岩体中线型聚能爆破切割试验及损伤规律研究

线性聚能爆破在预定方向破坏岩体的同时,也不同程度地造成炮孔周围岩体的损伤。为了对岩体线型聚能爆破致裂效果和损伤范围开展研究,在井下巷道壁开展了线性聚能爆破和损伤测试实验,得到了岩体中线型聚能爆破时聚能槽方向和炮孔其它方向的损伤增量随孔深的变化情况。研究表明:岩体线型聚能爆破切割技术产生的金属射流作用于聚能槽开口方向使岩体定向致裂,损伤增量大,而聚能槽开口之外的岩体损伤增量很小。线性聚能爆破具有良好的定向切割作用,保证了切割方向岩体的平整度和块度大小,减少了岩体中的裂纹,提高了工程品质。     

岩体破坏突水失稳的水压致裂机理及工程应用分析

首先从渗流-损伤耦合角度深入研究水压致裂破坏机理,探讨水压致裂过程的渗流-损伤耦合效应,提出了研究水压致裂的难点是破坏模式及失稳压力的确定.针对矿山采动岩体破坏突水问题,系统解释了渗透系数、有效应力系数在突水机理研究中的工程意义.其次,通过对煤层开采过程中底板突水实例模拟,分析了渗流-损伤耦合作用,从稳态和瞬态两个方面探讨了不同有效应力系数条件下煤矿底板突水过程的渗流-损伤耦合效应.研究结果表明:岩层破坏突水不仅和岩层的应力状态和力学强度密切相关,而且还受控于岩层的渗流力学指标;煤层底板有效应力系数越大,突水失稳临界水压越小;渗透系数越大,突水失稳临界水压越小,这对深刻理解岩体破坏突水的渗流力学本质和突水系数的内涵,具有重要的理论和实用价值.     

岩体水力劈裂试验研究

岩体水力劈裂是由于水压升高引起岩体中裂隙发生与扩展的物理现象,通过实验室试验对岩体水力劈裂机理进行初步研究．采用高压渗流-应力耦合试验仪对以水泥砂浆作为岩石相似材料的厚壁圆筒试件进行水力劈裂试验,研究了试件破坏的形式和发生水力劈裂破坏的条件．并通过对试验资料的统计分析提出了试件破坏发生的判断依据,探讨了试件在不同压力环境下水力劈裂破坏的机理．通过理论分析,对试验成果进行了初步的分析,并就试件水力劈裂破坏型式与土体试件试验成果进行了比较．     

不耦合装药系数对预裂爆破效果影响的数值模拟研究

为研究不耦合装药系数对紫金山金铜矿露天矿预裂爆破效果的影响,利用3D-SOLID164作为模型三维实体单元,采用数值模拟软件ANSYS/LS-DYNA对矿山的预裂爆破进行模拟计算,得到炸药爆炸过程中产生的最大拉应力。数值模拟结果表明:不耦合装药系数为3.56时,应力响应值较理想,既能顺利破坏岩体又没有使岩体过度损害,为矿山预裂爆破不耦合装药系数的选取提供了参考依据。     

光面爆破椭圆双极线性聚能药柱有效功及不耦合系数模拟研究

基于动力学仿真软件AUTODYN,对椭圆双极线性聚能药柱(EBLSC)进行了数值模拟。采用二维面对称计算方法,花岗岩岩体,空气夹层不耦合装药条件,研究了EBLSC结构及不耦合系数对光面爆破效果的影响,并建立有效体积功模型以评价爆破效果。结果表明,炮孔连线方向和垂直方向上的比冲量相近,偏差10%,故总能量沿周向近似均匀分布,但炮孔连线方向产生明显侵彻裂隙,且粉碎圈厚度和腔体扩张程度要小得多,表明该装药结构能够明显提高炸药能量的利用率和爆破效果;随着不耦合系数增大,炮孔连线方向上的损耗体积功先减小后增大,存在最大有效功。利用曲线拟合,得到最优不耦合系数约3.62,与相关文献的试验结果相近。     

基于岩体破裂规律的下沉系数变化

采动岩体是一个运动变化的过程,根据其结构演化特征,建立了岩体运动破坏模型。而后根据采动岩体的运动破断规律,研究了岩体下沉系数衰减指数与单位长度断裂块数间的相互关系,并进一步根据现场矿压观测资料,回归出了不同岩性岩体垮落步距与采深之间的函数关系,进而通过推导得出了下沉系数与采深和岩性影响系数间的关系式。计算结果表明：下沉系数随着采深的增大而减小,近似呈负对数关系;不同岩性条件下沉系数也不相同,岩性越硬,下沉系数越小,岩性越软,下沉系数越大。     

煤试样巴西劈裂的声发射特征研究

基于细观损伤力学开发的RFPA2D数值模拟软件,分析了巴西劈裂试样的应力分布特征。利用微机控制试验机进行了煤试样的巴西劈裂试验,对煤巴西劈裂全过程中的声发射特征进行了研究。试验结果表明:声发射事件伴随整个煤试样劈裂过程,在不同的加载阶段有不同的声发射特征;随着载荷的增加,煤的应力场随时发生变化,从加载初期到破坏时,再到破坏后x轴方向拉应力经历了"不明显-最明显-不太明显"的过程;在煤试样将要破坏时拉应力达到峰值,证实了煤试样劈裂是受拉破坏,此时声发射事件最为明显。     

