爆破扰动松软煤层对巷道围岩稳定性的影响EI北大核心CSCD

随着煤矿采掘深度的增加,爆破技术在煤矿井下的应用越来越广泛,但因爆破扰动松软煤层诱发的煤与瓦斯突出事故也不容忽视。为研究爆破扰动松软煤层的力学特征以及爆破震动效应对巷道围岩稳定性的影响,以巷道掘进爆破扰动松软煤层诱发煤与瓦斯突出为工程背景,根据相似理论在实验室搭建了爆破模拟试验系统,通过超动态应变仪监测爆破载荷作用下试样的力学特性,结合理论分析和数值模拟探讨爆破对巷道稳定性的影响。研究发现,当爆破孔从岩层进入松软煤层,在该试验条件下产生了类似突出的破碎抛掷过程;爆破裂纹扩展是导致巷道围岩破坏的根本原因,而松软煤层的存在会加剧巷道围岩的破坏程度,促使巷道围岩的裂隙进一步扩展发育,在煤矿井下一次爆破装药量大,炮孔数目多和需要多次爆破的情况下,爆破振动的累积损伤会最终影响到巷道的稳定。研究成果对揭示井下爆破扰动构造带煤岩诱导煤与瓦斯突出的发生机理具有重要的理论价值。     

爆破开采扰动对巷道围岩稳定性影响的模拟研究

以某金矿Ⅶ号矿体-498m水平开采工作面为研究对象,采用有限元数值仿真分析方法研究了该矿爆破开采扰动对巷道围岩稳定性的影响。研究结果表明:受开挖扰动的影响,巷道顶板的最大主应力减小较为明显。在工作面推进过程中,巷道周边岩体向开挖空间内移动,采掘横巷顶部的位移场沿工作面呈现心型分布,且在采掘横巷与水平沿脉巷交汇处出现的最大位移为6.31mm。随着工作面的推进,采掘横巷围岩的垂直位移呈现增大的趋势,当巷道掘进工作面推进3m以内时,其采掘横巷顶板的垂直位移变化较大,最大增大了60.13%;当巷道掘进工作面推进距离超过3m时,顶板的顶部垂直位移变化不明显,而水平沿脉巷道各监测断面的围岩垂直位移趋于稳定;当工作面推进20m后,可认为开挖对水平巷道围岩的垂直位移没有影响。巷道围岩主要表现为剪切破坏,且巷道临空位置顶板和底板主要表现为拉伸破坏和拉剪复合破坏。     

爆破开采扰动对巷道围岩稳定性影响的模拟研究

以某金矿Ⅶ号矿体-498m水平开采工作面为研究对象,采用有限元数值仿真分析方法研究了该矿爆破开采扰动对巷道围岩稳定性的影响。研究结果表明:受开挖扰动的影响,巷道顶板的最大主应力减小较为明显。在工作面推进过程中,巷道周边岩体向开挖空间内移动,采掘横巷顶部的位移场沿工作面呈现心型分布,且在采掘横巷与水平沿脉巷交汇处出现的最大位移为6.31mm。随着工作面的推进,采掘横巷围岩的垂直位移呈现增大的趋势,当巷道掘进工作面推进3m以内时,其采掘横巷顶板的垂直位移变化较大,最大增大了60.13%;当巷道掘进工作面推进距离超过3m时,顶板的顶部垂直位移变化不明显,而水平沿脉巷道各监测断面的围岩垂直位移趋于稳定;当工作面推进20m后,可认为开挖对水平巷道围岩的垂直位移没有影响。巷道围岩主要表现为剪切破坏,且巷道临空位置顶板和底板主要表现为拉伸破坏和拉剪复合破坏。     

大直径深孔采矿爆破震动对凿岩巷道围岩稳定性影响研究

为了研究矿山采用大直径深孔爆破方案采矿作业中爆破震动对凿岩巷道囤岩的影响,以实测爆破震动荷栽为依据,用FLAC3D3.0版作为基本计算工具,从采矿巷道的应力场和变形场的研究着手,研究在爆破震动荷载作用下凿岩巷道的固岩应力场、变形场和塑性区的状况及其变化特征,最终分析得出大直径深孔爆破震动荷载对凿岩巷道囤岩的影响.模拟过程中,相应监测点的变化过程体现了爆破震动对围岩影响的特点.     

