大倾角综采放顶煤开采裂隙非稳态演化规律

大倾角综采放顶煤岩层控制技术是煤炭开采与岩层控制的重点研究内容之一。利用非平衡断裂统计方法 ,以某矿综采放顶煤工作面开采的围岩破断规律为研究对象 ,结合相似材料模拟实验与现场应用情况 ,对在非对称载荷作用下的围岩裂隙非稳态运动及演化规律进行了分析 ,为工作面顶部围岩非稳态演化趋势、采空区控制的关键层位与范围的选择、围岩失稳的时空演化规律、支架稳定性的有效控制提供正确理论和科学依据。     

突加载荷法在模拟爆破中的应用

应用突加载荷法来模拟爆破振动响应，探讨利用采集到的硐室表面的振动速度或位移等物理量这些测试结果来反演岩体内部的应力场。模拟中采用位移等效原则来确定突加载荷的大小、作用时间和作用范围，通过岩体力学有限元分析软件来计算，以进行岩体内的动态应力场的分析和巷道围岩稳定性的研究，确定岩体临界振动速度时临界爆破药量。将此方法应用工程实际当中，取得了显著的效果。     

爆破作用下金属矿山围岩稳定监测点优化布置

利用矿山现场取得的爆破地震波,结合矿山的实际开采状况,对爆破作用下金属矿山围岩稳定的监测点进行优化布置研究.为了分析爆破作用对地下金属矿山围岩稳定性的影响,截取矿山具有代表性的VII-2矿体剖面,利用光纤光栅传感器对现场爆破作用下的围岩应变进行监测,对爆破作用下围岩的稳定性进行数值模拟计算.依据数值模拟计算结果对围岩监测点的布置位置进行优化.研究结果表明,光纤光栅传感器对爆破作用造成的矿山围岩微应变能够有效的监测,利用光纤光栅进行矿山围岩稳定性监测是可行的.依据爆破前后巷道的位移、应力、加速度和速度变化规律,在布设传感器监测点时将规律点和关键点相结合,定期监测和长期监测相结合,可以更有效地进行地下金属矿山围岩稳定的监测.并适当增设补充点,能够对巷道监测关键点的布置进行有效优化,提高监测的针对性.在实际应用中,应结合应用现场的实际地质条件,在节理和裂隙发育或存在大断层区域增设监测点,以保证监测数据的完整和决策的正确.     

多次爆破作用下巷道围岩累积损伤演化与破裂特征

为研究多次爆破作用下巷道围岩累积损伤演化与破裂特征,建立考虑扰动效应的时效损伤本构模型.二次开发扰动效应的时效损伤本构模型,并建立数值模型验证了开发程序的正确性.将本构模型应用于深部巷道多次爆破开挖的数值模拟中,研究围岩累积损伤演化特征与破裂特征.结果表明：地应力对巷道围岩爆破累积损伤有抑制作用,地应力越大,抑制作用越明显;围岩的损伤程度随爆破扰动次数的增加呈现非线性累积特征,围岩损伤范围也随着爆破荷载作用次数的增加而扩大;巷道围岩近区在多次爆破荷载作用下损伤严重,巷道围岩表层出现破裂现象.     

CO_2气爆含控制孔煤层裂隙演化颗粒流模拟

CO_2深孔预裂爆破是实现低透煤层瓦斯抽采的重要煤层增透技术手段。为更加准确地分析CO_2气爆作用下煤层裂隙演化规律,解决CO_2爆破过程存在非连续、大变形的问题,基于颗粒流方法(PFC)建立细观数值模型。通过将CO_2气爆应力波等效为半球面谐振波,分析CO_2气爆作用下煤层颗粒速度场;以颗粒膨胀加载法和动边界条件处理法,应用PFC2D构建二维数值模拟模型,分析CO_2气爆含控制孔煤层裂隙演化规律。结果表明:CO_2爆破应力波入射过程中,钻孔边界发生明显的动力效应,自孔周呈现推进式破坏区;煤层埋深增加,起裂压力增大,主裂纹形成后裂隙扩展范围增大;设置控制孔能有效加速裂隙发育,裂隙扩展深度和影响范围均有显著增加。该模拟可以解释爆破应力波的传播规律和描述煤岩体的动力破坏过程。     

巷道围岩裂隙的分形演化规律试验研究

通过对模型巷道的相似材料模拟试验 ,研究了巷道顶板和两帮的裂隙随载荷变化的分形演化规律 ,得出围岩裂隙的分形维数与载荷比呈线性关系 ,两帮的裂隙分形维数一般大于顶板 ,两帮的裂隙分形演化规律相同。通过测量围岩裂隙的分形维数 ,可定量评价巷道的损伤破坏程度和稳定性。     

