鄂尔多斯纳林庙二号井621-02浅埋工作面采用“直线”布置炮孔预裂爆破后，基本顶初次断裂时，产生的巨大冲击波将2 000 m外风门吹弯，工作面片帮严重，30－90号支架安全阀开启，且局部出现漏液现象。基于对顶板预裂爆破机理和炮孔布置的分形几何理论分析，中国矿业大学(北京)左建平教授研究团队提出了“三角形”布置炮孔预裂爆破的改进方案，并利用有限元非线性动力学软件LS-DYNA对“直线”布置炮孔和“三角形”布置炮孔两种爆破方案的Mises应力演化规律进行数值模拟对比分析。以下4幅图为2种爆破方案顶板剖面的Mises应力演化规律。时间分别为爆破后3.0 、5.0 、7.4 、8.1 ms两种方案剖面Mises应力。
研究人员利用不同炮孔布置方式的分形维数表达式，计算出“三角形”布置炮孔的分形维数为1.15，“直线”布置炮孔的分形维数为1.0。据此提出了“三角形”布置炮孔预裂爆破的改进方案。
非线性动力学软件LS-DYNA模拟结果表明2种爆破方案在顶板自由面处都产生了应力回弹现象，但改进方案反射应力波的做功效果要好得多，应力波的衰减更慢，有利于岩体中裂纹的扩展，使爆炸产生的能量更充分地去破碎岩石。
研究人员发现原方案爆破后整个破碎区近似连成一条直线，而改进方案爆破后的破碎区成锯齿状，岩体中裂纹分叉的机会更多。从分形和岩石爆破分形损伤模型来看，改进方案爆破后岩石的分形维数要大于炮孔直线布置，从而使得爆破效果更好。该项研究成果发表于《煤炭科学技术》2016年第6期。
这项研究得到了国家自然科学基金和霍英东教育基金会的经费支持。
文章来源：左建平，孙运江，姜广辉，等.浅埋工作面顶板预裂分形爆破力学与模拟分析[J].煤炭科学技术，2016,44（6）：33-38.
作者简介：左建平(1978—)，男，江西高安人，教授，博士生导师，博士。E-mail：zjp@cumtb.edu.cn