破碎岩体应力-渗流耦合模型及数值模拟研究

为了解决地下矿山岩体防渗及顶底板突水问题,设计破碎岩体应力-渗流耦合试验,分析岩体破坏特征及渗透率变化特征,并揭示应力-渗流耦合试验中岩体的致灾演变规律;结合D-P准则演化推导岩体应力-渗流耦合力学模型,从力学角度解释岩体破坏过程;推导应力-渗流耦合模型在FLAC3D中的有限差分程序,实现耦合模型的二次开发应用.研究表明:岩体的渗透率变化规律可划分为4个阶段(孔隙压密阶段、弹性变形阶段、塑性强化变形阶段及破坏后阶段),其中在塑性强化阶段渗透率产生明显提升并持续增长;增大孔隙水压,岩体泊松比上升,弹性模量下降,破坏角减小,岩体弱化效果明显,破坏形式由主剪切破坏逐渐向次生裂隙的张拉剪切破坏过渡;增大孔隙水压,模型参数F0和m分别以指数形式减小和增大,岩体峰值强度降低,高压水的存在使得岩体劣化程度增加,增大了裂隙发育程度,从而导致突水致灾危险性增加.     

扰动诱发高应力岩体开挖卸荷围岩失稳机制

地下开挖过程中高应力区域围岩易发生动力破坏,对地下工程施工人员及施工设备构成了重大威胁。采用真三轴卸荷扰动岩石测试系统对砂岩进行单面卸荷扰动试验,研究高应力岩体开挖单面卸荷围岩渐进性破坏规律,分析不同初始应力、不同扰动振幅、不同扰动频率静动组合条件下高应力岩体单面卸荷力学、破坏特征。结果表明:①单面瞬时卸荷时,轴向应变存在瞬时回弹-压缩流变现象,轴向应力越大,回弹量越小,压缩量越大;②随着第二主应力的增大,破坏强度呈现一个先升高后降低的一个过程,第二主应力为20 MPa处是破坏强度的转折点;③高应力岩体单面卸荷破坏为拉伸-劈裂-剪切复合破坏,第二主应力对卸荷破坏的最终形态呈现着关键因素,在第二主应力为10 MPa时,试样出现拉伸-劈裂-剪切裂纹,随着第二主应力的增加,试样内部剪切现象逐渐消失,出现的劈裂裂纹增加,在第二主应力为20 MPa时,试样内部基本全部处于劈裂破坏;④动静组合作用下,静载的大小与岩样的强度是决定破坏的主要因素,同等扰动条件下,当静载为破坏强度的80%时,破坏强度为148. 6 MPa,静载为破坏值的90%时,岩样的整体破坏强度为142. 4MPa,静载越大岩体破坏所需的触发能量越小破坏值越低,静载相同时,随着扰动振幅、频率的增加,岩体的破坏强度越低,对高应力岩体开挖卸荷围岩支护理论起到了重要的作用。     

沿空留巷坚硬顶板弱化研究与应用

煤层上方坚硬顶板在工作面回采过程中,极易出现大面积悬顶,进而导致巷道围岩变形破坏,严重威胁采煤安全。为解决这一问题,以某矿沿空留巷为工程背景,研究了不同径向不耦合系数(炮孔直径与药卷直径的比值)对岩石有效应力的影响,进而得出了爆破最优径向不耦合系数。工程实践结果表明:采用该聚能爆破技术后,顶板下沉量减小了62.4%,巷道围岩变形量大幅降低,较好地控制了围岩变形。     

深孔爆破弱化坚硬顶板不耦合系数研究

深孔爆破弱化坚硬顶板的爆破参数直接影响弱化效果,在爆破参数中,不耦合系数影响破碎区和裂隙区半径的大小。当不耦合系数太大时,炮孔壁初始压力太小,影响爆破效果;不耦合系数太小时,炸药能量都损失在破碎区,不能形成较大的裂隙区,也影响爆破效果。因此,需要针对合理的不耦合系数进行深入的研究。     

不耦合装药爆破振动规律分析

系统分析了径向不耦合轴向间隔装药、径向不耦合轴向连续装药爆破时,爆破近区质点峰值振动速度衰减公式,分析结果表明,不耦合装药爆破质点峰值振动速度与装药不耦合系数有关。     

Shock-pulse transmission on driving metal tubes into the ground

Conclusions Analysis of the energy distribution in the transmission of a shock pulse to a metal tube through an intermediate element shows that the efficiency coefficient k_ef, the ratio of the energy in the head of the transmitted pulse to the impact energy, depends on parameters such as the mass and rigidity of the intermediate elements, the magnitude of the added mass, and the tube rigidity. If a circular plate is used as the intermediate element, then k_ef increases with increase in plate thickness until it is 0.2 of the tube diameter. Further increase in the plate thickness leads to increase in energy dissipation uncompensated by reduction in the striker recoil coefficient. The presence of an added mass reduces k_ef, on account of increase in both the energy dissipation and the recoil of the striker. Increasing the tube rigidity — for example, by increasing its cross-sectional area — reduces the efficiency of shockpulse transmission as a result of increase in the striker recoil coefficient and increase in the proportion of energy in the oscillating tail of the elastic pulse. It remains to thank E. N. Sher for useful discussions of the experimental results. Institute of Mining, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, Novosibirsk. Translated from Fiziko-Tekhnicheskie Problemy Razrabotki Poleznykh Iskopaemykh, No. 1, pp. 89–97, January–February, 1998.     