动力扰动下高应力巷道围岩动态响应规律

 采矿过程中,爆破震动等动载荷常会导致高应力巷道失稳塌陷,诱发岩爆发生。根据弹性力学和应力波理论,分析扰动波诱发高应力巷道失稳破裂的机制。针对用沙坝矿高应力巷道受到动力扰动破坏的情况,运用颗粒流软件PFC^2D对动载荷作用下高应力巷道的稳定性进行数值计算,通过改变动载荷幅值的大小,探讨扰动应力波强度的变化对巷道围岩应力场、位移场及破坏区范围的影响,对模型采用静力和动力两种计算方案。研究表明：动载作用下巷道围岩应力场、位移场及破坏区范围相对静力计算结果显著增大;随扰动应力波强度增加,巷道顶、底板的应力、位移及裂纹数量也显著增加。为了避免动力扰动诱发高应力巷道失稳塌陷,给出了几条建议。     

炮孔水耦合装药爆破破岩机理研究

根据爆炸相似律和水中冲击波的基本方程探讨了炮孔水耦合装药结构的孔壁压力;建立了爆炸载荷作用下岩石的动态应力场,据此从理论上求出了炮孔水耦合装药爆破时裂隙区半径、粉碎区半径和光面爆破或其它成型控制爆破的最佳装药不耦合系数;最后,通过工程实践进行验证.     

深部开采巷道滞后突水防治技术

针对深部矿井巷道受承压水威胁在巷道服务期间易产生滞后突水问题.采用理论分析方法,研究了巷道滞后突水防治技术.分析结果表明:随着时间的延续,巷道围岩有效隔水层在矿压及水压长期作用下,围岩破坏范围逐渐扩大,裂隙进一步扩展,有效隔水层受到破坏,裂隙与高承压水连通,形成突水通道;分析了突水时间效应及防突水措施机理,提出了通过优化支护参数达到增强防突潜能的目的.基于悬吊理论和Ansys软件,对巷道支护参数及安装载荷进行了优化.结果表明:断层破碎带附近巷道顶底板最大位移量为132 mm,两帮移近量最大为123 mm,顶板离层量为8～15 mm,巷道围岩得到了有效控制,在服务期间,没有发生淋水等现象.该成果对预防巷道滞后突水有一定指导意义.     

坚硬煤层爆破致裂增注技术研究及应用

为解决坚硬煤层注水难度大的问题,对煤层采取爆破致裂的技术,增加煤体裂隙,以平顶山矿区某煤矿为研究对象,验证了爆破致裂增注技术在坚硬煤层中的应用效果。结果表明:单孔爆破后裂隙扩展范围达到2~3 m,注水流量及总注水量比普通钻孔显著增大。双孔同时爆破时,由于应力波的相互叠加,使煤体应力重新分布,在两孔之间形成相互贯通的径向裂隙和环向裂隙,裂隙扩展范围可达6 m,爆破效果优于单孔爆破。     

水下深孔爆破岩石裂纹扩展及损伤规律

由于水下环境的隐蔽性，水下爆破效果及其对周围的影响具有不可预见性。基于LS-DYNA数值模拟，分析了单孔水下爆破对岩体的损伤及上部水体的影响、不同起爆位置与多孔爆破对围岩的损伤规律。结果表明:水下单孔柱状装药爆破时，炮孔破坏范围主要沿孔径方向扩展，底部出现两条明显的“八字形”损伤裂纹；炮孔底部起爆、炮孔装药中点起爆、炮孔装药段两三分之一点起爆，三种起爆方式对围岩的损伤形态基本一致，但底部起爆模式下，底部的“八字形”裂纹开口更大、长度更长。炮孔装药中点起爆时，炮孔底部岩石损伤的深度最大、底部起爆时最小。底部起爆对上部水体的压力峰值最大，中点起爆压力峰值最小；多炮孔起爆下岩石损伤形态相似，损伤范围随着炮孔数目的增加而横向扩展，爆炸区域下方两边角处的横向、纵向裂纹，随爆破孔数的增加而继续向外扩展。研究成果对于水下深孔爆破围岩损伤规律的研究具有一定的指导作用。     

爆破漏斗实验及动力作用分析

介绍了爆破漏斗的实验设计和实验方法,并对实验结果进行了分析。通过实验,得到了药包在模型煤层介质中的爆破漏斗参数和产生松动爆破时的临界埋兴。基于爆炸动力学理论,得出了药包爆炸裂隙区半径的计算与药卷临界埋藏深度基本吻合的结论,从而证明了“三区”理论计算式的正确性,为特定条件下爆破工程控制参数的设计提供了理论依据。     

