切缝药包爆破岩石爆生裂纹断面的SEM试验

利用电镜扫描(SEM)切缝药包爆破大理岩爆生裂纹断面形貌,从微观角度探究动载下岩石的定向断裂机理。通过对主裂纹和次裂纹断面上不同区域的观测,发现了河流状、台阶状、根状、鱼骨状、"雾区"状等典型断面形貌,定性的解释了爆炸荷载作用下典型断面形貌的形成机理。研究表明,爆炸荷载作用下,大理岩的微观破坏机制分为拉伸破坏和剪切破坏,爆炸近区多为拉伸破坏,中区、远区有剪切破坏出现;大理岩微观断裂机制是以脆性断裂为主,爆炸近区形成张拉脆性破坏区,远区有较少的塑性破坏;非切缝方向的沿晶断裂较多。     

爆破对邻近巷道背爆侧倾斜裂纹影响实验研究

基于常被忽略的爆炸荷载对邻近巷道背爆侧围岩缺陷的扰动问题,采用爆炸加载数字激光动态焦散线试验系统,探究了爆炸荷载作用下邻近巷道背爆侧不同倾角裂纹缺陷的扩展规律。试验结果表明:爆炸荷载作用下,直墙拱形巷道背爆侧倾角θ=30o(逆时针方向为正)的预制裂纹最终扩展位移最大,之后随着倾角增大或者减小,裂纹扩展位移均逐渐减小;弧形断面对应力波的削弱作用小于矩形断面,这导致斜向上预制裂纹扩展位移为关于水平方向对称的斜向下裂纹的2~3倍;能量释放率对裂纹的扩展具有驱动效应,且其随时间基本呈现先振荡增加达到峰值,然后振荡减小为零的规律,但这种振荡幅度随裂纹最终扩展位移的减小而变小。上述的研究为邻近巷道背爆侧经济安全合理的支护提供了理论依据。     

层状复合岩体冲击动力学特性试验研究

为探究岩石工程中较为常见的层状复合岩体的动态力学性能,采用波阻抗差别较大的红砂岩和灰砂岩"拼接"成层状复合岩体试样,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,分别对灰砂岩靠近入射杆和红砂岩靠近入射杆2种情况进行不同冲击速度下的冲击压缩试验,对比研究应力波由硬入软和由软如硬2种情况下复合岩体应力波传播特征、动态应力–应变关系以及能量耗散规律。理论分析复合岩体的受力特征和强度条件,同时结合超高速数字图像相关(DIC)试验系统对复合岩体的破坏特征进行研究。研究结果表明:(1)复合岩体的动态力学特性及能量耗散规律均具有明显的应变率效应。(2)相同冲击速度下,受波阻抗匹配关系影响,应力波由硬入软和由软入硬时复合岩体动力学特性差异性明显。但是随着冲击速度的增大,两者之间的差异逐渐减小,趋于一致。(3)复合岩体两部分岩石破坏程度和破坏形式明显不同。波阻抗小的红砂岩破坏程度较波阻抗大的灰砂岩更为剧烈。红砂岩以剪切破坏为主,且交界层面处红砂岩后于其他区域红砂岩发生破坏;灰砂岩以张拉破坏为主,高速下产生局部剪切破坏,且交界层面处灰砂岩先于其他区域灰砂岩发生破坏。     

许厂煤矿岩巷快速掘进试验研究

目前,岩石巷道掘进水平普遍偏低,严重影响了煤矿接续生产。针对制约许厂煤矿快速掘进的主要因素,根据现有装备和人员条件,改变原有“两掘一喷”作业方式为“三掘三喷”,同时对原有爆破参数进行优化并加强劳动组织管理,最终达到提高月进尺的目的。     

含夹矸层半煤岩巷现场爆破试验研究

运用爆破理论，从炮眼孔径、掏槽眼布置方式、起爆时差等方面入手进行了多次现场试验研究，针对全断面含夹矸半煤岩巷的复杂岩层，提出了实现中深孔全断面一次爆破的施工方案，提高了施工速度与质量，创造了较好的经济效益。     

切缝药包爆破定向裂纹与张开节理相互作用的实验研究

为了探究切缝药包爆破定向裂纹与张开节理的相互作用过程,采用动态焦散线方法,结合高速摄影技术,开展了爆破模型实验研究。研究结果表明,张开节理对切缝药包爆破定向裂纹的扩展有阻滞作用,定向裂纹不会穿过张开节理继续扩展,而是在经过与节理相互作用后在节理端部产生两条翼裂纹。当定向裂纹垂直入射时,节理两端的受力状态基本相同,两条翼裂纹的起裂和扩展行为基本一致,两条翼裂纹的分布状态基本对称。张开节理的几何特征对翼裂纹起裂时的动态应力强度因子有显著影响,一定程度上决定了翼裂纹起裂的难易程度。当定向裂纹倾斜入射时,节理两端的受力状态存在差异,靠近定向裂纹入射点的一端能够获得更多的起裂能量,从而优先起裂和扩展,并形成更长的翼裂纹。      

采场采用聚能管爆破控顶应用研究

针对凡口矿典型难采矿体存在装药结构复杂、操作困难、作业时间长、爆后顶板破碎、松石多、易给生产带来严重的安全隐患等问题,首次采用聚能管对采场顶板进行控制爆破,利用聚能管的定向聚能作用,减少顶板的损伤破坏。试验表明,聚能管能够有效控制顶板的爆破效果,减少松石量、钻孔数量及装药量,炸药的利用效率可提高至少30%,超欠挖小于50mm,炮孔痕率大于89%,炮孔数减少20%。同时,该技术也是首次应用于采场控顶爆破,丰富了爆破理论。     

高应变率下红砂岩"冻伤效应"

对低温冻结红砂岩进行动态冲击实验,研究高应变率下红砂岩动态力学特性的温度效应,运用损伤理论和能量理论,分析不同负温对红砂岩强度、损伤变量及能量耗散的影响,结合断口形貌分析,探究红砂岩在较低负温下动态力学强度出现劣化的原因.研究表明:较低的负温(-30℃后)会使红砂岩出现"冻伤",导致高应变率下岩石动态力学强度的急剧降低,宏观上则容易出现动力扰动下的瞬时工程灾变.根据断口形貌分析,较低的负温会导致红砂岩内部组成物质间界面处生成大量裂纹,这些裂纹尖端塑性变形能力差,在高应变率加载下极易失稳扩展发生低应力脆性破坏,而胶结物由于组成矿物成分复杂更易受负温影响,因此在动荷载和负温双重作用下往往是胶结物处先产生破坏,进而引起红砂岩整体的破裂.      

矿山立井井筒与表土之间的剪切力分析

揭示矿山立井井筒与周围表土之间剪切力的分布规律，为正确的立井井筒力学模型建立奠定理论基础。分析弹性剪切力和塑性剪切力的形成及特征，剖析以往解析分析中存在的问题。在此基础之上，利用莫尔-库仑强度理论、点的应力状态理论和桩土相互作用理论中的剪切位移法对弹性剪切力和塑性剪切力进行极为细致的分析，并最终获得反映两种剪应力随表土深度变化规律的解析解。研究结果对正确的分析立井井筒的应力分布规律、井壁危险点处的应力变化规律及立井井壁变形、破裂预测理论的建立具有重要作用，对桩土之间剪切力的研究也具有一定参考价值。