岩石剪切破坏过程的能量耗散和释放研究

地下工程的特殊地质环境和岩石自身的构造(存在微裂隙)决定了岩石的破坏主要以压剪破坏为主.而地下硐室的破坏如岩爆等也以剪切型破坏为主.剪切型裂纹与张性裂纹的不同使得岩石破坏时释放出较大的能量.岩石破坏过程中自身力学参数的弱化,使得应力应变关系并不能准确反映岩石变形破坏的本质.因此,以能量的耗散和释放原理,分析了岩石变形破坏过程中的能量变化,并以单轴压剪破坏为例研究了岩石破坏过程的各种能量的传递、转化关系,计算了压剪破坏后岩石释放的各种能量所占总变形能的比例,对认识硐室围岩应力重分布后积聚的可释放变形能的能量分配,硐室发生岩爆时动能大小及岩爆的量级,具有一定指导意义.     

不同应力环境下巷道开挖卸荷岩爆模拟实验研究

采用Plaxis 3D数值模拟软件,以应力环境对巷道岩爆的影响问题为切入点,从位移云图、应力应变曲线和塑性点分布等方面开展不同应力对巷道岩爆问题的研究工作,为巷道岩爆预防及治理提供研究基础。研究结果表明,巷道开挖卸荷过程中,圆形巷道左右两侧同时出现了应力集中和位移集中,此部位最易发生岩爆。开挖过程中,根据周围岩体距巷道侧壁的厚度的关系,可将开挖操作对周围岩体的影响划分为"开始变大"、"明显增大"、"急剧增加"三个区域。巷道的左右两侧壁会产生高应力集中区和位移集中区,最大应力随着水平应力的增加呈线性增长,巷道发生位移集中区域的面积与水平应力呈指数型正相关关系变化。位移集中区域中心与巷道侧壁的距离是圆形巷道半径的2/5,随着应力的增加,位移集中区域向周围扩张,岩爆的程度及影响范围也随之增大。     

基于动力学机理的施工期岩爆主动防治初探

采用Laplace变换方法得到了静水应力场中爆破开挖时初始地应力动态卸载所诱发的围岩振动,并和爆炸荷载所诱发的围岩振动进行了比较.结果表明,初始地应力动态卸载扰动是整个开挖扰动的重要组成部分,在一定的地应力水平下甚至有可能超过爆破扰动成为开挖扰动的主要成分.基于此,提出了以优化钻爆网络和起爆顺序为核心的爆破开挖扰动控制方法,该方法可以同时减小爆炸荷载引起的扰动和地应力高速卸载所引起的振动,可从一定程度上实现对岩爆的主动控制.二滩水电站和瀑布沟水电站地下厂房的开挖实例证明了此方法的有效性和实用性.     

基于可释放应变能的岩石扩容准则

针对当前扩容准则计算精度不高,且难以反映震源释放应变能对岩体扩容影响的问题,基于能量转化是物质物理过程的本质属性,通过理论分析和试验研究,从弹性应变能的角度对已有扩容准则进行了研究,并据此建立了广义扩容准则。结果表明,已有扩容准则将泊松比等于0.5看作是任意应力状态下材料扩容的前提;已有线性扩容准则未考虑中间主应力对扩容影响,且扩容应力随围压线性增加。在对扩容准则分析的基础上,从能量角度提出弹性应变能达到某一临界值时材料开始扩容,并据此建立广义扩容准则;该准则突破了材料扩容时泊松比恒为0.5的传统假设,且能反映中间主应力、弹性模量、泊松比及未知可释放应变能(或震源释放应变能等)等对岩体扩容的影响;当泊松比等于0.5时,该准则蜕化为既有扩容准则;应力水平相同时,泊松比越小,广义扩容准则计算的扩容应力越小;随中间主应力增加,广义扩容准则计算的扩容应力可能会降低。广义扩容准则为地震预报提供了理论支撑,既可计算受震源释放应变能影响的岩体是否扩容,又可计算发生扩容的岩体吸收应变能大小。三轴拉伸与三轴压缩条件下岩石扩容应力的计算表明,广义扩容准则可描述岩石的扩容特性,并分析了产生上述结果的内在机理。广义扩容准则对岩石扩容、地震预报、深部矿产资源的开采及地下工程的稳定性均具有重要意义。     

考虑不同开挖方式的基坑工程数值分析

深基坑开挖对于地表沉降、基底隆起、挡墙位移有着重要的影响,是基坑工程中的重要课题.采用Mohr-Coulomb弹塑性模型,运用有限元方法计算模拟了内撑式和悬臂式围护结构基坑的开挖,研究不同的开挖方式引起的变形规律,经过对比分析得出较为合理的开挖方式,对基坑工程施工具有积极的指导意义.     