采矿爆破振动对巷道围岩影响的数值模拟研究

采用FLAC3D3.0数值模拟软件,对巷道围岩在自然应力状态下和爆破振动荷载作用下巷道的围岩应力场、变形场和塑性区的状况及其变化特征,进行了计算机数值模拟。得到了采矿巷道的应力场和变形场,根据结果对比分析得出深孔爆破振动荷载对巷道围岩的影响及其特点。     

溶洞规模对深埋隧道爆破围岩稳定性的影响

为了研究埋岩溶隧道爆破开挖时围岩损伤机制,通过动静组合(爆炸荷载、地应力共同作用)作用下岩体损伤演化方程建立应力场与损伤场之间的耦合关系,并根据渗透系数随损伤的变化方程建立动静组合作用下岩体渗流-应力-损伤耦合模型。利用COMSOL Multiphysics软件建立计算模型并进行二次开发,研究在不同溶洞空间位置及尺寸条件下爆破开挖对围岩稳定性的影响。研究表明:当溶洞位于隧道上侧时围岩中孔隙水压力最大;溶洞半径越大围岩中孔隙水压力越大。在孔隙水压力的作用下,隧道与溶洞间岩体中的有效应力先衰减后增强。随着有效应力的衰减,隧道围岩损伤范围与溶洞围岩损伤范围的变化规律相反。     

锚喷支护在松软煤层巷道掘进中的应用

本文介绍利用锚喷支护技术在风化花岗岩巷道中的应用,利用常用的新奥法现场实践,总结归纳出锚喷技术在松软煤层巷道中的掘进应用情况。     

小浪底水利枢纽地下工程爆破对隧洞围岩扰动影响的声波检测

本文概述了声波检测中的钻孔布置原则、仪器设备及检测要点，分析了检测成果，提出了半孔率大于９０％的成功光面爆破对围岩影响厚度约为炮孔孔径的８倍，即０．４ｍ左右，是非光面爆破影响厚度的５０％。     

小浪底水利枢纽地下工程爆破对隧洞围岩扰动影响的声波检测

本文概述了声波检测中的钻孔布置原则、仪器设备及检测要点,分析了检测成果,提出了半孔率大于９０％的成功光面爆破对围岩影响厚度约为炮孔孔径的８倍,即０．４ｍ左右,是非光面爆破影响厚度的５０％。     

隧道爆破对顶部桩基的扰动影响

当拟建隧道顶部5 m以上有桩基时,需要考虑爆破开挖对桩基的影响。通过火风山隧道爆破试验研究,针对拱顶2~20 m的围岩内部质点振动和声波检测,证明掏槽爆破和周边眼爆破对围岩振动损伤最强。当掏槽区炮孔起爆8 ms时差、周边眼炮孔起爆4 ms时差时,对围岩内部振动损伤降低到最小,说明采用电子雷管控制爆破可使顶部围岩的扰动处于安全范围。实际隧道顶部4 m以上围岩纵波波速几乎没有下降,最大质点振动速度小于8 cm/s,对于隧道顶部5 m以上的桩基底部基岩影响轻微。     

