静态破碎剂的应用技术研究

根据收集的资料,在静态破碎剂的基础上,介绍了一种新型的特种破碎技术.主要从静态破碎剂的发展概况、主要类型、作用机理、适用范围、技术特点、使用方法、研究示例等方面进行了阐述.     

静态破碎剂破岩机理研究

静态破碎剂是不产生噪声、震动和粉尘等公害,能够平静而安全地破碎、解体岩石或混凝土构筑物的特殊破碎材料.这种材料释放的膨胀压力在微裂缝发生后仍能持续,所以裂缝的宽度随时间而扩大.本文从三个方面研究了静态破碎剂破岩机理、破碎体裂纹发展规律,进而研究开发新的地质构造处理技术.     

单轴应力状态下石灰岩体静态破碎裂纹演化规律及应用

为了研究静态破碎过程中裂纹演化规律,采用真三轴岩石力学试验机对200 mm×200 mm×200 mm的立方体石灰岩试样进行了单轴应力状态下静态破碎试验,并利用声发射空间定位技术对静态破碎过程中裂纹起裂与扩展进行监测。结果表明:单轴应力下裂纹起裂位置为钻孔中下部,并先后形成两组裂纹,每组裂纹沿孔壁对称分布并大致成一直线;两组裂纹的扩展速率均先快后慢,分为快速增长和快速下降两个阶段,并且下降阶段的裂纹扩展速率小于增长阶段扩展速率;先生裂纹的扩展速度大于后生裂纹;每条裂纹的扩展速度具有方向的差异性,即平行孔轴向方向大于与垂直孔轴向方向;基于弹性力学、断裂力学理论,建立了静态破碎剂作用力与裂纹扩展半径的关系,并通过试验结果验证了该模型的合理性。将研究结果应用于某高瓦斯矿实际地质条件下的强制放顶工程中,确定了静态破碎强制放顶的基本参数,获得了良好的工业效果。     

试论静态破碎剂及其性能改进

在介绍静态破碎剂配方及其膨胀机理的基础上，提出了一些其在使用上存在的问题，并选择干粉型静态破碎剂为研究对象，通过配方优化，采用延缓剂，抗水剂和少量速凝剂，使之性能有所改善。     

静态破碎剂膨胀机理及可控性的研究

本文分析了影响静态破碎剂（简称ＳＣＡ）破碎性能的因素，建立了ＳＣＡ结构模型。在此基础上研究了ＳＣＡ的膨胀机理，提出了增加膨胀力即靠增加膨胀剂的途径。分析了喷孔的原因并提出了杜绝喷孔的理论。新模型完善了ＳＣＡ理论，为开发和研制新型高效无喷孔ＳＣＡ提供了一种方法。通过实验研究诸因素对ＳＣＡ性能影响的基础上，采用正交实验研制了两种无喷孔的高效岩石ＳＣＡ。在分析了ＳＣＡ适用温度范围的基础上研制出解决全温破碎的温度控制计，实现了ＳＣＡ在低温下的破碎，并提高了低温、控制、同步破碎的精确度。     

钠基膨润土在静态破碎剂中的应用初试

静态破碎剂中加入钠基膨润土,既可提高其最大膨胀力,又可缩短并控制其达到最大膨胀力的时间。钠基膨润土的这一新用途,将对静态破碎剂的生产和应用产生重大影响。     

切缝药包爆炸作用下裂纹扩展行为的试验研究

为了研究岩石动态破裂机理,采用高速摄像技术,对切缝药包间隔装药爆炸作用下混凝土试件的破坏过程进行了物理模拟试验。试验研究表明,切缝药包爆炸作用下,混凝土试件在切缝方向上产生两条基本对称的裂纹A和裂纹B。裂纹的萌生、快速扩展以及最后的失稳过程非常明显。裂纹萌生后,其扩展速度急剧达到峰值698m/s,接着快速下降,最后阶段裂纹扩展速度变化平稳。研究结果为切缝药包在实际爆破工程中的应用提供了试验依据。     

爆炸载荷裂纹扩展的应力强度因子及其断裂行为

为进一步对爆炸作用下裂纹扩展问题进行定量分析,提出采用动焦散实验方法研究爆炸载荷的裂纹扩展机理,为研究岩石爆破机理提供了一种新的有效实验方法。使用切缝药卷的定向断裂形成初始裂纹,采用透明材料进行了爆炸加载的透射动焦散实验。研究了爆炸载荷下的裂纹起裂、发展和止裂的动态扩展行为,分析了其破坏模式、动态应力强度因子及裂纹扩展速度。     

