节理岩体中爆炸应力波传播规律的研究

为了研究爆炸应力波在岩体中的传播过程,建立了基于ABAQUS/EXPLICIT的有限元数值模型,采用ricker子波作为爆炸场源,并将得到的数值结果与现有文献相比较,充分说明了采用ricker子波作为爆炸源模拟爆炸应力波传播问题的可行性。研究结果表明：炸药起爆后,按照时间顺序,岩体中先后呈现3种应力状态,即径向压应力与环向压应力形成的复合压剪应力场、径向拉应力与环向拉应力形成的复合拉剪应力场、径向压应力与环向拉应力形成的复合拉剪应力场。爆炸应力波在节理两端产生的反射波和衍射波与爆炸应力波的相互叠加使节理两端的应力显著增强,并最终促使爆生翼裂纹从节理两端起裂扩展。     

红透山铜矿深部斜坡道围岩发生层裂破坏数值分析

本文围绕红透山矿红透山矿深部-707m水平13#采场斜坡道围岩层裂破坏,通过现场工程地质调查、岩石力学实验、围岩应力分析,对13#采场斜坡道的围岩质量进行分析及岩体力学参数估算;在此基础上,应用FLAC3D分析回采对斜坡道围岩层裂破坏影响,开采矿体围岩在切向应力作用下,岩体微裂纹沿切向应力方向扩展、贯通,形成平行于开挖边界的宏观裂缝;数值分析采动过程斜坡道围岩层裂发生力学机制及其围岩应力场变化规律,数值模拟结果表明,深部斜坡道围岩高应力、采动应力以及爆破震动共同作用造成岩体产生层裂破坏。     

锚索支护前对红透山铜矿深部斜坡道围岩发生层裂破坏数值分析

围绕红透山矿红透山矿深部-707m水平13#采场斜坡道围岩层裂破坏,通过现场工程地质调查、岩石力学实验、围岩应力分析,对13#采场斜坡道的围岩质量进行分析及岩体力学参数估算;在此基础上,应用FLAC3D分析回采对斜坡道围岩层裂破坏影响,开采矿体围岩在切向应力作用下,岩体微裂纹沿切向应力方向扩展、贯通,形成平行于开挖边界的宏观裂缝;数值分析采动过程斜坡道围岩层裂发生力学机制及其围岩应力场变化规律,数值模拟结果表明,深部斜坡道围岩高应力、采动应力以及爆破震动共同作用造成岩体产生层裂破坏。     

二氧化碳相变爆破致裂机理与应用研究进展

煤岩体结构改造是解决煤矿许多技术难题的共性核心科学问题,二氧化碳相变爆破因其安全可控、能量易调节等优点成为煤岩体致裂的有效手段之一。为确定二氧化碳相变爆破致裂机理,扩展相变爆破致裂工程应用,分析了二氧化碳相变爆破原理和致裂器材与装备,统计比较不同方式相变爆破能量计算方式,相较于传统炸药爆破,相变爆破属于一种低能量致裂方式;通过分析二氧化碳相变射流传播特征,探究相变爆破中等应力起裂和高压气体协同作用方式,煤岩体在中等冲击作用下,受到拉应力破坏产生径向初始断裂,并在冲击波和卸载波综合作用下形成多重起裂特征,高压气体在多重裂隙中进一步扩展,驱动裂隙向外扩展,明确了相变爆破应力气体协同致裂过程;进一步研究了泄能方向、煤岩体性质、爆破参数、初始地应力、钻孔布置参数和钻孔切槽特性等因素对相变爆破致裂效果的影响,泄能方向对煤岩体破坏起到直接作用,引发非对称损伤破坏,煤岩体抗压强度和致裂孔间距是影响致裂效果的关键因素,初始地应力、钻孔布置参数和钻孔切槽特性等影响裂纹发育扩展特征;在相变爆破致裂工程应用方面,揭示了相变爆破多重裂隙渗流特征,确定了高瓦斯煤层致裂增透效果,对比了预裂前后煤体截割特征,验证了...     

