[發(fā)明專利]一種運(yùn)移式炮孔堵塞結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010234927.7
• 申請日: 2020-03-30
• 公開（公告）號: CN111207642B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳明;葉志偉;盧文波;嚴(yán)鵬;王高輝
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號: F42D1/18
• 分類號: F42D1/18
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 李煒

1.一種運(yùn)移式炮孔堵塞結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、基于爆破設(shè)計，確定爆破參數(shù)；

S2、對炮孔堵塞結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析，計算爆生氣體膨脹壓力、炮孔壁與堵塞結(jié)構(gòu)滑動摩擦力和堵塞結(jié)構(gòu)重力；

所述炮孔壁與堵塞結(jié)構(gòu)滑動摩擦力由微觀波動與宏觀運(yùn)動兩部分組成：

微觀波動部分是炮孔堵塞結(jié)構(gòu)側(cè)向受限，軸向受壓致密進(jìn)而當(dāng)其具有滑動趨勢時產(chǎn)生摩擦力，可近似按照滑動摩擦力計算；

宏觀運(yùn)動階段炮孔壁與堵塞結(jié)構(gòu)滑動摩擦力包含兩部分，一部分是在微觀波動階段，炮孔堵塞結(jié)構(gòu)被壓縮致密，在側(cè)限條件下對炮孔壁產(chǎn)生擠壓壓力，進(jìn)而在滑動時產(chǎn)生滑動摩擦力；另一部分也是炮孔堵塞結(jié)構(gòu)側(cè)向受限，軸向受壓進(jìn)而當(dāng)其與孔壁存在相對運(yùn)動時產(chǎn)生滑動摩擦力；

所述炮孔壁與堵塞結(jié)構(gòu)滑動摩擦力微觀波動部分按式(2)計算，

P′_f＝p_m·λf·2πrl (2)

式中：p_m為爆炸沖擊波壓力，λ為側(cè)壓力系數(shù)，f為堵塞結(jié)構(gòu)與炮孔壁之間的滑動摩擦系數(shù)，l為堵塞段長度，r為炮孔半徑；

所述炮孔壁與堵塞結(jié)構(gòu)滑動摩擦力宏觀運(yùn)動部分由式(3)和式(4)加和計算：

式中：E_s為壓縮模量，ε為軸向應(yīng)變，λ為側(cè)壓力系數(shù)，f為堵塞結(jié)構(gòu)與炮孔壁之間的滑動摩擦系數(shù)，l為堵塞段長度，r為炮孔半徑；

式中：A、B為待定系數(shù)，根據(jù)初始膨脹壓力、最終膨脹壓力、爆生氣體有效作用時間確定，t為時間，λ為側(cè)壓力系數(shù)；f為堵塞結(jié)構(gòu)與炮孔壁之間的滑動摩擦系數(shù)，l為堵塞段長度，r為炮孔半徑；

S3、確定炮孔堵塞結(jié)構(gòu)運(yùn)動規(guī)律的解算方法；

所述炮孔堵塞結(jié)構(gòu)運(yùn)動規(guī)律解算方法包括以下步驟：

(a)利用動量定理計算波動階段炮孔堵塞結(jié)構(gòu)運(yùn)動規(guī)律；

計算公式為式(5)，

I_p-I_f-G_f＝M_sv₀ (5)

式中：I_p-爆生氣體壓力產(chǎn)生的沖量，I_p＝P₀T₀，P₀為巖屑堵塞體運(yùn)動前炮孔內(nèi)爆生氣體平均壓力，T₀-微觀波動階段持續(xù)時間；I_f-摩擦阻力產(chǎn)生的沖量，I_f＝F_fT₀，F(xiàn)_f為沿全長方向，巖屑堵塞體與炮孔壁之間的摩擦阻力；G_f-堵塞體重力沖量；M_s-堵塞結(jié)構(gòu)質(zhì)量；v₀-微觀運(yùn)動階段末速度；

(b)利用牛頓第二定律計算宏觀運(yùn)動階段炮孔堵塞結(jié)構(gòu)運(yùn)動規(guī)律：將整個炮孔堵塞結(jié)構(gòu)離散成微小空間段；同時將解算時域離散成微小時間段，在每個時段中先求解頂部第一個微小空間段堵塞結(jié)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律，然后求解其余各微小空間段堵塞結(jié)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律；各微小空間段之間作用的內(nèi)力應(yīng)用牛頓第三定律求解；

其中，各微小空間段之間不存在相對運(yùn)動，即各微小空間段運(yùn)動規(guī)律保持相同，并將此作為各微小段之間加速度的銜接關(guān)系，分時分段解算炮孔堵塞結(jié)構(gòu)運(yùn)動規(guī)律；

宏觀運(yùn)動階段頂部第一個微小空間段堵塞結(jié)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律計算公式為式(6)，

式中：p_x1-第一微小空間段堵塞結(jié)構(gòu)軸向壓力；p_f1-第一微小空間段堵塞結(jié)構(gòu)與炮孔壁之間的滑動摩擦阻力；G₁-第一微小空間段重力；m₁-第一微小空間段堵塞結(jié)構(gòu)質(zhì)量；-第一微小空間段堵塞結(jié)構(gòu)加速度；

其余各微小空間段堵塞結(jié)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律計算公式為式(7)，

式中：p_xi-第i微小空間段堵塞結(jié)構(gòu)軸向壓力，p′_xi-1-第i-1個微小空間段施加到第i個微小空間段的軸向應(yīng)力；

S4、基于炮孔堵塞結(jié)構(gòu)“運(yùn)移式”設(shè)計原則，確定爆破過程中炮孔堵塞結(jié)構(gòu)底部運(yùn)動距離的范圍；炮孔堵塞結(jié)構(gòu)“運(yùn)移式”設(shè)計原則為在爆生氣體壓力泄壓之前，允許炮孔堵塞結(jié)構(gòu)運(yùn)動一定距離但并未沖出炮孔，炮孔堵塞結(jié)構(gòu)底部運(yùn)動位移為炮孔堵塞結(jié)構(gòu)有效長度的1/2～2/3；

S5、利用試算法，確定炮孔堵塞結(jié)構(gòu)最優(yōu)堵塞長度的范圍；

試算法包含以下步驟：

步驟1、按照經(jīng)驗公式法確定炮孔堵塞范圍，并在此范圍內(nèi)每間隔0.05m～0.2m確定各分級堵塞長度，先取范圍內(nèi)的最小值作為堵塞長度進(jìn)行試算；

步驟2、求解炮孔堵塞結(jié)構(gòu)底部經(jīng)微觀波動與宏觀運(yùn)動兩個階段炮孔堵塞結(jié)構(gòu)底部運(yùn)動位移；

步驟3、判斷該位移是否滿足“運(yùn)移式”設(shè)計原則，若不滿足，則選取步驟1中大一級的堵塞長度并重復(fù)步驟2～步驟3進(jìn)行計算；若滿足，則本級堵塞長度為最優(yōu)堵塞度其中一個取值，并選取步驟1中大一級的堵塞長度并重復(fù)步驟2～步驟3進(jìn)行計算，直至步驟1確定的各級堵塞長度均試算完畢；

步驟4、根據(jù)步驟3標(biāo)識的最優(yōu)堵塞長度取值，確定最優(yōu)堵塞長度的取值范圍。