基于NSCB方法的冻结红砂岩动态断裂特性试验

采用红砂岩制作中心直裂纹半圆盘弯曲试样（Notched semi-circular bend, NSCB）,设置不同的负温温度对岩石试样预处理,随后利用改进后的分离式霍普金森杆（SHPB）实验系统开展动态试验.结果表明：岩石的断裂韧度存在明显的加载率效应,断裂韧度试验值随加载率的增加近似呈指数型增大;当加载率一定时,岩石断裂韧度由常温进入负温后先缓慢后快速增加,在–20℃时达到最大值,随着温度进一步降低,岩石断裂韧度快速减小.进一步对岩石破裂过程分析发现,不同温度下岩石的断裂过程基本一致,且裂纹扩展速度受温度影响较小.基于岩石断面的扫描电子显微镜结果分析岩石断裂模式为：负温下红砂岩的断裂以沿晶破裂和胶结物的撕裂为主,伴有少量的穿晶破裂现象,同时当温度降低至–25℃时,岩石内部微裂隙数量明显增多,说明负温对岩石具有劣化作用.最后探讨了温度对岩石内部结构的影响机制,对分析岩石断裂特性的低温效应具有一定参考意义.     

坚硬顶板条件下裸顶巷道煤帮稳定性分析及控制对策

为研究坚硬顶板条件下裸顶巷帮的支护问题,综合采用现场调研、力学分析、数值计算和工业性试验等方法,对巷帮稳定性进行分析,并提出针对性的控制对策。根据弹塑性理论,构建巷帮卸荷力学模型,推导出巷帮任一点应力的解析表达式。基于巷帮的应力状态获得巷帮张拉损伤判据,采用控制变量法,通过Matlab计算得出卸荷系数和裂隙面倾角对巷帮损伤的影响。针对巷帮的变形破坏特征,提出基于"强帮护顶,强角控跨"的围岩控制原理,现场试验表明,支护方案可保证巷帮基础的强支承,实现顶板岩梁的微扰动,保障巷道服务期间的安全有效使用。     

龙固矿副井特厚表土层冻结段外壁施工技术

龙固煤矿副井井筒表土层厚567.7 m,冻结深度650 m,是目前国内已施工冻结段深,设计混凝土标号高（C70）,设计复杂的矿井.在高标号、高性能混凝土制作施工方面取得了一定的经验.在治理特厚粘土层方面采取了一定的措施,取得较好的效果,井筒已顺利通过了冻结表土段,进行套内壁工作.在整个施工过程中,取得了安全、优质、快速、高效的效果.     

基于数值模拟的岩石巷道深孔分段装药掏槽爆破研究

随着炮孔深度增加,炮孔底处岩石夹制作用增强导致破岩效率和炮孔利用率较低,原有的连续装药方式不能解决上述问题。在这个基础上,研究了岩石巷道深孔分段装药掏槽爆破技术来提升掏槽爆破效率。使用光滑粒子流体动力学-有限元方法（SPH-FEM)建立了不同分段装药结构的单孔掏槽爆破模型,分析了不同模型爆破过程中岩石粒子抛掷速度、岩石抛掷数量以及爆破腔体特征。结果表明：不同装药结构会影响炮孔附近岩石的损伤范围,传统的连续装药结构在炮孔径向形成的损伤区域比分段装药结构大。此外,连续装药结构由于炸药集中在炮孔底部使得炸药能量分布不均匀,导致掏槽爆破效果差;采用分段装药结构可以增加岩石破碎数量和优化爆破腔体,岩石粒子在飞散过程中会产生2次加速现象;第一段装药比例较大或者较小会明显造成炸药能量利用不合理以及爆破腔体效果差。在模拟中设定的炮孔长度、岩石参数以及炸药性能条件下,当第一段装药比例为0.4时,深孔岩石巷道掘进掏槽爆破能够充分利用炸药能量,达到较好的掏槽爆破效果。将数值模拟得到的最优分段比例应用到现场巷道掘进爆破施工中,并利用数码电子雷管实现掏槽孔内2段炸药的延时起爆。现场试验结果表明分段装药能够在深孔...     

弓长岭铁矿巷道掘进掏槽孔超深长度优化试验研究

巷道钻爆法掘进中,掘进速度的关键在于掏槽。为了研究金属矿山巷道掘进过程中掏槽孔超深与炮孔利用率的关系,基于20世纪90年代以来部分相关文献资料以及开展的掏槽孔超深现场试验成果,探讨了掏槽孔相对于其他炮孔超深长度的合理取值范围。研究结果表明：无论是在金属矿山还是非金属矿山,随着巷道掘进工程量的不断扩大,炮孔深度逐渐增大,但掏槽孔超深长度并没有改变。根据部分金属矿山掏槽超深的数据统计,95.2%的金属矿山掏槽超深长度基本保持在200 mm及以下。基于掏槽孔超深现场试验,在保证其他参数不变的前提下,以掏槽孔超深长度作为单一变量,当辅助孔和周边孔炮孔深度分别为1.8 m和2.0 m时,掏槽孔对应的最优超深分别为300 mm和400 mm,获得的炮眼利用率极值为97%和95%,较超深长度200 mm时分别提高了5.4%和10%,掏槽孔超深长度的变化对炮孔利用率有重要影响。基于掏槽孔超深长度优化问题,引入超深系数[η]概念,当辅助孔和周边孔深为x时,掏槽孔对应的孔深为y,存在最优掏槽孔超深系数[η],使得炮眼利用率最高。     

