控制爆破切割石材损伤层范围探测

采用了非金属无损探伤仪对切槽控制爆破切割石材的炮孔周围损伤层厚度进行了检查，得出其损伤范围很小，用切槽爆破切割石材不会产生岩体损伤的结论.     

不同侧压下底板切槽对围岩稳定性影响模拟研究

底板切槽是一种通过改变围岩应力状态抑制底鼓的主动防治措施。采用数值模拟研究不同侧压系数条件下底板切槽对围岩变形及应力演化规律的影响,研究结果表明:底板切槽会引起帮、顶位移的增加,从控制围岩变形的角度,底板切槽更适合于侧压系数较大的巷道;底板切槽对顶板围岩应力分布没有明显影响,随切槽深度的增加,帮、底围岩应力峰值向深部转移同时峰值降低,帮部以应力峰值降低为主,底板以应力峰值向深部转移为主;侧压系数越大,帮、顶应力峰值向深部转移的距离越小。     

沿空巷道侧向结构切顶卸压角度研究

切顶卸压是控制巷道变形的常用手段。针对含水层限制切顶高度的问题，以泊江海子矿113105工作面回风顺槽侧向悬臂、厚硬含水层顶板条件为背景，采用理论分析、数值模拟和现场工业试验的方法，研究了含水层顶板侧向悬臂切顶卸压的合理切顶角度。建立了切顶后巷道煤柱力学模型，推导出不同角度切顶后煤柱应力分布方程。运用ANSYS/LS-DYNA对不同角度切顶进行模拟，结果表明：不同切顶角度下岩石损伤及裂隙发育程度不同，切顶后煤柱应力均有所减小，切顶角度在85°～60°时，煤柱垂直应力呈现“驼峰”趋势，3 m处的垂直应力峰值较大，双峰值随着切顶角度的增大呈减小趋势，55°和50°角度切顶后，煤柱应力峰值点3 m处的垂直应力小于峰值点7 m处的垂直应力，双峰值随着切顶角度的减小呈增大趋势。现场试验表明：按照所设计角度切顶后，围岩应力明显降低，巷道结构变形程度能够满足工作面正常回采的需求，卸压效果显著。     

采煤机扭转轴卸荷槽尺寸参数研究

为了解决工作载荷较大造成采煤机部件损坏的问题,利用数值模拟软件对卸荷槽参数进行研究。通过对V型、U型、工型卸荷槽在同一加载扭矩条件下应力应变分布进行分析,发现U型槽口较剩余两种槽口具有一定的优势;同时,对不同卸荷槽深度、宽度、位置下卸荷槽的应力分布进行分析,确定最佳卸荷槽深度为7 mm,最佳宽度为3 mm,最佳轴向位置为300 mm,为采煤机扭转轴卸荷槽的设计提供一定的参考。     

纵向切槽水力压裂裂缝偏转规律研究

纵向切槽水力压裂作为一项强烈动压巷道切顶卸压技术,核心是控制裂缝开裂以及扩展方向,然而裂缝在定向起裂后通常受最大主应力的影响而发生偏转,裂缝的扩展方向与地应力条件、切槽角度、泵流量以及岩石力学性质等多种因素有关。对纵向切槽水力压裂多因素影响下的裂缝偏转规律展开研究,为纵向切槽水力压裂钻孔施工设计提供1种借鉴方法。采用ABAQUS软件中的XFEM模块,建立纵向切槽水力压裂二维模型,通过与前期纵向切槽水力压裂物理试验结果对比,实现了数值模型可行性验证,进而建立大尺寸纵向切槽水力压裂模型对煤矿顶板砂岩条件下的纵向切槽水力压裂裂缝偏转规律展开了详细研究。结果表明:水平应力比为重要的裂缝偏转距影响因素,在垂直主应力为10 MPa,最小水平主应力为6 MPa,水平应力比由1.5增加到3.5过程中,裂缝偏转距先后减小55.3%、56.9%和41%;切槽角度对裂缝扩展路径影响较大,对裂缝偏转距影响相对较小;水平应力比为1.5与2.0两种条件下,泵流量由30 L/min增加到180 L/min过程中,裂缝偏转距不断增大,且具有较大增长幅度,在水平应力比为2.5条件下,裂缝偏转距的增长幅度明显减弱;水平应...     

