单双压头动静组合载荷破岩数值试验研究

应用岩石破裂过程分析软件RFPA2D,以脆性岩石花岗岩为研究对象,进行了对单压头和双压头在不同加载模式下的破碎数值试验,采用声发射活动作为衡量标准表征破岩效果.结果表明:所加静载较小或动载荷应力波幅值小于岩石强度时破岩效果差;动静组合载荷加载条件下单压头和双压头均能大幅提高岩石破碎效果,且单压头破岩声发射能量大于双压头;双压头动静组合载荷破岩时压头间距对破岩效果有影响.     

刀具破岩声发射能量理论分析及数值模拟

根据刀具破岩过程中声发射的产生与应力场存在的耦合关系,从细观上分析了声发射能量与应力之间的关系,确定了刀具静力侵入岩石破碎时声发射能量的关系式;应用岩石破裂分析软件RFPA~(2D)进行刀具破岩声发射数值实验。结果表明:刀具静力侵入单位体积岩石破碎释放的声发射能量与加载速率、岩石抗压强度、岩石弹性模量、刀具形状以及刀具与岩石的摩擦系数等有关;随加载速率增加(一定范围内),两种刀具破岩释放声发射累积能量急剧增加,随后声发射累积能量增加缓慢;十字型刀具破碎岩石单元和声发射累积能量均大于一字型刀具,且破碎岩石所需时间减小;适当增大加载速率可以提高刀具破岩效果。     

动静组合载荷作用下岩石破碎试验研究

在动静态多功能岩石破碎试验台上,以花岗岩为试验对象分别进行了单一静载、冲击载荷和动静组合载荷破岩试验,结果表明:静载 动载组合模式能大幅度提高破岩效果,在破碎深度与破碎体积等方面比单一冲击或压入具有明显的优势,不同的动静组合载荷存在不同的破岩比能,合理选取动静载荷的比值,可使破岩比能最小,破碎效果最优。     

动静组合载荷作用下岩石破碎损伤断裂力学分析

分析了动静组合载荷破岩的载荷－侵深特征曲线,确定组合载荷合理的加载点是在岩石已发生体积破碎、岩屑已崩出、压实体又得到充分压实之后。对岩石在动静组合载荷作用下破碎进行了损伤断裂力学分析,得到在一定范围内加大静压力和冲击力可以使破碎坑体积很快增加,从而提高破岩效率;在预加静载荷使岩石发生体积破碎之后再施加冲击载荷,此时岩石破碎效果最好的结论。     

动静组合载荷作用下岩石破碎损伤断裂力学分析水

分析了动静组合载荷破岩的载荷-侵深特征曲线,确定组合载荷合理的加载点是在岩石已发生体积破碎、岩屑已崩出、压实体又得到充分压实之后.对岩石在动静组合载荷作用下破碎进行了损伤断裂力学分析,得到在一定范围内加大静压力和冲击力可以使破碎坑体积很快增加,从而提高破岩效率;在预加静载荷使岩石发生体积破碎之后再施加冲击载荷,此时岩石破碎效果最好的结论.     

不同加载速率下花岗岩破裂声发射试验研究

利用RMT-150C岩石力学试验系统,选用十字型钎头和一字型钎头对花岗岩进行了不同加载速率下单轴压入破碎试验,采用多通道AE信号检测系统采集了花岗岩破坏的声发射信号.结果表明:加载速率对受载岩石内部声发射活动有较大影响,岩石声发射累积能量及声发射振铃计数均随加载速率的增加而增加,到达一定程度增加幅度下降;十字型钎头与一字型钎头相比,岩石破碎声发射活动更加活跃,释放的声发射能量更多,破岩效果更加明显;适当增加施加载荷的速率以及选择合适的钎头对脆性岩石破碎有较好的效果.     

刀具侵入破岩声发射特性试验研究

在RMT-150C岩石力学实验平台上选用一字型与十字型刀具对花岗岩进行破岩实验,采用AEwin-USB型声发射监测系统收集破岩全过程的声信号,得到花岗岩全过程的声发射振铃计数、声发射能量特征参数。结果表明:一字型与十字型刀具下花岗岩声发射特征信号曲线与载荷—时间曲线都具有很好的对应性;十字型刀具作用下声发射特征信号强度明显大于一字型,且十字型刀具作用下花岗岩破碎更完全;综合对比分析破岩效率,发现十字型刀具较之一字型刀具破岩效果更好。     

