冻结立井爆破冻结壁成形控制与井壁减振研究

控制爆破动载荷对冻结管、冻结壁及井壁的扰动和破坏是冻结井筒施工的重要环节。以万福矿井筒掘进工程为依托,采用周边眼普通光面爆破、半圈切缝药包和整圈切缝药包3种形式,运用多重分形理论,提取了3种条件下冻结壁成形图像多重分形谱特征参数;利用频率切片小波实现了3方案下不同频带信号重构;通过小波包算法对井壁爆破振动进行了监测分析,获取了相应信号频带能量分布。结果表明:多重分形谱可用来客观评价切缝药包对冻结壁的护壁作用;井壁振动信号主频较地面爆破振动高,通常在150 Hz左右;随着频率的升高,井壁振动信号振幅和能量都不断降低;在低频段(0~250 Hz),相对于周边眼普通光面爆破,半圈切缝药包能量降低了41.54%,整圈切缝药包能量降低了52.42%,切缝药包在低频段具有显著的"吸能"作用;在中频段(300~500 Hz),由于半圈切缝药包装药能量释放不均衡及井筒结构体非严格对称导致频带能量出现了"选择放大"效应;在高频段(700~900 Hz),能量沿高程"区域集中"现象说明切缝药包的减振效果更多地体现在爆破近区。验证了切缝药包的减振和对冻结壁的护壁作用。     

爆炸载荷作用下相向裂纹扩展行为的实验研究

采用数字激光动态焦散线实验系统,研究爆炸载荷作用下两相向扩展裂纹的动态特征及其相互作用关系。结果表明:相向运动裂纹的扩展过程分为3个阶段:独立扩展、相互排斥、相互吸引,最终形成彼此勾连的形态,在实验范围内不受两裂纹初始竖向距离的影响而改变;裂纹在扩展过程中发生相互作用时其扩展速度发生突跃,此时两裂纹尖端的水平距离随裂纹初始竖向间距的增大而减小;随着两裂纹初始竖向间距的改变,两裂纹开始相互作用时其裂尖距都在56~70 mm之间;两裂纹竖向偏移距离最大位置对应于裂纹尖端水平距离为0的时刻,两相向运动裂纹初始间距越大,裂尖在竖向方向的偏移距离越小。     

爆炸应力波作用下空孔周围裂纹群的扩展规律

为探究爆炸载荷下空孔应力集中区裂纹群扩展规律,采用爆炸加载透射式焦散线系统,研究单炮孔作用下空孔周围预制裂纹扩展的动态行为。研究结果表明:在空孔与炮孔连线方向上,空孔迎爆侧、背爆侧预制裂纹起裂并扩展,其余方向预制裂纹没有扩展,背爆侧裂纹扩展长度大于迎爆侧裂纹扩展长度;迎爆侧、背爆侧裂纹不会同时起裂,两者起裂时间差为40μs左右,迎爆侧裂纹在扩展阶段的速度和应力强度因子峰值大于背爆侧裂纹相应值;空孔对于爆生裂纹的导向作用随炮孔与空孔距离L的增大越来越不明显,迎爆侧、背爆侧裂纹扩展速度、应力强度因子值随着L的增大而减小。     

铁矿巷道周边定向断裂爆破机理及现场试验研究

为研究切缝药包定向断裂爆破技术在硬岩巷道的适用性,分别通过双孔普通药包和双孔切缝药包数值模拟,铁矿巷道现场试验进行对比,并利用多重分形谱参数对现场试验结果进行定量化评价。试验结果表明,切缝药包能量分配更合理,聚能效果明显,有利于裂纹贯通。现场对比试验中,切缝药包效果优于普通药包,半眼痕率达80%以上。普通药包周边爆破爆后围岩多重分形谱的开口宽度△α、维差△f分别为0.222和0.123,切缝药包周边爆破爆后围岩多重分形谱的开口宽度△α和维差△f分别为0.057和0.016,多重分形谱非对称指数I_(AS)的绝对值分别为0.774和0.122。研究结果表明:切缝药包周边爆破定向断裂效果明显,围岩表面更为光滑平坦,此定向断裂技术同样适用于铁矿巷道等硬岩巷道。     

