周边爆破造成围岩损伤的试验研究

降低爆破对围岩的损伤十分必要，利用试验方法寻求周边爆破参数对围岩爆破损伤的影响规律是促进这一问题解决的有效方法。据此，介绍周边爆破造成围岩损伤研究的模型试验技术与测量方法，并对不同周边爆破参数条件下取得的试验结果进行分析，进而获得周边爆破参数影响围岩中爆破损伤分布的基本规律。研究结果对爆破工程实践、爆破参数优化和深入的周边爆破理论研究具有一定指导意义和参考价值。     

隧道断层带注浆加固围岩体爆破动力损伤特征

隧道穿越断层破碎带时为了避免突水、塌方等灾害发生,可以采用预注浆加固再爆破开挖的施工方案。明确注浆加固围岩的爆破动力损伤特性对隧道穿越断层破碎带安全施工具有重大意义。以赣深高铁龙南隧道穿越F8断层施工为例,采用双孔声波法测试得到隧道爆破后注浆加固围岩的声波波速随深度分布规律。基于应力判据和弹塑性本构模型,建立了岩体统计损伤模型,通过Fortran编译生成新的LS-DYNA求解器,采用完全重启动算法计算了10个循环爆破开挖作用下隧道注浆加固围岩的累积损伤演化和分布规律,与现场声波测试得到的围岩损伤分布基本吻合。数值分析结果表明,爆破后隧道注浆加固围岩的最大损伤深度位于仰拱底部,在需要锚杆锚固的拱顶、拱肩和拱腰等部位平均损伤深度均未超过2.5m;隧道上台阶和中台阶部位开挖面围岩上损伤程度最大,但损伤深度较浅,除拱脚外其他关键部位开挖面上围岩损伤程度较小但损伤深度较深。     

巷道掘进中的断裂控制爆破

本文简要地描述了断裂控制爆破技术的基本原理,然后着重介绍了第一次在国内将该法用于巷道掘进的现场试验结果及其与其他爆破方法的比较和效果评价。结果表明,断裂控制爆破对获得良好的周界控制爆破效果具有重要的工程实际意义。     

深井高应力巷道定向拉张爆破切顶卸压围岩控制技术研究

巷道安全关系到煤矿的高产高效,深部矿井的巷道稳定性控制尤为重要。以红庆河煤矿3-1101工作面为工程背景,分析深井高应力巷道围岩变形机制,提出一种深部巷道定向拉张爆破切顶卸压围岩控制技术,并运用数值模拟及现场试验等方法对该技术的作用效果开展综合研究。研究发现,定向拉张爆破切顶卸压技术可保证在不破坏本工作面巷道稳定性的前提下,通过人为主动控制覆岩结构垮断位置,达到优化巷道应力环境的目的。但是,不同切顶效果下,围岩垮落形态、应力分布及变形特征有所差别。数值模拟发现,在一定范围内,增大切顶高度有利于促进采空区顶板岩层垮落,减少悬顶空间,并减小传递至实体煤上的采空区覆岩荷载。增强切顶效果可减小巷道变形,加快巷道围岩稳定。现场试验发现,随着切顶效果增强,煤体内应力峰值和应力稳定值均会下降,应力达到稳定后的滞后工作面距离会缩短,控制巷道的围岩变形量及变形速率会减小。实践证明,采用该技术后,深井高应力巷道的围岩大变形问题得以有效解决。     

深井巷道掘进围岩演化特征模拟与扰动应力场分析

 深井巷道围岩扰动应力场与开挖扰动区的形成密切相关。然而,受现场地质条件和监测技术制约,尚难以准确获得围岩扰动应力的演化过程。为此,首先通过原位监测得到深井巷道围岩开挖扰动区的演化特征;然后,基于监测结果利用反分析的方式构建能较为准确地模拟围岩开挖扰动区演化特征的数值模型;最后,通过这一模型分析了深井巷道掘进过程中围岩扰动应力场的演化特征。研究结果表明：当工作面未掘进至监测断面时,由于工作面前方岩体空间约束,测点应力值基本没有变化;当工作面掘进过监测断面后,巷道帮部、顶底板的主应力大小和方向均发生了变化;通过对比扰动应力场与原位监测得到的开挖扰动区的演化特征,发现两者的部分演化特征较为相似。     

巷道开挖效应下围岩损伤演化规律及试验研究

为了研究巷道开挖卸荷引起的围岩损伤演化规律及力学响应机制,采用RMT-150试验机开展了白砂岩试件三轴加载-卸载-单轴再加载力学特性试验,建立了岩石三维损伤本构模型。根据损伤岩石单轴加载应力-应变曲线,分析其破坏模式,确定了单轴再加载强度、波速与初始轴压加载比的非线性关系。结果表明:(1)三轴应力作用下,岩石损伤演化过程分为5个阶段,即损伤稳定减小阶段、无损伤阶段、损伤稳定增长阶段、损伤加速增长阶段、损伤破坏阶段;(2)单轴再加载强度、波速与初始轴压加载比呈现3次非线性相关关系,从环向应变规律来看,损伤岩石表现出塑性硬化和塑性软化两种状态;(3)损伤岩石以张拉破坏为主,随着损伤变量值增加,破坏形式逐渐向剪切滑移破坏转化。通过对岩石损伤演化规律的研究,为工程围岩稳定性判别及预警提供理论依据。     