爆炸载荷下缺陷介质裂纹扩展的动焦散试验

应用动态焦散线测试系统,模拟含缺陷岩体爆破过程,进行了PMMA（有机玻璃）模型透射式动态焦散线试验,着重研究了与预制裂隙共线的炮孔爆炸作用下裂纹扩展的规律.试验结果表明,爆炸载荷下裂隙两端分别产生了1条翼裂纹A和B,翼裂纹A的长度大于翼裂纹B的长度,2条翼裂纹向相反的方向扩展;随着翼裂纹长度的增加,裂纹扩展速度出现快速增加,减少,再增加,再减少的振荡过程;翼裂纹扩展加速度也始终存在着加速与减速不断交替变化的现象;翼裂纹尖端动态应力强度因子呈快速增大到逐渐减小连续振荡变化的趋势,动态应力强度因子K^d_Ⅰ最大值为1.3 MN/ m^3/2,K^d_Ⅰ一直大于K^d_Ⅱ.     

爆炸荷载下含预裂缝的裂纹扩展实验研究

预裂爆破技术目前广泛应用于爆破工程中,为了探究预裂爆破形成的预裂缝对爆生裂纹和原生裂纹动态断裂特性的影响,基于数字激光动态焦散线实验开展了一系列研究,获得了裂纹扩展的时实动力学参数。研究结果表明:预裂爆破形成的预裂缝可以阻挡爆生裂纹向保留岩体内扩展,加大被爆岩体的损伤;其两端产生的翼裂纹向保留岩体扩展,且扩展长度随着预裂缝长度的增加而增大;长度较短的预裂缝(L=20~80 mm),对保留岩体内原生裂纹扩展有促进作用,只有当预裂缝长度增加到一定程度(L=100 mm),才会对保留岩体内原生裂纹扩展有抑制作用,预裂缝A长度L=100 mm时,其B裂纹扩展长度为无预裂缝A模型时的21%,Bz和By扩展速度均值为无预裂缝A时的0和64.8%;当有预裂缝存在时,原生裂纹两端翼裂纹的起裂时间随着预裂缝长度增加而增加,当预裂缝长度增加到一定程度(L=100 mm),迎爆侧翼裂纹没有起裂,By起裂时间推迟到和无预裂缝时一样的150 μs;原生裂纹迎爆侧翼裂纹断裂韧度小于背爆侧断裂韧度;当有预裂缝存在时,原生裂纹两端起裂韧度均小于无预裂缝时的起裂韧度,且随着预裂缝长度增加迎爆侧翼裂纹起裂韧度降低;原生裂纹两端应力强度因子峰值随着预裂缝长度增加而减小。     

铁尾矿粉对静态破碎剂反应温度影响研究

为了解决静态破碎剂在煤矿使用过程中反应温度和放热量过高的问题,在保证静态破碎剂破碎效果的前提下,通过向静态破碎剂掺和不同比例的铁尾矿粉,进行了膨胀性能和反应温度试验,分析了掺和不同比例铁尾矿粉的静态破碎剂的反应温度及反应速率变化规律,并确定了反应后的体积膨胀率。研究结果表明:在环境温度、水温及水灰比相同的条件下,通过提高铁尾矿粉掺和比例,能够有效降低静态破碎剂的升温速率;降低反应所能达到的最高温度及延缓所能达到的最高温度的时间;为保障静态破碎剂的膨胀率及破碎效果,静态破碎剂掺入铁尾矿粉不宜超过50%,反应后的体积膨胀率达到2.88左右。     

球磨混合硅藻土/坡缕石的吸附性能研究

硅藻土、坡缕石均因很大的比表面积而具有很好的吸附性能,可用于化工和吸附净化材料领域。本文主要研究了球磨混合硅藻土/坡缕石矿物体系对亚甲基蓝的吸附脱色效果。研究表明,球磨混合硅藻土/坡缕石体系在吸附过程中会产生一定的协同互补作用,其吸附效果较单独使用硅藻土、坡缕石好;混合矿物吸附时间对吸附性能影响最大、矿物配比对吸附性能影响最小。试验结果表明,在硅藻土/坡缕石用量为0.7 g,球磨混合时间为18 min,硅藻土/坡缕石配比为6:4,吸附时间为40 min的条件下,球磨混合矿物对亚甲基蓝的吸附效果最好,脱色率可达92%。     

