分层分段直眼掏槽在石灰岩井筒爆破中的应用研究

主要介绍了复式三角形分层分段直眼掏槽、复式正方形分层分段直眼掏槽以及孔内微差分段直眼掏槽在石灰岩井简爆破中的对比试验情况。结果表明：复式正方形分层分段掏槽在试验井筒中有最佳的爆破效果，并应用现有岩石动力学的成果分析了这一试验结果的原因。此外，试验还表明最佳的炮孔深度接近于井筒的半径。     

地下厂房硬性结构面切割围岩体爆破振动特性研究

为研究多硬性结构面切割下围岩体的爆破振动特性,依托托巴电站地下厂房,开展多硬性结构面切割围岩体的爆破振动特性现场试验研究。首先,分析托巴地下厂房硬性结构面的岩体特征与现场施工情况;然后,基于工程现场条件,设计地下厂房爆破振动试验方案,开展爆破振动现场监测试验研究。研究表明,多硬性结构面切割围岩体中峰值振速衰减规律受到比例距离(爆心距与炸药量的立方根之比)和结构面倾角的共同影响,呈现显著的非线性关系;同时,重点针对结构面倾角对围岩体爆破振动特性的影响,研究考虑比例距离和单结构面不同倾角下的围岩质点爆破振动规律,并提出相应的计算公式;在此基础上,基于围岩爆破安全振速理论,研究地下厂房多硬性结构面切割围岩体的爆破安全距离,并将研究成果进行工程应用实践。     

锚杆锚索同排协同支护在南关矿的应用研究

针对南关矿高水平应力条件下三采区轨道巷变形量大,难于支护的问题,以锚杆锚索同排协同支护思想为指导,通过现场观测、数值模拟及理论分析,对巷道掘进后围岩中应力演化规律及变形破坏机制进行了研究,提出锚杆锚索同排布置协同支护方案,对比了原支护方案及优化支护方案的预应力场和围岩变形情况。结果表明,锚杆、锚索布置方式及预应力协同后,最大限度发挥了锚固构件力学性能,提高了围岩的自承能力,减小了巷道围岩变形量。现场应用与监测数据表明,锚杆锚索同排协同支护方案具有良好的支护效果,可以有效控制巷道围岩。     

低围压双向压缩条件下竖直裂纹扩展机制研究

为研究地下洞室开挖等岩石工程中双向压缩应力状态下的岩体裂纹扩展机制,以低围压三向受压或单轴压缩条件下含竖直裂纹的岩体试样为研究对象,通过数值模拟的方式分析不同泊松比μ和裂纹迹长a条件下远场轴向压应力和裂纹尖端应力的分布规律。基于叠加原理得到双向压缩条件下竖直裂纹/翼裂纹尖端近场应力的表达式,并推导出该应力状态下裂纹岩体试样的应力强度因子及裂纹扩展方向。结果表明：存在远场轴向压应力时,泊松比μ和裂纹迹长a对裂纹尖端应力分布规律有明显影响。裂纹尖端应力σ_xx与平行于裂纹面的轴向压应力σ_n的比值与泊松比μ成一次函数关系,与裂纹迹长a成三次函数关系。     

煤巷强帮支护理论与应用

 在分析煤巷帮部破坏机制和加固机制的基础上,通过建立煤巷力学模型、分析支护力与莫尔圆的关系、研究帮部极限平衡区宽度及巷道耗能机制,提出强帮护顶概念设计,从理论方面对煤巷强帮支护理论进行论证。应用FLAC3D软件对煤巷进行模拟,详细分析巷道开挖引起的围岩力学响应情况,阐明帮锚杆对帮部强度的影响,从数值模拟角度对煤巷强帮支护理论进行论证。最后,煤巷强帮支护理论被成功应用于马兰、官地等矿山煤巷支护设计,在实践中取得良好效果。研究结果表明：(1) 提高煤巷帮部支护强度,一方面可提高帮部对顶板的承载力,另一方面会减小帮部极限平衡区宽度和顶板广义跨度。(2) 提高煤巷帮部结构体与顶板结构体的强度比值和刚度比值,有利于减少帮部结构体塑性铰的数量,使巷道结构体形成合理耗能机制,提高整体稳定性。(3) 针对帮部比顶板岩体强度低的巷道,采用强帮护顶概念设计形成强帮护顶良性作用机制与合理耗能机制,以保证巷道的安全性。(4) 增加煤巷帮锚杆直径、长度或增大帮锚杆布置密度,可达到有效控制围岩变形、减少极限平衡区的效果。(5) 数值模拟与现场应用均表明,提高煤巷帮部的强度可以提高巷道的整体稳定性,煤巷强帮支护理论在工程实践中具有良好的适用性。     