切槽定向断裂控制爆破的数值模拟研究

针对切槽定向断裂控制爆破进行了ABAQUS数值模拟研究,采用内聚力模型(CZM)成功模拟了爆生主裂纹的起裂和扩展过程。数值模拟结果表明,炸药起爆后,切槽炮孔在20μs时首先在切槽尖端产生损伤,在25μs时产生爆生裂纹,并在130μs时扩展至模型边界;炮孔切槽周围形成了较强的拉伸应力区,拉应力使爆生裂纹沿切槽方向优先起裂扩展,切槽方向的最大主拉应力峰值随时间呈先增大后减小的趋势;而在非切槽方向形成了压应力区,压应力的存在限制了非切槽方向裂纹的张开;切槽方向拉应力区形成的裂纹生长区和非切槽方向压应力区形成的裂纹抑制区的共同作用,使爆生裂纹沿切槽方向起裂、扩展,并最终形成断裂面。     

CO2气爆致裂半径影响因素数值模拟研究

为了提高CO₂相变致裂增透效果,明确不同因素对CO₂致裂半径的影响。本文计算了液态CO₂相变气爆能量的TNT当量转化并采用LS-DYNA软件模拟研究了不同地应力、瓦斯压力、致裂器泄放压力对致裂半径的影响,给出了各个影响因素与致裂半径的关系式。结果表明：随着地应力的增大,有效致裂半径逐渐降低;瓦斯压力的存在使煤体内裂隙呈膨胀张开状态,降低煤岩的有效压缩应力,使得煤层中的原始瓦斯压力对有效致裂半径的扩大有积极的正效应。泄放压力的增大提高了爆生气体射流的冲击速度,增大了气爆冲击波对周围煤岩体的径向压缩效能,增大了气爆应力波能量,3种因素联合作用使得气爆有效致裂半径随致裂器泄放压力的增大而增大。     

深部冻结井壁早期温度应力计算方法研究

为了研究不同时间节点深部冻结井壁早期温度应力变化规律,基于热传导原理与热弹性力学理论,推导了考虑冻结井壁温度演化过程与混凝土弹性模量变化的冻结井筒内壁早期温度应力解析解。以红庆河煤矿一号风井1.7 m厚壁座为例,分析了冻结井筒内壁早期温度应力的分布规律,确定了造成早期温度应力导致井壁裂缝高风险区的主要原因。研究表明:(1)早期径向应力σ_r整体表现为压应力,σ_r最大可达-2.2 MPa,且总体沿冻结壁向井壁内缘方向逐渐减小;在井壁任一位置处,σ_r随着龄期的发展呈现先减小后增大的规律;(2)早期环向应力σ_θ整体表现为压应力,σ_θ最大可达-8.98 MPa,趋向冻结壁时,σ_θ先迅速减小;趋向内壁缘时,σ_θ先增大后减小;(3)早期竖向应力σ_z表现为压应力,σ_z最大可达-19.64 MPa,且整体随着龄期发展呈现先快速增大而后缓慢减小的规律;(4)建议未来进行冻结井壁温度应力理论计算时,应根据工程类比...     

浅埋大跨度隧道预应力锚杆锚固参数及支护设计研究

为明确浅埋大跨度隧道预应力锚杆的锚固参数及支护方案,为主动支护设计提供依据,以青岛地铁6号线华山一路站为例,采用理论分析、数值模拟、现场试验的研究手段,探究不同支护参数下的隧道施工力学特征。研究结果表明:(1)主动支护通过补偿径向应力σ3,降低切向应力σ1,改善了围岩的应力状态,锚杆与围岩形成共同承载体,提高了围岩的弹性模量、黏聚力、内摩擦角等力学性能;(2)锚固段长度越大,剪应力的分布范围呈增大趋势,随着张拉载荷的增加,剪应力峰值由锚固段端部逐渐向尾部转移,锚固长度为锚杆长度的40%～50%时锚固体的安全储备高;(3)锚杆的预应力在0～120 k N增加过程中,围岩的变形量与变形范围呈下降的趋势,拱部塑性区逐渐消失,拱脚与边墙的塑性区分布范围不断降低;随着锚杆的支护密度的提升,围岩的变形与应力均得到了一定程度的控制,但提升效果不显著;(4)从现场监测结果来看,主动支护结构稳定且安全储备高,其中围岩变形量在5.7 mm以内,格栅钢筋应力最高值为48.2 MPa,锚杆轴力由张拉至隧道开挖完成变化率仅为3.5%。     