基于HHT方法的煤矿深立井掘进爆破振动信号分析

爆破振动信号分析是爆破参数确定的重要依据。以潞安古城煤矿桃园进风井掘进工程为背景,对立井掘进施工过程中井壁振动信号进行了HHT分析。对爆破信号进行EMD分解,得到信号的各IMF分量,对主分量信号进行Hilbert变换并求取包络线,准确识别出立井爆破雷管实际微差间隔时间并获得信号的Hilbert时频谱。分析表明:HHT方法自适应性强,适合于对立井爆破信号进行精细化特征提取。     

圆孔缺陷对爆生裂纹扩展行为影响的试验研究

采用数字激光动态焦散线实验系统,研究爆炸荷载作用下空孔缺陷对裂纹扩展行为的作用关系,以及裂纹扩展行为的规律。结果表明:在爆炸载荷作用下,空孔缺陷能够促使预制裂纹起裂并扩展,且空孔对爆生裂纹扩展方向有明显的导向作用;当爆生裂纹向空孔扩展时,空孔对爆生裂纹扩展行为有促进作用,使爆生裂纹与空孔贯通时速度和应力强度因子值增大;次生裂纹扩展速度和裂尖动态应力强度因子值都小于爆生裂纹相应值,且次生裂纹扩展初始阶段速度最大,裂纹的起裂韧度在0.8~1.1 MN/m~(3/2);随着空孔直径的增大,次生裂纹扩展长度先增大后减小,说明存在一个最优的空孔尺寸,使次生裂纹扩展距离最大,对裂纹扩展的促进作用最为显著。     

单一试件确定岩石动态抗压强度的方法EI北大核心CSCD

通过从破裂形态、能量吸收和力学参数这三个方面对岩石在中、低应变率下的动态破坏机理的分析,提出了一种快速计算岩石动态抗压强度的方法。采用拟静力法结合虚功原理建立关系式,认为外力对岩石所作的功超过了岩石发生的内部能量损耗,岩石无法承受该外荷载而发生破坏。因此动态抗压强度σ_(cd)等于静态抗压强度σ_c与应变率效应导致的强度提高值之和。最后将动态抗压强度计算值与已有文献的实验解进行对比,吻合度良好。     

单一试件确定岩石动态抗压强度的方法

通过从破裂形态、能量吸收和力学参数这三个方面对岩石在中、低应变率下的动态破坏机理的分析,提出了一种快速计算岩石动态抗压强度的方法。采用拟静力法结合虚功原理建立关系式,认为外力对岩石所作的功超过了岩石发生的内部能量损耗,岩石无法承受该外荷载而发生破坏。因此动态抗压强度σ_(cd)等于静态抗压强度σ_c与应变率效应导致的强度提高值之和。最后将动态抗压强度计算值与已有文献的实验解进行对比,吻合度良好。     

起爆方式对爆破损伤影响的数值分析

为了研究不同起爆方式下柱状药包的爆破效果,采用有限元软件,对不同起爆方式下爆轰波的传播、叠加和损伤演化进行了分析,得出结论 :沿着爆轰波传播方向,炮孔围岩会形成高压力区,有利于岩石破碎;正向起爆时的孔口损伤区大于反向起爆,有利于孔口的破碎,但是底部损伤区较小,不利于消除"根底";反向起爆炮孔底部损伤区域大于正向起爆,有利于炮孔底部岩石破碎,能较好地消除"根底"现象。     

爆炸载荷作用下空孔应力集中区的特性分析

采用数字激光动态焦散线测试系统和超动态应变测试系统,研究爆炸载荷作用下空孔周围裂纹扩展规律和应力集中区的应力特征。结果表明:在爆炸应力波作用下,空孔周围水平和垂直方向上都出现焦散斑,但只有水平方向上预制裂纹起裂,垂直方向上裂纹没有起裂;空孔周围裂纹1起裂早于裂纹2,裂纹2的扩展速度和应力强度因子值大于裂纹1相应值;从应变曲线上可以看出在炮孔与空孔连线上,靠近炮孔一侧为拉应力集中,远离炮孔一侧为压应力集中。