龙马煤矿切顶卸压爆破炮孔间距研究

以龙马煤矿切顶卸压沿空掘巷为研究背景,通过理论分析、采用理论计算及ANSYS/LSDYNA数值模拟对切槽聚能爆破炮孔间距进行了研究。理论分析表明,应力强度因子修正系数F值随着炮孔切槽深度的增加而增大。数值模拟表明,随着炮孔间距的增加,切槽炮孔尖端最大切向拉应力逐渐减小,当炮孔间距为1.4 m时,切槽尖端可以达到的最大切向拉应力为113.1 MPa,相比炮孔间距为2.0 m时的切槽尖端最大切向应力78.4 MPa提高了44.2%。在炮孔间距离小于1.8 m的情况下,切槽孔能够开裂贯通形成较为平整的断裂面。     

巷旁深切缝对顶部岩层应力控制作用研究

当煤层顶板中存在1层或者数层坚硬岩层时,随着工作面采高的增加,侧向岩层应力集中范围增大,导致护巷煤柱宽度增大。为了减小护巷煤柱宽度,提出顶板切缝减小护巷煤柱宽度的技术原理。采用相似模拟和数值模拟实验,对巷旁顶板不同切缝深度的岩层应力传递控制作用进行了系统的研究,揭示了切缝深度对岩层破裂和顶板下沉的影响。结果表明:随着切缝深度的增加,煤柱上方岩层应力逐渐减小,层位越高,应力越小;工作面侧向采空区顶板下沉量增大,采空区岩层应力逐渐增加,层位越高,应力越大;煤柱上方10,20 m岩层应力峰值、峰值点距切缝边缘距离与切缝深度呈非线性反比关系;采空区上方10,20 m岩层应力与切缝深度呈指数关系,说明深度切缝可以有效控制岩层应力分布、应力峰值及峰值点距切缝边缘的距离。     

煤Ⅰ型动态断裂裂纹扩展规律试验与数值模拟研究

为研究冲击速度、层理角度及切缝深度对煤样Ⅰ型动态断裂裂纹扩展速度与扩展路径等断裂特性的影响,结合分离式霍普金森压杆(SHPB)试验和基于连续-非连续单元方法(CDEM)的数值模拟,对3种切缝深度的直槽半圆弯曲煤样(NSCB)开展不同层理角度和多种加载速率下的Ⅰ型动态断裂测试与数值模拟研究。得到煤样在冲击载荷下裂纹萌生、演化、扩展及贯通的渐进破坏全过程,模拟与试验结果吻合较好,证明CDEM数值模拟方法能够较好地模拟煤样Ⅰ型动态断裂从连续到非连续的渐进破坏过程。研究表明:煤样裂纹瞬时扩展速度随时间变化波动性较大,前期扩展较快,后期扩展较慢,可将试件裂纹扩展分为高速扩展阶段和稳速扩展阶段;冲击速度对裂纹平均扩展速度影响最大,切缝深度次之,层理角度影响最小。裂纹平均扩展速度随冲击速度增大而增大,但渐趋于平缓,而随切缝深度增加逐级降低。并在忽略层理角度影响的情况下,得出冲击速度与切缝深度对裂纹平均扩展速度的双因素预测模型;冲击速度越大,裂纹起裂时间越短,但其对裂纹扩展路径影响很小。层理角度对裂纹起裂时间基本没有影响,但对裂纹扩展路径影响较大。层理角度为0°和90°时,煤样裂纹最为平直,层理角度为...     

