616· 北京科技大学学报 第34卷 炸药采用LS-DYNA的高能材料模型(MAT_ 合方法获得：利用“K方程计算P、M程序”得到中间 HIGH_EXPLOSIVE_BURN)模拟炸药的爆轰过程， 参数M,再求得P-M数值列，带入拟合软件得到A、 程序采用JWL圆方程作为炸药状态方程.利用此 B、R,、R,和w五个参数 方程进行计算前，需己知公式中与材料性质相关的 表1是拟合计算的参数值。表中炸药密度P爆速 五个常数，即A、B、R,、R2和w.它在计算时利用拟 D以及与爆热成正比的一个常量E。由实测而得. 表1炸药参数及计算参数表 Table 1 Parameters of the explosive and numerical simulation 密度，P/(kgm3) 爆速，D/(ms1) A/GPa B/GPa R2 Eo/GPa 900 3200 0.2062 3.9497 2.4816 7.0252 0.0693 4.192 空气材料采用NUL材料模型表达，其压力采 距为1m,4、5和6点在岩层中，其中4和6点位于 用线性多项式状态方程描述： 煤/岩交界点.岩层中两点之间距离1.5m,位于煤 P=Co +Cu+Cau2+Cu+(Ca+Csu+Cou2)E. 层的6、7和8点之间的距离为0.75m.各分层中的 式中：p为爆轰压力；E为单位体积内能；u=1/W- 点平均分布. 1,V为相对体积. 2.2计算结果 空气密度p=1.2929kgm-3,E=2.533×10J· 根据上述建模，输入相关参数后进行计算，得到 m3,Co=C,=C2=C3=C6=0,C4=C=0.4. 煤岩复合介质爆破后的有效应力动态变化过程，其 建模时煤岩力学参数的获取全部来自现场实 典型时刻三维时程云图如图4所示（云图中有效应 测，参数值如表2所示 力单位为Pa,t,~t,为炸药起爆后不同时间) 表2现场煤岩力学参数表 2.3爆破孔轴线方向不同介质的破坏范围 Table 2 Mechanical parameters in coal-rock media from the mine 扇形深孔爆破设计的一个难题是确定炮孔与相 密度/ 杨氏 屈服 切线 试样 邻抽放孔孔口距和孔底距的临界值，以保证爆破时 (kg°m3)模量/CPa 泊松比 强度/MPa模量/MPa 孔口不被击穿，孔底有爆破效果 煤 1420.0 7 0.40 5.5 0.54 为利用DYNA计算其临界破坏值，本文在程序 岩 2.6 96 0.24 35.0 5.40 K文件(DYNA求解器通过K文件将节点、单元类 型、材料性质和荷载信息等读入计算机进行计算) 2计算分析 设置单元体破坏准则进行数值模拟，即当单元所受 2.1计算节点选取 应力超出设定破坏强度上限后，该单元被删除.图5 为比较不同介质中爆破作用效果，将抽放孔沿 是经计算得到的爆破孔沿药包轴线的破坏范围.从 长度方向划为七个部分，1、2、3和4点位于煤层，间 图可知，在距孔口最近的煤层径向破坏范围为1.40 b 图4穿层深孔爆破三维有效应力云图.(a)t1=1.0ms:(b)2=1.5ms:(c)=2.0ms:(d)4=3.0ms Fig.4 Three-dimensional contours of effective stress induced by the through strata deep-hole blasting:(a)t =1.0ms:(b)=1.5 ms:(c)t= 2.0ms:(d)t4=3.0ms北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 炸药采用 LS--DYNA 的高能材料模型( MAT_ HIGH_EXPLOSIVE_BURN) 模拟炸药的爆轰过程， 程序采用 JWL ［13］方程作为炸药状态方程． 利用此 方程进行计算前，需已知公式中与材料性质相关的 五个常数，即 A、B、R1、R2和 ω． 它在计算时利用拟 合方法获得: 利用“K 方程计算 P、M 程序”得到中间 参数 M，再求得 P--M 数值列，带入拟合软件得到 A、 B、R1、R2和 ω 五个参数． 表1 是拟合计算的参数值． 表中炸药密度 P、爆速 D 以及与爆热成正比的一个常量 E0由实测而得． 表 1 炸药参数及计算参数表 Table 1 Parameters of the explosive and numerical simulation 密度，P /( kg·m － 3 ) 爆速，D/( m·s － 1 ) A /GPa B/GPa R1 R2 ω E0 / GPa 900 3 200 0. 206 2 3. 949 7 2. 481 6 7. 025 2 0. 069 3 4. 192 空气材料采用 NULL 材料模型表达，其压力采 用线性多项式状态方程描述: p = C0 + C1 u + C2 u2 + C3 u3 + ( C4 + C5 u + C6 u2 ) E． 式中: p 为爆轰压力; E 为单位体积内能; u = 1 /V － 1，V 为相对体积． 空气密度 ρ = 1. 2929 kg·m － 3 ，E = 2. 533 × 105 J· m － 3 ，C0 = C1 = C2 = C3 = C6 = 0，C4 = C5 = 0. 4． 建模时煤岩力学参数的获取全部来自现场实 图 4 穿层深孔爆破三维有效应力云图． ( a) t1 = 1. 0 ms; ( b) t2 = 1. 5 ms; ( c) t3 = 2. 0 ms; ( d) t4 = 3. 0 ms Fig． 4 Three-dimensional contours of effective stress induced by the through strata deep-hole blasting: ( a) t1 = 1. 0 ms; ( b) t2 = 1. 5 ms; ( c) t3 = 2. 0 ms; ( d) t4 = 3. 0 ms 测，参数值如表 2 所示． 表 2 现场煤岩力学参数表 Table 2 Mechanical parameters in coal-rock media from the mine 试样 密度/ ( kg·m － 3 ) 杨氏 模量/GPa 泊松比 屈服 强度/MPa 切线 模量/MPa 煤 1 420. 0 7 0. 40 5. 5 0. 54 岩 2. 6 96 0. 24 35. 0 5. 40 2 计算分析 2. 1 计算节点选取 为比较不同介质中爆破作用效果，将抽放孔沿 长度方向划为七个部分，1、2、3 和 4 点位于煤层，间 距为 1 m，4、5 和 6 点在岩层中，其中 4 和 6 点位于 煤/岩交界点． 岩层中两点之间距离 1. 5 m，位于煤 层的 6、7 和 8 点之间的距离为 0. 75 m． 各分层中的 点平均分布． 2. 2 计算结果 根据上述建模，输入相关参数后进行计算，得到 煤岩复合介质爆破后的有效应力动态变化过程，其 典型时刻三维时程云图如图 4 所示( 云图中有效应 力单位为 Pa，t1 ～ t4为炸药起爆后不同时间) ． 2. 3 爆破孔轴线方向不同介质的破坏范围 扇形深孔爆破设计的一个难题是确定炮孔与相 邻抽放孔孔口距和孔底距的临界值，以保证爆破时 孔口不被击穿，孔底有爆破效果． 为利用 DYNA 计算其临界破坏值，本文在程序 K 文件( DYNA 求解器通过 K 文件将节点、单元类 型、材料性质和荷载信息等读入计算机进行计算) 设置单元体破坏准则进行数值模拟，即当单元所受 应力超出设定破坏强度上限后，该单元被删除． 图 5 是经计算得到的爆破孔沿药包轴线的破坏范围． 从 图可知，在距孔口最近的煤层径向破坏范围为 1. 40 ·616·