锚喷支护软岩大巷混凝土喷层受力监测与分析

针对塔然高勒煤矿总回风大巷软弱、淋水、难维护的困难条件,设计了高预应力强力锚喷支护方案,并采用振弦式混凝土应力计对该方案实施于井下后混凝土喷层的受力状态进行了监测.监测结果表明,喷层内部在轴向、径向和切向会产生应力,外部与围岩表面及先喷混凝土层接触会产生接触压力;3个方向的内应力在时间上呈现波动变化并趋向稳定的特点,在空间上呈现拱顶→拱腰→墙腰逐渐增大、墙脚有所降低,左右对称,分布均匀的特点,在大小上以切向应力最大、径向和轴向应力次之,平均应力值分别为0.517,0.043,-0.059 MPa,在性质上轴向应力以受拉为主、径向和切向应力以受压为主;外部接触压力均为压应力,随时间存在一个先逐步增大后保持稳定的发展过程,空间上沿着巷道断面周边从上往下逐渐增大且左右不对称,在大小上喷层与喷层的接触压力比喷层与围岩的接触压力要小,两者平均值分别为0.266,0.648 MPa.巷道掘进期间,喷层受力小于其极限承载能力,混凝土变形有限,说明高预应力强力锚喷支护技术满足塔然高勒煤矿总回风大巷围岩控制要求.     

煤岩巷道爆破开挖围岩松动破碎研究

为了进一步控制煤岩巷道爆破开挖质量,减小爆破开挖对围岩的破坏程度,对雅典煤矿回风巷道煤岩体力学性质进行分析,利用电子内窥摄像仪观察围岩破碎状况,并建立模型研究不同参数下爆破应力在围岩中传播及分布状况。结果表明:煤岩体强度较小,具有明显的力学薄弱向;煤岩巷道围岩破碎特性明显,纵向裂缝凸出;在一定工程条件下爆破应力在围岩中的传播规律相似;不同的爆破参数对爆破振动具有一定影响,存在最佳理论爆破参数值,使爆破围岩振动达到最弱。     

层状矿体的硐室爆破

岩体结构面对爆破效果有显著影响。当最小抵抗线方向与层面平行时，可能造成冲炮，不仅减少爆破方量，而且易留根底或隔墙。本文介绍的层状矿体硐室爆破实例，取得了较好的爆破效果，对类似的爆破具有一定的参考价值。     

爆破振动对砌体结构建筑物的动力响应分析

为分析露天采场爆破振动对临近建(构)筑物的动力响应过程,结合昆阳磷矿采场爆破,对临近三层砌体结构建筑物进行了爆破振动监测。通过运用有限元软件ANSYS-LSDYNA建立砌体结构计算模型,将爆破振动波载入计算模型中进行数值模拟分析。研究表明,爆破振动作用下,民房径向加速度略小于切向加速度,径向位移略小于切向位移,径向上民房1楼楼板和墙与切向上民房3楼楼板和墙位移较为突出,是震动破坏的高危区域。爆破在三层砌体结构建筑物所引起的振动响应对三层砌体结构建筑物整体稳定性和安全性无影响;砌体结构附近进行多次爆破作业时,须重视多次爆破振动对建筑结构的累积损伤效应,应采取相应减振措施,确保建(构)筑物整体结构安全。     

水不耦合径向装药对预裂成缝效果影响分析

摘要：为研究空气和水两种介质对预裂爆破的影响,通过LS-DYNA软件,研究不同不耦合系数情况下大理岩HJC本构模型在空气和水介质条件的单孔爆破损伤情况和多孔爆破成缝情况。结果表明：（1）不耦合系数相同情况下,水不耦合装药岩石损伤范围会大于空气不耦合装药。随着径向不耦合系数增大,大理岩在空气不耦合装药和水不耦合装药条件下的损伤范围均逐渐减小这可以有效保护孔壁岩体。（2）水不耦合装药与空气不耦合装药的应力传播规律相同,但水不耦合装药相较于空气不耦合装药,对爆炸能量的利用率更高。（3）针对于本文的岩石条件,得到了最优的爆破参数组,在现场取得较好的预裂爆破效果。     

预裂爆破中最佳空孔间距的选择

预留空孔是预裂爆破的常用方法,空孔间距的选择关系到爆破效果的好坏.从理论上研究了空孔的应力集中效应,得出了在空孔壁上时只有炮孔连线方向才有应力出现.分析了空孔间距与爆破参数选取的关系,基于爆炸力学和弹性力学知识从理论上推导出了最适宜的空孔间距.通过具体的算例得出了采用预留空孔爆破时2装药孔之间的间距为868.6mm,没有预留空孔时2炮孔之间的距离为543.4mm,因此预留空孔能够明显提高炸药的能量利用率.     