泵流量对纵向切槽水力压裂裂缝偏转距的影响

水力压裂技术近年来越来越多地被应用于强烈动压巷道的卸压工程中,水力压裂卸压的核心是如何人为控制水力裂缝的开裂、扩展方向及路径。将裂缝起裂点与裂缝扩展路径上与切槽方向呈1/2切槽角度的点之间的连线长度定义为裂缝偏转距,并作为试验重点考察指标。采用真三轴物理试验的方法,对尺寸为300 mm×300 mm×300 mm的预留钻孔和纵向切槽水泥试块水力压裂过程中不同泵流量对裂缝偏转距的影响规律进行了详细研究。研究结果表明:纵向切槽水力压裂裂缝首先沿切槽方向起裂,在扩展的过程中逐渐转向最大主应力方向;裂缝呈S型非对称形态,裂缝较为单一,无复杂微裂隙产生,裂缝在横向扩展的同时沿纵向扩展且扩展过程中无较大偏转。压裂过程明显呈现3个阶段性特征:初次起裂阶段、裂缝持续扩展阶段和裂隙贯通阶段;随着泵流量的增加,起裂压力略有增高,压裂时间明显缩短。在水平应力比为1.5条件下,泵流量由0.5 mL/s增加到1.0 mL/s,裂缝偏转距增加了54.9%;泵流量由1.0 mL/s增加到1.5 mL/s,裂缝偏转距增加了16.7%;随着泵流量的增加,裂缝偏转距明显增大,增大趋势呈半抛物线特征。水平应力比为2.0条件...     

控制爆破局部切槽放顶机理的三维渗流有限元分析

提出了处理缓倾斜采空场的新方法———控制爆破局部切槽放顶技术。简述了三维渗流有限元分析 (EPSCA3D)的力学原理 ,应用EPSCA3D研究了该方法的力学特性 ,并与二维有限元分析结果进行了比较。结果表明 :应用该联合法能引起顶板应力向有利于安全生产的方向重分布 ,不会引起地表发生明显的岩体移动 ;二维和三维有限元分析的切槽位置基本相同 ,应力分布和地表岩移趋势基本一致 ,但三维有限元分析的结果更接近实际。三维分析表明 :在走向方向间隔一定距离沿倾向同样地实施切槽放顶 ,既可以改善局部地压 ,又可以减小地表沉降 ;渗流引起放顶前深部水平的应力增加 ,隔离墙处的拉应力增加、压应力减小 ,放顶前后的岩移量微弱减小。     

不同耦合系数条件下岩石损伤特性的研究

在预裂爆破中,采用合理的空气比和不耦合系数能有效控制爆炸荷载对岩体的破坏。利用Autodyn有限元动力分析软件,研究预裂爆破中空气间隔不耦合装药产生的爆炸荷载对岩石的损伤特性和孔壁冲击波峰值的变化规律。通过改变装药空气比,分析空气间隔装药产生的爆炸冲击波沿孔壁的压力分布,以及间隔装药时不耦合系数对孔壁冲击波峰值和应力波传播的影响。结果表明:连续装药条件下,爆破近区的压力峰值高于岩石动态抗压强度,离炮孔越远应力波衰减的越慢;在空气间隔装药条件下,岩石的损伤深度随空气比的增大而减小,孔内空气柱周围的岩石破坏不明显;在间隔不耦合装药时,不耦合系数越大,冲击荷载的强度越低,孔壁的损伤半径也越小。     