坠落式危岩剧动式崩落与激振效应

针对坠落式危岩,考虑自重和裂隙水压力影响因素作用下,建立危岩崩落激振效应物理模型。联合断裂力学和波动理论从能量角度量化危岩体之间的相互作用,获取崩塌体崩落瞬间的启程速度计算式,根据危岩崩落激振波在岩体内的传播机理,构建了激振波作用下岩体介质质点位移速度计算方法。通过实例分析,建立的坠落式危岩剧动式崩落与激振效应分析结论和实际情况基本一致,对进一步实施危岩破坏及演化机制研究提供了科学依据。     

巷道围岩卸荷破坏裂隙发展模型试验研究

为了深入研究巷道围岩卸荷破坏裂隙发展规律,针对试验考察巷道突然开挖卸荷后周边围岩裂纹的扩展状况,自行设计巷道卸荷试验装置和试验方法,采用有机玻璃板模拟围岩,中心挖去缺口部分代表巷道,遵循试验模拟的相似模型准则来设计试验,并采用高速摄影方法对模型裂缝的发展进行拍摄.试验结果表明:围岩中的弱面不但是加载过程中最容易破坏的位置,也是卸荷破坏过程中强度最薄弱的位置;裂纹的扩展方向与主要卸荷方向垂直,属于拉伸破坏类型;卸荷后在巷道的角部产生了拉应力集中.     

岩体爆破损伤计算公式的改进

岩体爆破损伤具有时变累积特性,且爆破损伤增量大小是以本次爆破作用前岩体宏观力学参数水平为前提,据此对经典爆破损伤计算公式进行改进。工程应用情况表明:岩体爆破损伤经典算法的计算结果偏于保守,在一定程度上会阻碍爆破开挖效益最大化;爆破损伤改进算法可反映岩体内部孔洞、裂隙等缺陷在爆破动荷载作用下的闭合、密实现象,且更能体现岩体中声波速度的变化幅度,其工程应用效果良好。     

水泥浆封堵深孔预裂爆破合理封堵长度

针对深孔预裂爆破装药量大,传统炮泥封堵易发生“冲孔”的问题,提出以水泥浆为封堵材料,并对其合理封堵长度进行研究。基于水泥浆性能,假设凝固后的水泥浆与岩石为同一材料,阐述水泥浆封堵炮孔的作用机理;根据Starfield迭加法的基本思想,建立柱状药包等效多个球状药包计算模型,探究球状药包应力波衰减规律,计算球状药包在自由面的迭加拉应力;基于减弱爆破漏斗理论,以迭加拉应力与岩石抗拉强度相等为原则,推导封堵长度取值公式;利用数值模拟,分析了不同封堵长度下爆破后应力波的扩散范围与岩石的破碎范围;以新巨龙煤矿2302N工作面爆破法过大落差断层为背景,进行现场试验,借助钻孔成像仪观测炮孔周边岩层破碎情况。结合理论计算、数值模拟及现场试验确定水泥浆封堵长度为2.5 m。     

爆破应力波中远区破岩作用分析

应用断裂与损伤力学理论，分析了爆破应力波远区破岩作用机理认为爆破应力波在远区的破坏效应是基于该区域内局部岩体强度和断裂韧度降低，使衰减后的弱应力波作用强度仍可能大于该点处的岩石极限强度所致。提出岩石损伤与缺陷的存在，会产生应力集中或放大效应的依据，并阐述爆破应力波作用下远区原生裂纹扩展的理论分析，给出了基于岩石损伤的裂纹扩展长度估算模型。     

Study on the Propagation of Interface Crack of Young Concrete Lining and Rock Under Blasting Load

In the construction of water conservancy and hydropower project, young concrete lining structure is often affected by blasting load. Young concrete has a lot of micro-fractures with random distribution, which are easier to propagate and connect under blasting load. This paper focuses on the calculation on dynamic stress intensity factors of bond interface crack of concrete-rock according to concrete age. Result shows that different incidence angles of stress wave lead to different crack propagation mechanisms. Under the normal incidence of impact load, the bonding interface crack propagation of the concrete lining is mainly caused by reflection tensile stress, which forms from the free surface. With horizontal incidence of stress wave, the bond interface crack propagation of concrete lining is affected by concrete age. With the increase of concrete age, the elasticity modulus margin between concrete and rock decreases gradually, and the crack propagation form changes from shear failure to tensile damage.