爆破扰动诱发地下洞室围岩变形突变机制研究

为了研究地下洞室边墙围岩变形突变的产生机制,建立了边墙围岩嵌入块体的模型,从理论上分析了块体受到爆破扰动时产生滑移的机理,并采用LS-DYNA数值软件,计算了不同地应力下爆破开挖引起的块体的水平位移,认为爆破扰动诱发超低摩擦效应导致块体产生残余位移是引发变形突变的原因之一。研究结果表明:当侧压力系数相同时,随着水平地应力的增加,近区和远区爆破扰动所诱发的块体相对位移均呈现抛物线状增加,远区的爆破扰动诱发的块体位移平均可达到近区的60%左右。此外,研究了嵌入在边墙围岩内的两个块体在爆破扰动下的动力响应,发现爆破产生的能量主要被靠近临空面一侧的块体吸收消耗。     

小净距隧道先行洞爆破开挖对后行洞围岩稳定性影响研究

为研究小净距隧道先行洞爆破开挖对后行洞围岩稳定性的影响,以浙江义东高速防军隧道项目为工程背景,根据能量衰减规律推导出爆破施工中围岩振速计算公式,采用有限元软件MIDAS GTS NX模拟不同净距条件下围岩振速及应力的变化规律,将围岩振速数值结果与理论值进行对比分析,验证了振速计算公式的准确性。根据振速与应力之间关系,提出保证隧道安全施工的振速阈值。结果表明：后行洞围岩振速大小理论值与模拟值最大相对误差为5.9%,与现场监测数据最大相对误差为7%,验证了理论公式的准确性;后行洞隧道振速峰值与先行洞隧道爆破中心距呈负相关,围岩迎爆侧面监测点振速峰值大于背爆侧,2D为防军隧道爆破施工时最小安全净距(D为隧道净距),此时上台阶开挖最大振速峰值约为下台阶的1.2倍;爆破开挖后围岩应力峰值与振速峰值主要集中在拱腰及拱脚附近,随着净距增大,先行洞对后行洞的影响逐渐减弱,最终忽略不计;爆破作用下,围岩应力峰值和振速峰值具有一定线性关系,保证隧道爆破安全施工的振速控制阈值为1.9 cm/s,研究成果可为今后类似小净距隧道工程爆破施工提供借鉴。     

爆破荷载对含软弱夹层隧道围岩稳定性和变形破坏特征的影响

为研究爆破荷载对含软弱夹层隧道围岩稳定性的影响,采用中科院武汉岩土所自主研发的CASRock软件系列模块,即弹塑性细胞自动机EPCA3D动力模块,分析了爆破荷载作用下不同方向中间主应力(水平方向、隧道轴向)、软弱夹层与隧道距离(2r、1r、0.5r、0.25r)和软弱夹层倾角(0°～90°)对隧道围岩稳定性的影响。以等效塑性应变为破坏特征量分析围岩的损伤程度,发现当中间主应力沿隧道轴向时对围岩稳定性基本无影响;当中间主应力沿水平方向时隧道围岩稳定性随着中间主应力的增大逐渐增强;软弱夹层越靠近隧道边界产生的影响越大;软弱夹层倾角对隧道围岩的影响程度随角度增长先增大后减小,在60°至75°范围内影响程度达到最大。     

预裂与光面爆破对围岩的影响

本文利用爆破震动、谱分析结论、收敛量测变位及声波观测技术，对在隧洞中进行预裂与光面爆破时，所获得的详实资料进行了统计分析，从不同的侧面论证了两种爆破方法对围岩的影响大小。     

巷道爆破掏槽空腔尺寸对爆破效果影响的模拟研究

为了研究巷道爆破掘进过程中掏槽空腔直径对崩落孔爆破效果的影响,运用ANSYS/LS-DYNA对掏槽空腔附近崩落孔的爆破效果进行模拟计算。建立崩落孔孔距A为450 mm、崩落孔抵抗线L和掏槽空腔直径B均为400 mm的初始模型,并以该模型为基础,保持L和A不变,逐步增大B建立额外4个模型。计算并绘制崩落区岩石的塑性应变图,分析得出:随着掏槽空腔直径的增大,岩石塑性应变区域开始增大,爆破效果逐渐改善,当B/L=2时炮孔之间的塑性应变区域连通,掏槽空腔直径对爆破的改善效果达到最优水平;提取掏槽空腔外一系列监测点的拉、压应力值进行分析后得到相同的结论。研究结果可为巷道爆破孔网参数设计提供理论依据和技术参考。     