泥岩砂岩互层隧道光面爆破围岩损伤试验研究

为了减少掘进爆破对会排山隧道围岩的损伤范围,改善爆破的成型效果,减少超欠挖现象,确定掘进爆破参数.采用声波探测的试法,针对隧道泥岩砂岩互层围岩的试验段共进行了5次试验,每次试验采用不同的周边孔爆破参数.根据试验结果确定了不同爆破参数作用下围岩的损伤范围,通过分析爆破参数与围岩损伤范围间的关系可以得到以下主要结论:泥岩砂...     

煤矿软岩巷道掘进爆破振动特性研究

通过现场爆破振动、松动圈实测和分析,研究煤矿软岩巷道掘进爆破振动效应及其对巷道松动圈半径的影响。振动测试和小波分析结果表明：爆破振动速度3个方向的分量中水平径向最大、垂直方向最小,因此可将水平径向振动速度作为巷道掘进爆破振动的安全评判指标;爆破振动主振频率均＞100 Hz,爆破能量的80%左右都集中在100～150 Hz频带范围内,且存在2个明显的“子频带”。松动圈测试和分析表明：巷道稳定后的松动圈半径为1.8 m左右,其中爆破振动的影响约占10%。据此调整支护参数,增加锚杆长度,提高支护的安全可靠性。在此研究的基础上,从爆破参数和装药结构等方面提出降低煤矿软岩巷道爆破掘进爆破振动效应的措施。     

定向聚能爆破弱化综掘工作面逆断层应用研究

针对综掘工作面过逆断层采用普通爆破预先弱化硬岩时巷道围岩和构造区域煤岩体的稳定性问题,通过理论分析和对比模拟实验研究爆破扰动逆断层构造带的突出原因,提出改变装药结构,采用定向聚能爆破的预防对策并进行现场应用。研究发现,爆破应力波传播到逆断层构造区域时,在煤岩交界面发生波的透射和反射,爆破振动的累积损伤使不同煤岩介质交界面的破坏最为严重,加大了煤岩体的损伤程度和破坏范围,为瓦斯动力灾害的发生提供了弱面,有利于突出的发生;定向聚能爆破可以使爆破作用集中在岩体方向,减少应力波对构造区域煤岩体的扰动;在本实验条件下,聚能方向的应力比普通爆破增加2倍左右,非聚能方向的应力减小约3倍。现场应用表明,采用定向聚能爆破后,综掘工作面坚硬岩石中的裂纹损伤扩展,达到了预先弱化的目的和综掘机破碎岩石的要求,工作面上方逆断层构造区域的煤岩体基本完整,为综掘工作面安全快速通过硬岩逆断层提供了保证。     

深部层状围岩巷道物理模型试验研究

伴随浅部资源的开采枯竭,深部开采的频率将会增加,并且采深也会加大。深部巷道围岩大多为沉积岩,沉积岩的层理结构面,使其变形破坏特征明显不同于均质岩体结构,给巷道的稳定控制带来了困难。鉴于此,依托WYQ1000—Ⅰ型地下工程综合试验模拟系统,对深部层状围岩巷道展开物理模型试验,研究了三种支护方式下巷道的变形破坏特征及围岩的应力演化规律,为深部开采工程提供一定的参考。     

卸压爆破下强冲击危险巷道围岩振动规律试验分析

 针对目前参数设计不合理的卸压爆破常常导致巷道围岩损伤破坏,降低防冲效率的问题,采用PASAT-M型便携式微震探测系统,在煤矿井下现场原位开展煤层爆破振动试验,并结合预先加窗短时Fourier变换技术,定量研究卸压爆破下强冲击危险巷道围岩的振动规律。研究表明：(1) 在距震源20 m范围内,爆破帮的振动主频随距震源距离的增大呈指数关系增大,顶板的振动主频随距震源距离的增大呈线性关系单调递增,而非爆破帮的振动主频随距震源距离的增大呈二次曲线关系先升高再降低;(2) 爆破帮的振幅随距震源距离的增大呈指数关系衰减,超过20 m范围卸压爆破对围岩的损伤破坏效应变得十分微弱;(3) 由于巷道各个方位的围岩受到面波和体波的影响程度各不相同,导致了不同方位围岩振动特征(类型、主频和振幅)的差异性;(4) 卸压爆炸下巷道各方位围岩的振动类型、主频和幅值并不一致,由此爆破震动波下的损伤破坏效应也有较大区别。结合上述现场实测结果和现有理论,从控制卸压爆破振动的幅值、频率和持续时间3个指标以及增加巷道围岩抗震性能方面,提出优化爆破参数,防止卸压爆破对巷道围岩损伤的建议。     

