体自身的高压作用,爆轰气体通过不连续面在自由面溢出,导致爆轰气体压力显著下降。 (2)利用LS—DYNA数值模拟软件,用动态有限元方法研究了含不连续面岩体的爆破过程,得到了均质连续岩体和给定条件下节理岩体在爆炸荷载作用下不同时刻的应力场,实现了节理岩体爆破过程的可视化。 (3)对不连续面法线与炮孔轴线夹角“α”不同的三种情况进行数值模拟的结果,发现该角度是影响应力波反射与折射强度的重要因素。对比三种不同夹角情况下的炸药爆炸能量的衰减情况发现:有不连续面时的炸药爆炸能量明显比无不连续面时衰减的快,炸药爆炸能量在不连续面法线和炮孔轴线斜交时衰减较慢,而在不连续面法线和炮孔轴线垂直时则较快,不连续面法线和炮孔轴线平行时衰减极少。 (4)对德兴铜矿露天采场7个爆区的岩体不连续性特征参数、爆破设计参数、爆堆矿岩块度与爆堆几何特征参数进行系统统计分析,发现不连续面产状和密度对爆堆几何形状与尺寸、爆堆平均块度与大块率具有重要影响。爆堆矿岩平均块度与节理裂隙密度成反比关系;爆堆矿岩平均块度大小与节理裂隙间距基本一致;岩体不连续面也会影响爆堆隆起高度和后沟塌落深度。这些结论对爆破参数的优化选取具有一定参考价值。