球磨混合硅藻土/坡缕石的吸附性能研究

为了解决静态破碎剂在煤矿使用过程中反应温度和放热量过高的问题,在保证静态破碎剂破碎效果的前提下,通过向静态破碎剂掺和不同比例的铁尾矿粉,进行了膨胀性能和反应温度试验,分析了掺和不同比例铁尾矿粉的静态破碎剂的反应温度及反应速率变化规律,并确定了反应后的体积膨胀率。研究结果表明:在环境温度、水温及水灰比相同的条件下,通过提高铁尾矿粉掺和比例,能够有效降低静态破碎剂的升温速率;降低反应所能达到的最高温度及延缓所能达到的最高温度的时间;为保障静态破碎剂的膨胀率及破碎效果,静态破碎剂掺入铁尾矿粉不宜超过50%,反应后的体积膨胀率达到2.88左右。     

静态膨胀剂膨胀开裂突出煤层的测试研究

通过实测某矿井1235运输巷M3突出煤层的静态膨胀开裂效果,获得了抽放孔内壁静态膨胀力及膨胀开裂裂隙内窥图,现场验证了静态膨胀开裂突出煤层的可行性。现场实测得出:随着膨胀孔内静态膨胀剂水化反应发展,临近膨胀孔的抽放孔内壁产生逐步增大的静态膨胀力并达到峰值,随后静态膨胀力逐步减小并最终消失;同一钻孔直径测试方案中,方案Ⅰ产生静态膨胀力的峰值最大,三种不同钻孔直径测试方案中,Ф94 mm膨胀孔产生的静态膨胀力峰值最大;本次测试条件下,合理的孔间距与钻孔直径比值μ=14~15;相同的μ值测试方案中,随着钻孔直径增大,抽放孔内壁膨胀开裂效果呈明显上升趋势。     

爆炸应力波作用下层理介质断裂的动焦散实验分析

利用爆炸加载动焦散试验系统，进行了有机玻璃的透射式动焦散试验.记录了含层理介质裂纹扩展的全过程，发现裂纹穿过层理偏移一定距离后继续扩展的现象.给出了爆炸荷载作用下裂纹尖端应力强度因子随时间的瞬态变化曲线.对爆炸应力波在层理介质中引起断裂的机理进行了进一步的研究，讨论了层理对应力波传播的影响.利用应力波传播理论分析，得出层理中裂纹与层理后裂纹产生的机理不同，为层理岩体定向断裂控制爆破研究提供了新方法.     

岩石受载破坏裂纹扩展带电特性

为了研究岩石破裂过程电位分布特征及其产生机理,利用预制裂纹岩石试样实验测试了裂纹扩展途径的电位信号变化规律及裂纹两侧电位分布特征。结果表明,扩展裂纹的尖端和新形成的裂纹壁面是产生自由电荷的主要位置,在裂纹扩展路径上距离裂纹尖端近处产生的电位信号强度较高,距离远处产生的电位强度较低,裂纹扩展产生的最大电场强度为0.42 V/m;在裂纹扩展过程中裂纹两侧产生的电位信号极性呈正负对应变化,表明裂纹两侧产生的自由电荷性质相反,并交替变化;在裂纹扩展中新生裂纹两侧壁面电荷分离是自由电荷及电位的主导产生机制。裂纹壁面电荷的正负交替及裂纹扩展中两侧壁张翕运动引起的电场变化是煤岩产生电磁辐射的原因。     

双孔爆炸应力波作用下缺陷介质裂纹扩展的动焦散试验

利用爆炸加载数字激光动态焦散线试验系统(DLDC),研究了两切槽炮孔爆破爆生主裂纹和由预制缺陷尖端衍生的次裂纹扩展的动态力学行为。研究结果表明,两切槽炮孔同时起爆后,爆生主裂纹没有相互交汇贯通而是止于预制裂纹断面处,表明缺陷对定向断裂控制爆破效果有着重要的影响;次裂纹与主裂纹并没有直接贯通,而是呈"勾连状"的止于对方裂纹面上。与水平预制缺陷相比,垂直预制缺陷对主裂纹的扩展影响更大,其次裂纹在拉伸应力场的作用下而以I型扩展;当膨胀P波与运动着的裂纹相互作用时,裂纹扩展速度和裂尖动态应力强度因子都减小。