立井煤矿TBM掘进巷道围岩稳定性数值计算

针对立井煤矿TBM掘进施工硬岩巷道的施工现场情况,采用FLAC~(3D)有限差分法数值计算软件分别对无支护工况和现场实际工况两种工况进行了模拟及巷道围岩稳定性分析。通过研究两种工况支护条件下的应力场和位移场的分布规律,说明现场支护方案可有效保证巷道的稳定性,为今后立井煤矿TBM掘进硬岩巷道支护方案设计提供了理论依据。     

深井掘进顺序对巷道群围岩稳定性分析

为研究开挖顺序对巷道群稳定性的影响,以新集二矿2108采区为工程背景,运用FLAC^3D软件对210813里风巷、机巷和210818底板巷模拟,分析了三条巷道在不同开挖顺序下其垂直应力与位移的变化。结果表明：不同开挖顺序对巷道周围应力影响较小,对巷道的变形有一定的影响。当按照底板巷—机巷—风巷的开挖顺序时围岩的稳定性最好,巷道发生的变形最小。     

深井煤层巷道围岩控制技术及试验研究

分析深井煤层巷道围岩变形特征和支护失效的原因，提出此类巷道的内外结构耦合平衡支护原理。对深井煤层巷道的围岩控制，必须有较高强度的支护结构参与巷道开掘后围岩应力的调整过程，减少围岩内部煤体强度损失。在巷道周围应尽快形成稳定内部承载结构，这样才能缩小围岩塑性流动区的范围，维护巷道的稳定。进行工业性试验，取得较好效果。     

软岩巷道围岩流变特性试验研究

流变特性是软岩固有的属性,在长期荷载作用下的软岩巷道支护设计必须考虑岩石的流变特性.针对“三软”煤层巷道围岩大变形、难支护的具体情况,以显德汪矿的主运输大巷为研究对象,进行了三轴压缩流变试验,获得了泥岩的流变参数,从而为下一步的软岩巷道支护设计、施工提供了科学的依据.     

软岩巷道围岩流变特性试验研究

流变特性是软岩固有的属性,在长期荷载作用下的软岩巷道支护设计必须考虑岩石的流变特性。针对“三软”煤层巷道围岩大变形、难支护的具体情况,以显德汪矿的主运输大巷为研究对象,进行了三轴压缩流变试验,获得了泥岩的流变参数,从而为下一步的软岩巷道支护设计、施工提供了科学的依据。     

浅埋隧道掘进爆破振动特征研究

浅埋隧道掘进爆破振动特征有别于其他类型的爆破,作者根据浅埋隧道掘进爆破振动监测数据,拟合得到了泰山花岗岩中地面振动速度的变化规律。应用小波分析方法分析了浅埋隧道掘进爆破的振动频谱及能量分布特征。其研究对丰富地震波传播理论、指导隧道工程开挖爆破施工和保证地面建筑物安全起到了重要作用。     

大断面隧道爆破开挖围岩损伤范围试验研究及数值计算

 结合大帽山大断面隧道群的现场声波监测,研究推进式往复爆破作业的双侧壁导坑法施工的大断面隧道的围岩累积损伤范围,声波监测结果表明,在推进式的多次爆炸荷载作用下,围岩将产生一定程度和范围的损伤;侧壁围岩的累计损伤范围主要由与其齐平的导洞I的开挖掌子面爆破决定;其损伤范围随着导洞I开挖掌子面的接近而逐渐增大,当两者齐平时围岩的损失范围达到最大;但当导洞I开挖掌子面逐渐远离和导洞III爆破开挖通过时,围岩的损伤范围并没有扩大,仅导致损伤围岩的损伤程度增大。基于此,在模拟推进式往复爆破荷载作用下围岩的损伤范围时,用与监测断面齐平的单次爆破近似表示推进式的多次爆破,通过DYNA软件将此决定围岩损伤范围的振动速度转化为爆炸压力,再将爆炸压力传递给用UDEC软件实现的各向异性岩体损伤模型,通过与声波监测结果对比,此方法可以较好地模拟推进式往复爆炸荷载作用下围岩的累积损伤范围,并可为类似工作提供参考和借鉴。     

基于特征应力点提出围岩爆破前后损伤比例公式

目前大多数隧道采用的是爆破掘进,炸药爆炸后的冲击应力会对隧道围岩造成不同程度的损伤。隧道围岩的损伤积累会降低围岩强度进而会影响岩体稳定性。岩石的破坏过程在微观上是内部缺陷微裂隙发展、传播、贯通,但岩石的内部微裂隙损伤难于直观观测。笔者通过室内岩石三轴压缩破坏试验和声发射特征试验所获得岩石加载过程的特征应力点判断岩石内部微裂隙发展阶段。特征应力点有裂隙初始应力—原岩损伤强度、爆破应力—凯塞点强度、裂隙贯通应力(长期强度)—原岩强度、抗压峰值强度。基于对围岩破坏过程的特征应力点的研究,提出了围岩爆破前后的损伤比例公式,量化了隧道爆破后围岩相对于原岩的损伤程度。