切缝药包掏槽爆破研究与应用

切缝药包对爆炸能量具有极强的导向作用,将切缝药包引入到掏槽爆破,提出“先切后掏”的爆破思想。先采用切缝药包爆破将中心部分岩体与围岩分割开,克服爆炸初期自由面单一,围岩的夹制作用大等不利因素。在后续炮孔的爆炸作用下,将槽腔范围内岩体破碎,并抛掷出槽腔。进行了矩形切缝药包掏槽数值研究,结果表明：沿切缝方向能量得到了优先释放,沿切缝两炮孔中间的有效应力达到200 MPa以上,炮孔间裂纹形成贯穿。单独掏槽爆破炮孔利用率达到97.8%,全断面一次爆破平均炮眼利用率为96.9%,验证了切缝药包掏槽爆破的可行性。     

深部脆性岩石三轴卸荷实验研究

深井巷道支护成为影响安全、制约正常生产的主要因素,某些深部开采矿井的围岩没有表现出软岩的特性,顶板在冒落之前没有明显变形,表现为小变形、脆性破坏和顶板突然冒落的特性.本文根据煤矿现场复杂高应力脆性围岩巷道顶板变形、破坏实际,对其岩石试样进行了卸荷破坏三轴实验研究,研究深部复杂高应力脆性破坏围岩的变形、破坏机理及其力学特性,为深部脆性围岩巷道支护方案设计和优化提供有力支持.实验研究结果表明,在深部复杂高应力环境下,中等稳定脆性围岩巷道顶板破坏属于卸荷不平衡力引起的变形破坏,必须采用围岩-支护体之间的刚度、强度、变形相互耦合支护技术,才能有效防止巷道顶板发生剪切、错动或断裂破坏.     

爆炸冲击荷载下相邻巷道裂隙扩展机理模拟试验

为探究邻近巷道裂纹缺陷受爆炸荷载作用的扩展机理,采用透射式动态焦散线实验系统进行模拟实验。结果表明,对迎爆侧隐性裂纹,当裂纹与巷道左壁相对距离10 mm时,裂纹右尖端扩展因巷道的存在使预制裂纹导向作用更显著,引导爆生主裂纹与预制裂纹左尖端贯穿,衍射后作用于右尖端反射拉伸引起;对背爆侧隐性裂纹,当裂纹与巷道右壁相对距离4 mm时,裂纹扩展源于薄弱的巷道临空面将绕射的应力波能传递并导向裂纹缺陷,裂纹受拉扩展贯穿。巷道存在会增加其围岩裂纹缺陷处动应力集中,在爆炸应力波作用下会诱发裂纹扩展。     

非静水压条件下深部岩石能量耗散规律及破坏特征试验研究

深部岩石常处于非静水压初始应力场,岩石所处应力状态的不同导致其对动态荷载的响应有所差异,为研究非静水压及动载耦合作用下岩石的动力学行为,利用分离式霍普金森杆试验系统,开展多种初始应力组合下的岩石动态压缩试验,分析不同非静水压条件对岩石能量耗散及破坏规律的影响规律。通过试验结果发现,轴压和围压均对岩石动态强度产生显著影响,以8 MPa时为临界点,岩石动态强度随着轴压提升呈先增加后减小的趋势,但岩石动态强度随着围压的增加持续增大;岩石耗散能随着轴压的增加逐渐减小,但随围压变化趋势较为复杂,在轴压较低时,耗散能随着围压的增加而减小,在轴压较高时,耗散能随围压提升表现出先增加后减小的特征。根据试样的表观及内部破坏形态,结合分形理论及CT扫描技术,分析不同非静水压力条件下岩石的破坏模式发现,岩石表观裂纹与轴围压比存在显著关联,当轴围压比较低时,岩石侧面及端面裂纹较少,随着轴围压比的提高,岩石表观裂纹明显增加。通过对岩石扫描后横向及纵向切片分析发现,岩石内部同时存在环向和径向裂纹,且岩石破坏由贯穿型剪切裂纹控制。同时可以发现,非静水压条件下岩石的破坏可分为中心圆台形岩块和周边破碎岩块2部分,当轴压...     