盾构施工煤巷管片环间橡胶垫纵向变形性能研究

针对目前国内外关于橡胶垫作用影响管片结构变形性能的研究较少的现状,文章分析了隧道采用盾构法施工过程中管片衬砌的受力相当复杂,既有环向荷载又有纵向荷载,这些荷载包括千斤顶压力、围岩及注浆压力等。利用基本力学分析方法,考虑千斤顶推力、管片环与井壁间的摩擦阻力、管片环与橡胶垫之间挤压力的作用,推导了单片橡胶垫的压缩变形量和总压缩变形量的解析式,明确了千斤顶推力对橡胶垫变形的影响规律。指出:管片环之间的橡胶垫在千斤顶的推力作用下,将产生一定的压缩变形量,该变形量会影响整个井筒的稳定性;管片环间的橡胶垫的压缩变形量和千斤顶的推力有关,也和管片外侧回填层注浆时间有关,当橡胶垫和千斤顶之间的距离达到一定数值以后,则不产生压缩变形;当盾构法施工技术参数变化时,受压缩的橡胶垫的个数也不同。     

爆炸荷载下锚杆动态响应试验研究

 通过物理模型试验,研究集中装药爆炸荷载作用下临近工作面端锚锚杆的动态响应。利用黏贴在锚杆上的应变片,测得动载期间不同锚杆断面处和距工作面不同距离锚杆上的应变波,并对数据进行分析研究。模型试验结果表明：爆破引起锚杆的振动时间约为5 ms,初始应变波可以是拉伸波,也可以是压缩波;爆破过后锚杆存在残余变形,最大残余应变发生在锚尾的自由段,最大动态拉应变发生在锚杆中部的锚固段。将锚杆的总应变分解为轴向应变和弯曲应变后,发现临近工作面的锚杆在爆炸动载作用下的主要变形为弯曲变形,轴向变形相对较小;动载过后锚杆处于弯曲状态,随锚杆至工作面距离的增加弯曲应变波的频率和幅值下降明显。采用小波包理论分析爆破引起锚杆振动的频率分布,进一步证明弯曲应变波的频率与锚杆至工作面距离的增加而衰减的规律。与以往现场测试结果的比较表明,物理模型试验测得的应变波总体上反映了工程锚杆的动态响应。     

非饱和土强度的吸力贡献形式研究

在三级法向应力条件下,分别对处于饱和与最优含水率状态时的4种土样进行直剪实验。所得结果表明,基质吸力会转化为土样的一种黏聚力,并以这种形式来增强土样的强度。与此同时,吸力对土样内摩擦角所造成的影响却是很微小的。分别用同种土样来进行持水特性试验,得到了每种土样处于吸湿与脱湿过程时的土–水特征曲线。对土–水特征曲线进行分析后可知,同种土样的强度特征与其所经受的水力路径是息息相关的;另一方面,与饱和土相比,促使非饱和土强度得以增加的因素是多样的,基质吸力只是占主导地位的因素。依据分析所得结果,可将Fredlund等人提出的非饱和土抗剪强度公式表述为更为直观的形式。     

隧道爆破引起喷射混凝土累积损伤研究

为研究隧道爆破引起喷射混凝土累积损伤变化规律,引入损伤因子,采用声波测试仪及爆破测振仪进行现场实测,对多次爆破的等效药量、等效距离、声速进行统计分析。研究发现:爆破引起喷射混凝土累积损伤随着循环次数的增加逐渐增大,该损伤具有不可逆性;4个循环爆破后,距离爆源较近的1号测点累积损伤最大,为0.274,大于规范损伤阈值0.19,但喷射混凝土并没有失稳破坏;距掌子面距离约20 m处,累积损伤约为0.05,振速及损伤出现拐点;测点与掌子面距离小于20 m时,损伤增量及损伤均较大;损伤增量及振速具有良好的幂函数相关性。建议加强距离掌子面20 m范围内的支护。     

厚软弱夹层岩巷中深孔爆破试验研究

为了改善含有厚软弱夹层的岩巷掘进爆破效果,基于软弱夹层爆破理论分析得出的基本结论,探讨分析了软弱夹层的位置、数量、厚度以及走向等对巷道爆破的影响.采用改变炮眼布置方式、调整起爆顺序、减少装药量等方法,进行了现场中深孔爆破试验,取得了良好的爆破效果.结果表明:炮眼利用率均高于92%,循环进尺由原来的1.5 m提高到2.3 m;单位炸药消耗、单位雷管消耗、单位岩体炮眼长度比试验前均明显降低.