耦合装药特性对深孔预裂爆破应力波能量衰减的影响

针对利用深孔预裂爆破技术对低透气性煤层进行强化增透过程中爆生应力波能量弱、衰减快、信噪比低的现状,对爆破孔装药结构提出了改进方案,建立了耦合装药对爆破孔孔壁透射波能量和爆炸载荷影响特性的数值计算模型,利用Matlab编程技术对此数值计算模型进行了计算并获得解析解。在淮南矿业集团顾桥矿进行了爆生应力波能量受耦合装药系数ξ变化的影响特性的现场实验,对基于功率谱的能量分析法进行了改进,并利用此分析法对实验数据进行分析。数值计算和现场实验均表明:随ξ的增大应力波总能量反而减小;当ξ为1.5时,应力波信号在10~50 Hz频段的能量最强,且信噪比也最高。因而在爆破增透实施过程中应将耦合装药系数ξ设计为1.5左右,从而获得最佳的增透半径和增透效果。     

冻土隧道复合不耦合装药结构液体介质的选择

为减小冻土隧道爆破开挖过程引发的特殊工程灾害, 采用一种复合不耦合装药结构, 即在普通不耦合装药药包周围包裹一层液体介质(水或盐水)。试验结果证明, 复合不耦合装药结构可以降低工作面温度和减小对周围保留冻土爆破振动的损伤。     

X-射线与三种金属作用的定量分析

研究常见金属材料，铜，铝对工业X－射线的吸收规律，测定3种材料对工业X－射线的吸收曲线及吸收系数与板厚的关系。结果表明，X－射线的民材料的原子序数，厚度及X－射线有能量有关，随板厚的增加，3种材料对X－射线的吸收系数都是单调下降的，吸收系数在小厚度范围内逐渐减小，试件厚度超过某一值后吸收系数基本保持不变，随着管是电压的增加，散射比减小，当管电压大小一定量值，散射比与管电压无关，在小厚度范围内，随着板厚的增加，散射比呈直线增加。透照焦距对散射比基本上没有影响。     

拜耳法管道化溶出系统的能量分析

对拜耳法生产氧化铝管道化溶出的能量进行了数值模拟, 研究了生产过程中节能降耗的途径。模拟结果表明:在预热段中, 初级结疤厚度对能耗影响很大, 需要严格控制, 提高预热级数可以提高矿浆预热终温, 但效果不明显;在熔盐加热段中, 各级结疤厚度对结果影响效果相同, 表现为当其处于0～1 mm 区间时热利用率变化幅度很大, 而采用多内管、细内径的工艺方式可以有效的减少熔盐需求流量, 同时发现当溶出温度取值增加至275 ℃以后, 熔盐需求流量巨幅增长, 而热利用率降低明显。     

炮孔约束下双槽聚能管对乳化炸药殉爆距离影响的研究

为研究在炮孔约束下双槽聚能管对乳化炸药殉爆距离的影响,采用外径57 mm、壁厚4 mm的无缝钢管模拟孔径49 mm的周边孔进行乳化炸药和“乳化炸药+双槽聚能管”的殉爆试验研究,测试乳化普通药包和聚能药包在无缝钢管中的最大稳定殉爆距离。结果表明,在无缝钢管约束下,长度17 cm的乳化普通药包和聚能药包的最大稳定殉爆距离为105 cm和130 cm; 由于聚能管约束径向传播爆轰波,增大轴向上同轴点处冲击波能量,使得在双槽聚能管约束作用下乳化炸药殉爆距离显著增大,且外界约束条件越好,殉爆距离越大; 可推理出长度17 cm的聚能药包在隧道周边孔中的最大稳定殉爆距离不小于130 cm。     

综采工作面采用聚能管预裂爆破提块研究

本文针对综采工作面采用微差预裂爆破的方法，存在作业时间较长，影响工作面的出煤时间，产量受影响，难以充分发挥爆破提块的优势作用。本文根据聚能管定向控制爆破机理，首次提出采用聚能管对工作面煤层进行预裂爆破，形成长的分布裂缝，在割煤机的扰动下，以提高开采的块率。试验表明，聚能管能够比原先爆破方法提高块率5％，可为矿取得良好的经济效益；同时该技术也是首次应用到综采工作面，丰富了爆破理论。     

炮孔底部空气间隔装药结构爆破理论与模型试验

从理论和试验角度对轴向不耦合孔底装药结构改善爆破效果进行研究,并介绍了孔底空气间隔装药结构爆破理论。