动静复合加载下红砂岩破碎规律研究

振动碎岩具有能量消耗量低、所需轴向压力小等特点。为提高碎岩效率同时降低成本,进行了振动-加压相结合的碎岩模式研究。本文以红砂岩为研究对象,围绕动静复合加载条件下球齿侵入导致的红砂岩内部裂纹扩展规律开展研究。结果表明,球齿下岩石的破碎程度随着动、静载荷的增大而变大,并且只有当组合载荷峰值达到100 kN时,岩石才会发生明显的体积破碎。在破岩初期,当载荷较小时,岩石倾向于发展为侧向裂纹,岩石损伤成“宽而浅”特点。随着载荷的增大,岩石更倾向于发展中间的深部裂纹,而后才倾向于发展侧向裂纹,即呈“窄而深”的特点。岩石破碎的各项指标受各载荷参数的影响程度存在差异：即在相同的幅值增量条件下,增加动载幅度导致的破碎程度要大于增加相同静载荷时的破碎程度。以上结论可为提高动静载复合破碎硬岩效率、攻克硬岩钻进技术难题提供重要支撑。     

基于颗粒离散元法不同岩性巷道围岩声发射特性和能量演化规律研究

为分析不同岩性巷道围岩声发射特性和能量演化规律,对巷道围岩进行钻孔取样并试验,基于离散单元法的颗粒流程序建立不同岩性岩石单轴压缩数值模型,获得描述岩石的细观力学参数,并在此基础上建立3种岩性(硬岩、软硬互层和软岩)巷道颗粒流分析模型,系统分析单轴压缩试验及不同岩性状态下巷道围岩的声发射特性和能量演化规律。结果表明:单轴压缩模型下硬岩的声发射数小于软岩,最大声发射事件数滞后于峰值强度出现,且在峰前阶段外界做的总功基本上转化为应变能。开挖扰动下巷道围岩声发射特性和能量演化规律与岩性密切相关,硬岩巷道声发射事件数最小,软硬互层次之,软岩最大;3种岩性状态下软岩开挖巷道释放的动能最大,巷道围岩变形严重。     

单齿侵入破碎岩石时的声发射研究

本文利用声发射测试手段,根据单齿侵入破岩时载荷、声发射与侵入深度的变化关系,结合分析岩石内部组织结构和破碎坑附近的裂坟分布,探讨了单齿破碎岩石的发展过程,岩石内部的破裂性态以及影响岩石声发射的主要因素。     

硬岩的微波辅助钻进

用两种或多种能量联合破碎岩石有可能克服单独用一种能量破岩的限制。美国矿业局双城研究中心在一项研究中用微波和机械法作为旋转刮刀钻头联合钻进法进行了硬岩钻进试验。目前已有各种破碎机械,如钻进机、巷道掘进机和连续采矿机,可用于软到中硬下限(抗压强度88.8～172.5MPa)岩石的     

采空区不同岩性破碎岩石压实变形及声发射特征研究

采空区不同岩性冒落破碎矸石的压实特性及承载力学性质对上覆岩层移动破坏有重要影响。采用侧限压缩试验与声发射测试试验方法,对相同级配的砂岩、砂质泥岩两种单一岩性及砂岩-砂质泥岩组合岩性破碎岩石在侧限压缩条件下的变形特征、破碎特征及不同压缩阶段的声发射特征进行了研究。结果表明：在加载前期,破碎岩石的应变随时间的变化曲线存在直线上升段,随时间增加,呈现急剧上升后趋于平缓的特征;不同单一及组合岩性破碎岩石在侧限受压过程中应力与应变均呈非线性关系;根据破碎岩石的应力-应变特征将破碎岩石的压缩变形过程划分为快速压密阶段、缓慢压实阶段及稳定压固阶段。随着轴向压力逐渐增大,破碎岩样的大颗粒骨架破坏、中等颗粒移位滑动、小颗粒填充孔隙;不同岩性的应变与应力呈正相关关系,孔隙率与应力呈负相关关系,组合岩性岩样介于单一岩性岩样之间;不同单一、组合岩性比例与破碎岩样分形维数呈指数函数关系;基于压实变形声发射测试试验结果将破碎岩石压缩过程划分为滑移流动变形阶段、压裂变形填充阶段及压密弹性变形3个阶段;不同阶段破碎岩样的累计计数及累计能量曲线均表现出阶段性的变化特征,随着应力增加,前期声发射累计振铃计数及累计能量表现...     

不同硬岩破裂失稳声发射及b值动态特征实验研究

为了研究不同硬岩破坏过程中声发射及b值演化特征差异,在单轴加载条件下对不同种类硬岩进行声发射实验,得到不同种类硬岩破裂失稳过程中的力学特征,分析了不同种类的硬岩声发射能量率变化特征。并基于振幅与震级之间幂律关系定义声发射b值,对比了不同硬岩破裂失稳过程声发射b值演化特征,并分析了应力水平与声发射b值演化关系。研究表明:高强度、高脆性系数的岩石,从本构关系来看,没有明显屈服点,声发射能量率量级也越大;各试件在临近破坏时的声发射b值均大幅度下降,但花岗岩下降幅度最大。     