煤柱应力下近距离煤层下位巷道稳定性研究

为研究近距离煤层群开采过程中下位煤层巷道稳定性,以山西某煤矿为工程背景,基于弹性力学理论,建立近距离煤层区段煤柱力学模型,采用主应力差作为巷道稳定性判据,并利用数学计算软件将主应力差分布图像化。研究结果表明：1）工作面埋深影响底板应力环境,埋深越大,围岩主应力差越大,巷道稳定性越低;2）巷道稳定性在不同应力集中系数条件下存在显著差异,通过一定手段适当降低应力集中系数,使顶板和两帮均处在“右螺旋”中心线附近,能够有效提高巷道稳定性;3）上位工作面长度从120 m增加至220 m,顶板、左帮和右帮主应力差分别降低约44%,50%,56%,适当增加上位煤层工作面长度可有效提高巷道稳定性。上位工作面长度变化使底板“螺旋”产生运移是影响下位巷道主应力差变化的关键原因。研究结果可为近距离煤层下位巷道稳定性分析提供参考价值。     

片岩隧道爆破对本洞和邻洞围岩的扰动分析

隧道爆破扰动会引起本洞或邻近隧道的围岩振动和应力重分布,致使既有隧道的结构遭受破坏,从而危及行车安全。为探究隧道开挖引起的截面围岩质点振速峰值和拉应力峰值的关系及其分布规律,结合十白高速公路碳质片岩隧道爆破工程,运用LS-DYNA软件对连拱隧道掘进爆破和单隧道掘进爆破工况进行了计算,探明了典型截面围岩质点振动峰值和动拉应力峰值分布特征,分析得出了在爆破近区隧道围岩质点振速峰值方向和拉应力峰值方向之间相互垂直及其分布规律,在爆破中远区隧道围岩质点振速峰值方向和拉应力峰值方向相同并在一定范围类存在比例关系,为隧道开挖过程中最佳测点布设提供理论依据,并能为类似实际工程提供参考依据。     

爆破震动对边坡稳定性影响分析

采用GEO-SLOPE分析软件的SLOPE/W程序和QUAKE/W程序,结合露天矿边坡爆破震动实测数据,对边坡稳定性进行计算.以计算结果为参照来分析、评价爆破震动对边坡稳定性的影响.计算并分析爆破震动对边坡位移、加速度和稳定性系数的影响.     

围岩类别对巷道光爆效果影响的方差分析

通过一个 工程实例，分析了围岩类别对光面爆破的影响程度，提出了一种定量分析巷道光爆析实例统计分析方法，由于该方法简单易可靠，因而具有相当的工程实用价值。     

大冶铁矿爆破开采巷道围岩累积损伤规律研究

大冶铁矿东采场采用无底柱分段崩落法开采,频繁的中深孔爆破作业产生的爆破振动不可避免地对巷道围岩产生累积损伤,甚至诱发岩体的失稳破坏.结合大冶铁矿地下开采的生产实际,对其爆破开采所产生的爆破振动进行了监测,并对巷道围岩在爆破振动作用下的损伤累积规律进行了分析.试验数据表明,在单响药量和爆心距变化不大的情况下,随着爆破次数的增加,爆破振动的损伤逐步累积,损伤参数呈对数函数趋势增加.因此,尽管每次爆破诱发的爆破振动都低于《爆破安全规程》的控制标准,但爆破振动对围岩的损伤会不断的累积,不断使岩体的性能劣化,因而应视实际情况在爆破开采至一定次数后对巷道围岩进行检查和加固,以确保生产的安全.