深部巷道开挖加卸荷诱发围岩失稳的模拟研究

为研究深部巷道开挖引起的加卸荷现象及其诱发的围岩失稳,以埋深为1 275m的云南某矿山8#矿体1261中段沿脉巷道为背景,采用FLAC3D软件对巷道的应力场、位移场和塑性破坏区的演化规律进行模拟分析,探究开挖引起的加卸荷情况及其对巷道围岩稳定性的影响。结果表明:开挖结束后,巷道围岩应力重新调整,其帮部、斜底脚以及斜拱顶处加卸荷现象明显;随着开挖的进行,巷道斜底脚处围岩应力逐渐增加,而其余位置的围岩应力逐渐减少。8#矿体有着中等至强烈岩爆倾向,主要危险区域为巷道折角处;巷道围岩位移量:拱顶帮部底板斜拱肩拱肩斜底脚。     

不同开挖方式地下硐室压力拱的演变机理研究

对不同开挖方式地下工程压力拱的发展演变过程进行了分析。分析结果表明,随着开挖的进行,地下工程拱顶部压力拱内边距变化不大而压力拱的厚度在增加;地下硐室两帮、底板中部压力拱内边距较大;核心土对硐室拱脚处压力拱的内边距有较大影响;分步开挖可使压力拱内边距减小而对压力拱厚度影响较小,即可使压力拱向硐室边沿移近。     

井工露天同期采动下边坡岩体变形机制的模拟试验研究

在井工露天同期开采条件下，且露天边坡位于井工采动影响范围内，边坡岩体的变形与破坏，受两种开采的共同影响，因而岩体的变形与破坏机制不同于单一露天开采条件下的边坡变形。笔者就此问题进行了底面模型摩擦试验研究，为矿山边坡变形分析和采矿设计提供理论基础和科学依据。     

二氧化碳/甲烷/氮气条件下煤样的初始释放瓦斯膨胀能研究

对同一个煤样分别充入不同压力的二氧化碳/甲烷/氮气进行初始释放瓦斯膨胀能测定试验,研究二氧化碳/甲烷/氮气条件下煤样的初始释放瓦斯膨胀能与瓦斯压力的关系,并分析二氧化碳/甲烷/氮气条件下的煤层突出危险性。结果表明:对于同种气体,煤样的初始释放瓦斯膨胀能与吸附平衡压力均成正相关关系,吸附平衡压力越大,煤样的初始释放瓦斯膨胀能越大,煤层突出危险性越大;对于不同气体,在吸附平衡压力相等的情况下,充二氧化碳的煤样具有较大的初始释放瓦斯膨胀能,突出危险性较大,充甲烷的次之,充氮气的最小。这一结论可以为解释煤矿现场突出和实验室突出模拟过程中的一些现象提供重要的依据。     

聚能光面爆破技术在煤矿岩巷施工中的应用

随着煤炭行业的快速发展,对于矿井建设也进入了新的阶段。聚能爆破是利用一定的装药结构设计出特定的药包对爆破对象进行作用的一种爆破方法。该方法具有能量集中方向性强、穿透力大、能量密度高等特点,在实际工程中聚能药包还具有体积小、效果好、作用迅速、减少施工人员、减轻作业人员的劳动强度等优点,在整个岩巷掘进施工过程中,更具有操作简单、对作业环境要求较低等特点,能给整个工程带来可观的经济效益。     

深部大断面岩巷快速掘进技术研究

结合孙村煤矿深部大断面岩巷掘进,解决了液压钻车、侧卸式装岩机配套在岩巷掘进的关键技术问题,提出了适用于深部岩巷掘进全断面多重锚喷支护和中深孔爆破技术,实现了大断面岩巷全断面一次打眼、一次装药、一次起爆、一次支护的一次掘进技术,提高了深部岩巷工程质量,掘进速度提高30％以上。     

煤矿岩巷掘进爆破掏槽孔超深问题探讨

掏槽技术是影响煤矿岩巷钻爆法掘进效率的关键,为了探讨掏槽孔超深深度(掏槽孔与非掏槽孔深度之差)与炮孔利用率之间的关系,采用文献检索法和现场试验开展相关研究,以近40年岩巷爆破掘进实际案例为对象,从时间、岩性、断面大小、炮孔深度、掏槽形式等5个维度对我国煤矿岩巷掘进施工相关文献进行了统计分析研究。研究结果表明:自20世纪80年代以来,岩巷爆破设计的掏槽孔超深深度均设定约为200 mm,炮孔利用率维持在90%左右,5个维度中岩性对炮孔利用率的影响最为显著,并就掏槽孔超深深度为200、300、400和500 mm时进行了现场爆破试验,炮孔利用率较超深深度为200 mm时的89%分别提高到93%、97%和97%,最大提高了8%,试验条件下掏槽孔超深深度的最优为400 mm;掏槽孔超深深度与炮孔利用率具有较强的相关关系,适当加大掏槽孔超深深度能显著提高炮孔利用率,而不同施工条件下掏槽孔超深深度的确定有待研究。     

煤矿岩巷快速掘进技术研究与应用

结合焦家寨煤矿岩巷的快速掘进技术实践,研究了采用液压钻车配套新型侧卸式装岩机的岩巷机械化掘进作业线、中深孔光面爆破和湿式喷浆系统在岩巷掘进中的关键技术.实践表明,这套岩巷综合掘进技术,大大降低了工人劳动强度,减少了巷道超欠挖、降低了材料消耗,改善了作业环境,作业粉尘不到10 mg/m3,掘进尺由原来的60 m/月提高至100 m/月,初步实现了岩巷高效安全掘进.     