掏槽孔超深深度对爆破效果的影响

煤矿岩巷钻爆施工中,速度的关键在于掏槽.随着岩巷掘进工程量不断增大,虽然炮孔深度逐渐增大,但是掏槽孔超出普通孔的长度并没有改变,基本保持在200 mm及以下.针对掏槽孔超深与炮孔利用率这一问题,本文在超深系数η的基础上,引入裂隙区重合度φ的概念,利用数学建模方法,分析了不同超深深度爆破时的岩石应力状态,建立了超深深度及岩石碎胀系数之间的关系,并确定了掏槽槽腔主要参数的计算公式及取值范围,发现存在最优掏槽孔超深系数η和裂隙区重合度φ,使得炮眼利用率最高.利用LS-DYNA数值模拟分析了掏槽孔超深爆破时爆炸应力波的传播规律和孔底岩石的受力特征,并比较了200、300、400和500 mm不同超深深度的应力波强度变化特征并应用于岩巷掘进现场,对比了超深爆破方案和普通爆破方案的单循环进尺、炮孔利用率、眼痕率及大块率等爆破效果指标.结果表明,当超深深度为400 mm时,炸药爆破能量充分用于破岩,能量利用率最高,爆破后形成重叠的裂隙区,增大了后续爆破的自由面,提高了爆破破岩的效率,对岩巷钻爆法施工的参数优化有一定的指导意义.     

非均匀荷载下斜井井壁应力和位移场弹性分析

为了获得非均匀荷载作用下非圆形斜井井壁的弹性解析解,获悉非圆形井壁的应力应变分布规律,建立了受围岩土骨架压力与孔隙水压共同作用的直墙半圆拱斜井井壁模型,首先利用混合罚函数方法计算出不规则井壁的映射函数方程;其次利用复变函数理论,推导出井壁全应力和位移场弹性近似解析解,并通过数值模拟对解析解进行了验证,最后考虑了接触面孔隙率n_p、卸载率η、侧压力系数λ和井壁厚径比ξ等因素的影响。结果表明,映射函数可高度映射非圆形井壁断面,保证井壁形状对理论解的影响;针对直墙半圆拱型井壁,底板和侧墙与底板连接处应力梯度最大,井壁底板和拱顶内缘中心为防裂控制点,接触面孔隙率变大会缓解顶底板的拉应力,但同时会增加侧墙处拉应力,接触面孔隙率可改变拱顶和侧墙的受力状态,n_p≥0.8后,侧墙上端为防裂控制点,拱顶内缘转为受压状态;井壁厚径比ξ的变化可显著减小井壁的受力和变形值,但不改变井壁的受力和变形状态;因此在井壁设计时需综合考虑井径与侧墙高度比,合理优化井壁断面,围岩卸载率直接反映了井筒开挖后围岩作用在井壁上的荷载,在设计和施工时应充分利用围岩自承载能力,减小井壁所受...     

爆炸荷载作用下预裂缝宽度对裂纹扩展的影响

为探究预裂缝宽度对爆生、原生裂纹扩展的影响,基于焦散线系统和有限元数值模拟方法开展了一系列研究.结果表明:预裂缝可加强炮孔与预裂缝之间岩体破碎,阻碍爆生裂纹向保护岩体扩展,引导爆生裂纹向预裂缝两端扩展;在爆生气体膨胀作用下,预裂缝有闭合趋势,随着预裂缝宽度的增加,裂缝闭合用时增长,预裂缝面闭合后产生挤压应力峰值减小;爆炸荷载下,保留岩体内原生裂纹靠近炮孔一侧翼裂纹起裂时的应力强度因子小于背离炮孔一侧;随着预裂缝宽度的增加,原生裂纹的扩展长度与其两端应力强度因子均呈现先降低再上升的变化规律,原生裂纹迎爆侧起裂时的应力强度因子逐渐降低.     

悬浮下沉钻井井壁筒轴向失稳特性与滑移试验

以现场实际井壁下沉过程为条件,自行设计了钻井井壁模型试验装置和试验过程,完成了钻井井壁的悬浮下沉模型试验.结果表明,井壁触底后随着配重水量的增加,筒体竖向轴线的形状类似于正弦曲线;井壁内力增加,井口支承反力也在增加.通过对试验结果的分析,得出井壁底的滑移主要是由于配重水质量增加引起的.     

几种表征乳化炸药稳定性方法的实验研究

实验室评价乳化炸药的稳定性主要采用高低温循环法、水溶法及电导法。本文采用高低温循环法对乳化炸药试样进行强制作用,然后测量炸药的爆速、硝酸铵析出量及电导率变化,探讨了各种性表征方法之间的关系,得出了有益的结论。     

深部大断面岩巷快速掘进技术研究

结合孙村煤矿深部大断面岩巷掘进,解决了液压钻车、侧卸式装岩机配套在岩巷掘进的关键技术问题,提出了适用于深部岩巷掘进全断面多重锚喷支护和中深孔爆破技术,实现了大断面岩巷全断面一次打眼、一次装药、一次起爆、一次支护的一次掘进技术,提高了深部岩巷工程质量,掘进速度提高30％以上。