炮孔水介质不耦合装药爆破的研究

基于现有爆破理论和爆破技术,对钻孔爆破中水和空气不耦合装药爆破进行了研究,从理论上推导了采用不同耦合介质时炮孔孔壁初始压力,得到的结论是水介质不耦合爆破对爆炸能量的利用率更高,形成的准静态应力场强度更强,作用也更均匀持久。现场试验表明水不耦合装药爆破装药量少,爆破震动低,围岩稳定好,成孔率高,并可大大地节约施工成本、降低爆破烟尘和提高施工循环进度。     

深部岩巷爆破机理分析和爆破参数设计

分析了深部岩巷端部的高应力分布特征和爆破应力场的分布规律，采用数值计算和模型试验的手段对预加应力条件下的岩巷爆破作用机理进行了探讨.研究结果表明，深部岩石的水平应力大于垂直应力，因而岩巷掘进时爆破应力场分布是不均匀的，爆破裂纹的扩展具有方向性，优先朝应力小的方向扩展；深部岩巷的炮孔周围夹制作用增强，岩石强度增加.提出了适用于深部高应力岩巷掘进的爆破参数设计方法，使深部岩巷爆破效果得到改善.     

露天矿临近边帮控制爆破岩石成缝机理的讨论

通过预裂爆破模拟试验，对应力波叠加理论，爆炸气体的“气楔作用”等分别进行了验证，同时以爆破测震为佐证，从理论上否定了预裂爆破，并以充分的证据证明，预裂爆破实施后，根本没有产生预裂缝，留下的半壁孔是实施主爆破时缓冲孔蓄能作用的结果，在此研究成果的基础上，提出了岩石成绩机理的回弹假说，并据此假说提出了一种新的临近近边帮控制爆破方法－蓄能爆破，回弹假说认为爆破的真正动力源是缓冲孔，缓冲孔爆炸后，邻近边帮的岩石受到压缩产生弹性变形，储存了弹性变形能，当有了足够的补偿空间后，岩石在惯性作用下恢复原状，变形能释放产生垂直于炮孔连心线上的拉伸力，当拉伸力大于岩石的结构力时，岩石产生裂缝。     

预裂爆破成缝机理的数值模拟研究

为了进一步验证数值模拟技术在预裂爆破工程中的实用性,以云南省布沼坝矿西帮边坡为例,通过ANSYS/LS-DYNA软件对不同爆破参数条件下的预裂缝形成过程进行模拟。研究结果表明,预裂缝裂隙是先从孔壁开始形成并向中点发展,而不是应力波干涉理论认为的裂缝首先从中点产生,并向两孔发展。同时将数值模拟计算中得到的预裂缝效果较好的几组爆破参数分别应用于现场试验中,预裂爆破效果明显。可见,数值模拟技术的恰当运用,将为预裂爆破理论研究和参数的合理确定提供一条有效途径,也为爆破方案优化提供可行性依据。     

谢桥煤矿锚注-爆破卸压修复巷道的试验研究

针对高应力软岩巷道修复问题,采用锚注-爆破对巷道进行卸压,通过注浆加固和合理选择爆破参数,将应力控制理论与新奥法支护有机结合,充分利用围岩自承能力支护围岩。爆破卸压改变了围岩应力自然调节过程,改善了围岩应力分布状态,支护结构上应力减小,采用较少的支护即可维护高应力软岩巷道的稳定。     

弱胶结软岩地层相邻大断面巷道合理间距研究

基于相邻巷道开挖扰动和爆破振动对已有巷道影响的理论分析, 推导了相邻大断面巷道合理间距的确定公式。以麦垛山马头门硐室与主变电所巷道间距设计为依托, 利用数值方法计算变间距多个模型的开挖扰动影响, 以确定其巷道间距。研究结果表明, 麦垛山马头门硐室与主变电所巷道间距的理论计算值应不低于36.6 m;数值分析发现当巷道间距为40 m时, 马头门硐室与主变电所巷道中间围岩的应力场已接近原岩应力, 巷道围岩位移场与塑性区基本趋于对称稳定, 马头门硐室支护荷载与未受影响前基本一致。利用上述研究成果, 综合现场施工状况, 最终确定其间距为40 m。工程施工后硐室与巷道稳定, 验证了在软岩地层中该巷道间距设计的科学合理性。