深部岩巷钻爆法掘进技术研究及应用

为了提高深部巷道掘进过程中爆破效率、保证掘进速度,提高巷道成型质量,文章以陈四楼煤矿2517胶带运输巷(岩巷段)的掘进为工程背景,分析了影响深部岩巷爆破掘进的因素,并结合具体施工条件,合理设计爆破参数,保证了巷道的循环进尺和周边成形质量,其施工思路与方法可为类似条件下的岩巷掘进提供借鉴和参考。     

煤矿小断面岩巷钻爆法快速掘进技术研究

煤矿中岩巷的掘进速度往往是煤炭开采时间的决定性因素,岩巷的快速掘进是煤矿生产的保证,但是不合理的爆破方案、落后的掘进设备以及繁杂的工程管理往往制约着岩巷的掘进效率。岩巷掘进水平关系到煤矿正常生产接续,针对阳煤集团一矿某高抽巷掘进速度较慢的实际,首先对制约试验巷道掘进进尺水平的因素进行分析,根据分析结果对爆破参数进行了优化设计,尤其是针对掏槽爆破孔的重新设计,最后对爆破效果进行多方位的对比检测。试验结果显示,优化的爆破方案能够有效地提高巷道掘进效率,巷道的单循环进尺、大块率、炮眼利用率等指标明显优于原爆破方案,月进尺也由70 m/月提高到85 m/月,圆满完成并超过矿上给定的指标。     

突出煤层快速掘进深孔预裂爆破预抽瓦斯技术

为了解决在低透气性突出煤层巷道掘进过程中,煤层瓦斯预抽效果差,煤与瓦斯突出指标经常超限,掘进速度缓慢等问题,提出了深孔预裂爆破煤层增透、高抽巷抽放煤层瓦斯与巷帮钻孔边抽边掘相结合的综合技术.研究表明,该技术可有效地消除激发突出的应力和煤体结构的不均匀性,提高煤体强度和煤层透气性,使巷帮钻孔和高抽巷钻孔瓦斯抽放量大幅度提高,能有效预防和消除在掘进过程中煤与瓦斯突出的危险性,从而使巷道掘进速度提高.     

恒源矿深井大断面岩巷快速掘进技术的研究与应用

为了解决恒源煤矿深部大断面岩巷因高地应力以及矿井灾害多等导致的巷道进尺较慢的问题,本文通过对-960m水平东翼轨道大巷原有掘进技术进行分析,得到影响掘进速度的因素为地质条件客观因素和装备人员主观因素,然后通过对新型掘进技术的调研并结合大巷的地质条件,引进了"CMJ2-30液压掘进钻车+ZWY-180/79L型挖掘装载机+ST-8/6B型梭车"机械化作业线,使用了中深孔光面爆破技术并加强了劳动组织管理,炮眼利用率提高到80%左右,日进尺由1.6m提升至2.8m,并在2018年9月～12月期间共进尺354m,平均月进尺88.5m,较大程度地加快了大巷掘进速度,有效缓解了该矿采掘失衡的问题。     

高应力岩层巷道钻孔爆破卸压技术

为了深入研究深部高应力岩层巷道围岩松动爆破卸压技术,针对高应力巷道围岩受采动影响的变形破坏特点,采用FLAC数值模拟软件对深部动压巷道围岩进行了松动爆破卸压模拟,结果表明在松动区域轴向平行于巷道顶板和帮部时,在距巷道顶板和帮部围岩5 m处进行爆破,可以在巷道周围形成一个松动区域,使巷道围岩浅部应力与深部集中高应力隔离开,达到巷道围岩集中应力向深部转移和改善巷道围岩受力状态的目的.通过工程实践,验证了模拟方案的合理性,并使爆破参数得到了优化.     

深立井硬岩深孔钻爆参数的研究与应用

通过岩石坚固性系数f=4～20的深立井井下现场试验,研究了硬岩深孔爆破的空气冲击波、上抛飞石和地震波在井筒内产生的原因及其对尚未达到设计强度的井壁混凝土与井内悬吊设施的严重危害,优化设计了深立井硬岩低抛掷深孔减冲爆破参数．在宣东二矿主井钻爆实践中曾连续4个月创月掘砌成井96．0,14l.0,133．1和110．0m的高水平,井筒基岩段754m,平均掘砌成井速度达108．9m／月,建井速度是煤炭立井工期定额(23．7m／月)的4．6倍．