基于PFC2D的不同倾角组合孔洞岩石力学特性及破坏特征

天然岩体中存在不同几何形状的裂隙和孔洞缺陷,这些孔洞缺陷改变了岩体的力学特性,是引起围岩失稳的关键因素,对复合孔洞缺陷模型进行研究,有助于围岩的稳定性控制。鉴于此,本文采用二维颗粒流（PFC2D）软件对不同倾角组合孔洞缺陷的岩石进行单轴压缩试验,研究了其对岩石力学特性和破坏特征的影响。结果表明：孔洞缺陷的存在降低了岩体的单轴抗压强度、峰值应变、起裂应力和损伤应力,加速了裂纹的产生,促进了岩石的破坏。不同倾角对试样的力学性能和损伤程度的影响不同,随着倾角的增大基本呈先降低后升高的趋势。裂纹产生前,各模型的拉应力集中区分布在孔洞的上、下端部,压应力集中区分布在孔洞的左右两侧;模型破坏后,压应力集中区域沿孔洞的左右端部转移至模型的左右两侧。 关键词：PFC2D;组合孔洞;力学特性;破坏特征     

相交双裂隙岩石损伤断裂特征

为了探求相交双裂隙岩石损伤断裂特征,采用岩石破裂过程RFPA数值分析系统对不同角度的单裂隙、中点相交的等长双裂隙岩石在单轴压缩、单轴拉伸作用下的破坏过程进行数值模拟.结果表明:双裂隙试件除共轭裂隙之外,在压缩条件下首先在高角度裂隙两端产生扩展裂隙,拉伸作用下试件的断裂方向由低角度裂隙决定;当试件中的裂隙角为60°和75...     

基于压电信号的水下钻孔爆破损伤监测试验

借助水下爆炸容器模拟40 m水深环境，通过两组不同装药结构的水下混凝土模型进行同药量的单次爆破损伤试验。在爆破前、后分别采用压电陶瓷传感器主动监测法对混凝土试样沿炮孔中轴线方向进行了关键点的主动信号采集。通过对监测点信号的峰值、能量统计分析发现，沿炮孔方向接收信号逐渐增强，在炮孔底部近区接收信号的峰值和能量出现明显突变，对比不同装药结构下的突变点位置可看出炮孔底部装有高阻抗球和粗砂的试样,其突变点明显提前，表明其对炮孔下部保留混凝土部分的损伤深度小。最后结合EMD方法探究了爆破前后压电信号的频率规律。研究表明：水下消能爆破技术能够有效减弱钻孔爆破对基岩岩体的损伤，基于压电信号的损伤监测方法可用于水下钻孔爆破中岩体损伤深度监测。     

预制双圆形孔洞砂岩强度与变形破坏特征

岩石材料由于其天然形成过程的复杂性,内部赋存了大量的微裂隙、孔洞等缺陷。为研究岩石孔洞之间的相互作用机制及孔洞对岩石力学行为的影响,分别对不同次孔洞直径和不同孔洞几何布置的双圆形孔洞砂岩试样进行单轴压缩试验,以获得其强度、变形及破裂演化规律。试验结果表明,随着孔心连线与水平方向倾角α的增大,试样峰值强度和弹性模量均呈先减小后增大的趋势,在α为30°和90°时分别达到最小值和最大值;随着次孔洞直径d的增大,峰值强度和弹性模量均呈逐渐减小的趋势。双圆形孔洞砂岩的破坏形式受到倾角α和次孔洞直径d的影响,主要表现在起裂形式、主孔洞破裂形式及主次孔贯通模式三个方面。随着倾角α的增大,主次圆孔间的相互作用先逐渐增强后又有所衰减,而随着次孔洞直径d的增大,主次圆孔间的相互作用逐渐增强,这在双圆孔的贯通模式上得到了很好的印证。     

爆破振动对岩体积累损伤的影响

本文分析了岩体的积累损伤理论,利用声波波速在岩体中的变化来表示岩体的损伤。用RSM-SY5（N）型声波仪在内蒙古某铅锌矿工作面进行测量。通过对测量数据进行分析,总结爆破次数和岩体损伤量的关系：随着爆破次数的增加,岩体损伤量不断加大,且损伤量变化率也不断增大;随着围岩深度的增加,岩体的损伤量不断减小,在深度为1.6m处的岩体损伤值处于安全阀值范围内。     