牙轮钻头动静耦合碎岩机理及旋挖成桩应用

总结了在不同高温状态下冷却、不同加载速率及随机裂隙发育状态下花岗岩动态抗拉力学特性的变化规律;结合牙轮钻头孔底碎岩过程,分析了动静载荷耦合作用下岩石破碎的载荷-侵深特性曲线,认为动、静载荷耦合作用的加载点（即动载的施加点）应是在静载处于卸载阶段;并根据加载能量大小讨论了不同动静耦合工况下产生的岩石破裂深度及破碎体积,表明通过一定范围内增大静载荷及冲击力、预加静压对岩石进行预应力损伤、加载-卸载-加载的破碎循环模式,有利于高效碎岩及裂纹的发育。嵌岩桩基础工程实践表明,通过改造牙轮钻头等钻具结构形式及布齿方式,利用动静耦合加载方式及对钻头冷却处理,可实现牙轮钻头在微风化花岗岩高效钻进的目的,为牙轮钻头的旋挖钻进成桩应用提供了重要的技术支撑。     

三重复式软岩取心钻具

为了解决驼峰山矿区地表风化层岩心难采的问题 ,我们研制了三重复式软岩取心钻具。1　钻具特点及功能该钻具具有结构简单、组合容易、易损件少、成本低等特点 ,并具有多种功能 :(1)可以装配成半合管式取心钻具 ,在钻进煤层或软岩层时能够采取原状岩矿心 ;(2 )钻具设有单动机构和拦簧取心装置 ,能够在松散破碎地层钻进 ,减少岩心重复破碎 ,防止岩心脱落 ;(3)在软粘土、膏盐等水敏性地层钻进 ,可以防止冲洗液直接冲刷和污染 ,采取到可靠的岩样资料 ;(4)在软硬互换地层中钻进 ,可以克服超前式岩心管遇到硬岩石不进尺的弊病 ;(5 )能够与定向机构…     

硬岩的微波辅助钻进

联合能钻进法是美国矿业局为开发先进的硬岩破碎方法而开展的一项研究工作。采用两种或多种能量联合的有可能克服岩石破碎分离过程中那些制约因素的作用,在该项研究中,采用微波能与机械能作为旋转刮刀钻头钻进硬岩的联合能量。     

静载荷作用下磷矿石多颗粒的破裂过程数值试验

为了研究静载荷作用下磷矿石多颗粒的破碎规律,用岩石破裂过程分析系统RFPA2D建立了在静载荷作用下多颗粒磷矿石在破碎腔内破坏的数值模型,分析探讨了静载荷和破碎腔的约束作用对磷矿石多颗粒试样的破碎效果和能量消耗的影响。数值模拟结果表明,静载荷破碎多颗粒磷矿石时,在破碎腔中间的磷矿石颗粒的破坏单元数相对较多;破碎腔内磷矿石在一定的压缩变形范围内破碎单元消耗的能量相对较少。因此,为了获得较好的破碎效率和节能效果,在设计破碎机时应考虑颗粒的破碎行为。     

微波热力冲击下硬脆砂岩冲击倾向性演化规律试验研究

冲击地压是深部资源开采的主要灾害类型,冲击倾向性是表征冲击地压风险的重要指标。为了探索微波热力冲击对岩石冲击倾向性的影响,本文对典型强冲击倾向性硬脆砂岩开展了微波热力冲击和单轴压缩试验,分析了微波热力冲击后砂岩的物理力学性质和冲击倾向性指标响应规律。研究结果表明：(1)微波作用后,砂岩表面温度随着热力冲击时间增加持续升高,直至150 s发生热破断;(2)微波热力冲击120 s后,砂岩内部结构发生微破裂,岩石冲击倾向性明显减弱,纵波波速与弹性模量分别下降了15.12%、8%;(3)单轴压缩变形破坏过程各阶段声发射信号密度增大,砂岩最终破坏时的绝对能量最大值下降42.3%;(4)岩石动态破坏时间增长了259%,冲击能量指数减小95%,弹性能量指数下降92%,砂岩由强冲击性岩石变为弱冲击性岩石。研究结果为煤炭深部开采冲击地压防治和深地工程高效破岩具有参考价值。     

组合切削具产生的预破碎区对钻进效果的影响

从组合切削具将在岩石中产生预破碎区的论点出发,通过实验定量研究了预破碎区深度与掏槽刃切入深度的关系,得出了预破碎区有利于降低岩石强度及岩石破碎能耗的结论,并用生产试验结果进行了验证。提出了孕镶金刚石钻头钻进Ⅶ～Ⅷ级硬岩时仍存在预破碎区和切削、微切削破岩方式,以及预破碎区并非越大越好的学术观点。     

煤岩层组合对煤体破碎程度的影响

用能量法探讨了放顶煤开采过程中煤岩层组合不同变化即顶硬—煤软、顶硬—煤硬、顶软—煤硬、顶软—煤软对煤体破碎吸收能量变化影响规律，根据煤体破碎吸收能量大小判别煤体破碎程度差异，进而分析其差别对煤体破碎程度和放出性能的影响。研究成果在模型试验和生产实践中获得验证和应用，可作为今后决策的理论依据。