深部矿井锚拉支架设计理论及应用

论述基于锚拉支架综合抗力的理论设计方法,研究锚杆轴向拉伸与横向阻抗的非线性综合抗力,得出拉杆预紧力的下限和上限值、锚杆锚固力下限值的计算方法及设计理论公式。编制了煤矿锚拉支架的优化设计程序,且在我国最大深井之一的孙村煤矿-1100m水平(埋深1310m)巷道支护工程进行了应用,实测结果表明:设计安全经济、理论有效可靠。     

爆炸荷载作用下动态裂纹扩展试验研究

应用爆炸加载的透射式动焦散线测试系统,分析了爆炸裂纹的扩展规律。用有机玻璃试样直观、形象地研究了爆炸加载和卸载过程破裂时的应力(应变)场、成核区(阴影区)的动态特征变化,分析了爆炸裂纹发展、止裂及破坏模式、动态应力强度因子的变化规律,精确得到了材料在爆炸荷载作用下的止裂韧性值。确认了早期爆炸裂纹是在爆轰压力作用下产生快速扩展裂纹,裂纹尖端形成应力集中和积聚较大的应变能,爆炸裂纹中后期的焦散形式与一般动态焦散接近相同。初步提出了爆炸裂纹的大部分扩展是应变能释放的动态卸载破坏的结论。     

我国煤矿岩巷爆破掘进发展历程与新技术研究进展

巷道是煤炭生产的动脉。基于岩巷钻爆法施工，从爆破关键技术、掘进装备、爆破器材等方面，系统梳理了我国煤矿岩巷爆破掘进经历了爆破质量控制、掘进速度提升和巷道安全服役保障3个阶段的发展历程。在总结分析3个阶段发展特点及历程的基础上，重点介绍了煤矿岩巷爆破新技术的研究进展及工程应用：(1)周边定向断裂控制爆破技术，控制了爆炸能量在介质中的分布，验证了聚能药包对于提升巷道轮廓成型质量、降低围岩损伤以及减少炮眼数量的作用。(2)掏槽眼超深爆破参数优化技术，超深与循环进尺和巷道轮廓面面积相关，超深值直接影响炮眼利用率和单耗，针对淮南顾北矿的典型案例，当超深为400 mm时，爆破效果最好。(3)孔内分段装药爆破技术，最优上段炸药占比为0.382，结合数码电子雷管进行分段起爆，开创了在煤矿巷道采用数码电子雷管爆破的先例。(4)“相似”掏槽爆破技术，从理论上分析了传统掏槽爆破与“相似”掏槽爆破的区别，提出并证实了均化抵抗线的重要性。综合应用上述爆破技术，使全断面爆破的炮眼数量从（5～6）S的平均水平降低至（3～4）S (S为巷道断面面积)，实现了增加单循环进尺、提高炮眼利用率、控制巷道轮廓成型质量、降低围...     

千米竖井硬岩全断面掘进机装备关键技术研用及展望

千米竖井硬岩全断面掘进机装备与技术是实施我国向地球深部进军重大科技战略的关键，是智能化、无人化建井的基础，同时也是建井技术发展方向.为保障竖井全断面掘进机的研制，针对国内外竖井全断面掘进机均不能适用于千米级硬岩竖井的显著特点，回顾了竖井掘进机的发展历程，进一步制定了“技术需求分析—关键技术攻关—整机装备研制—工程应用”的技术攻关路线，围绕岩性原位探识、岩石高效破碎、岩渣垂直排运、岩体稳定支护、装备精准控制等方面，分析了制约千米竖井硬岩全断面掘进机装备与技术发展的2个关键科学问题、6项关键技术难题及其研究思路，并据此提出了以破岩理论研究、高效掘进与协同支护技术研究、主体装备研制、工程应用为核心的4项研究任务.在此基础上，研制了竖井全断面掘进机——“蜀畅号”,并在沿江公路通风竖井工程中进行了试用，单班(8 h)最高进尺2.4 m.最后，提出了竖井全断面掘进机发展的战略路线和技术目标，以期推动我国机械化建井迈向安全、高效、绿色、智能的新阶段.     

隧道爆破新自由面形成时间的识别与应用EI北大核心CSCD

隧道爆破中新自由面的形成影响爆炸能量的传播,能显著降低爆破振动强度。由于现场爆破过程的瞬态性及危险性,难以确定新自由面的形成时间,揭示其作用规律。为解决该问题,提出新自由面形成时间的识别方法,借助电子雷管精准起爆特性设计获取两组对比波形,一是通过现场短延时掏槽爆破试验获取受新自由面影响的实测振动波形;二是按照现场延时间隔,基于叠加理论得到不考虑新自由面影响的计算振动波形。通过希尔伯特黄变换(Hilbert-Huang transform,HHT)分别计算两组波形全时程的累积能量,分析两条累积能量曲线,以差异特征点作为新自由面形成时间。现场应用该方法确定的形成时间为43.5 ms。分析新自由面形成后能量折减率的变化过程,发现存在快速增加到最大值、持续稳定、逐渐降低3个阶段。对比分析短延时(<10 ms)和长延时(>10 ms)爆破条件下的计算振速和累积能量,确定16~19 ms为较优的掏槽孔间延时。