基于硬化和损伤效应的岩石非线性蠕变模型

岩石的蠕变过程是岩石内部应力不断调整,硬化和损伤效应不断发展并共同作用的结果。借鉴经典元件模型的建模思路,将岩石的初始屈服强度作为蠕变硬化的应力阈值,岩石的长期强度作为损伤软化的应力阈值,引入能反映岩石硬化效应的硬化函数和损伤效应的损伤变量,建立能够全面反映蠕变机制的岩石非线性蠕变模型。利用蠕变试验数据对所提出的模型进行辨识,结果表明该模型不仅能够很好地描述蠕变全过程,而且可以全面反映岩石蠕变过程中的蠕变硬化和损伤软化机制。     

页岩起裂应力和裂纹损伤应力的试验及理论

为研究页岩在破坏过程中的起裂机制,对具有不同层理倾角的页岩岩样进行了不同围压下的常规三轴压缩实验,基于裂纹体积应变拐点和岩样体积应变拐点分别确定了页岩的起裂应力和裂纹损伤应力。试验结果表明,在相同围压下,层理倾角对页岩岩样的起裂应力大小影响很小,但对裂纹损伤应力的影响较大,这最终导致了页岩破坏模式和破坏强度对层理倾角的依赖性;当层理倾角相同时,随着围压增大,页岩起裂应力与峰值应力的比值变化逐渐增大,而裂纹损伤应力与峰值应力的比值变化很小,说明在层理倾角相同的条件下围压对页岩中裂纹的起裂有显著的影响,而对裂纹的非稳定扩展影响较小;基于断裂力学的压剪裂纹模型解释了页岩的起裂机制,并利用试验数据验证了该模型的合理性;利用该模型预测页岩中含有裂纹的平均长度约为0.985 mm,与现有文献中的结果较吻合;同时该模型的计算结果表明当页岩中的压剪裂纹长度超过3 mm时,裂纹长度对页岩起裂应力的影响不显著。     

真三轴应力条件下钻孔围岩稳定性及塑性区特性

为探究中间主应力对预制孔岩石力学性质的影响,基于自主研发的"多功能真三轴流固耦合试验系统",进行了等b等σ3试验。试验结果表明:主应力方向、中间主应力对岩石变形和强度特性均有较大影响。裂纹特征应力值随中主应力系数b的增加呈现先增大后减小的趋势;裂纹主要在垂直孔轴线方向发育并首先在较小的主应力方向发生破坏。几种条件下试样的强度均随中主应力系数的增大而先增大后减小。其中,最大主应力平行于孔轴线时强度最高,稳定性最好;在中主应力系数b较小时,中间主应力平行于孔轴线时强度最低,而b较大时孔轴线沿最小主应力时强度最低。基于广义平面应变理论,分析了中间主应力对孔周围塑性区的影响。     

考虑非线性脆性损伤和中间主应力影响的圆形巷道围岩分析

针对岩石的脆性破坏特征及峰后力学性能的劣化损伤,引入非线性脆性损伤本构模型,得到三维连续损伤演化方程。将圆形巷道围岩划分为松动破裂区、脆性损伤区、弹性区,考虑中间主应力的作用,采用统一强度准则和连续损伤力学方法,对巷道围岩力学状态进行极限平衡分析,推导出围岩损伤破裂半径及应力场分布的解析表达式。通过算例,分析了中间主应力、围岩脆性特征和损伤程度对理论解的影响。分析表明:中间主应力作用越大,围岩的损伤破裂半径越小,切向应力峰值距离巷道越近;脆性强弱对围岩应力分布的影响只局限在脆性损伤区内,围岩的脆性越强,损伤破裂半径越大,脆性损伤区内的切向应力随深度的增大而增大;围岩的残余强度越小,松动破裂程度越大,损伤破裂半径越大,切向应力峰值向围岩深部转移。