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深井高应力围岩松动爆破机理研究

谢瑞峰  
【摘要】:深部岩体处于较高的地应力和高瓦斯条件的环境中,由于受到高地应力特别是侧向高应力的作用。在深部岩体中采用松动爆破,岩体处于高地应力和爆炸冲击荷载共同作用,两种荷载相互影响。岩体的破坏准则浅部的岩石破坏不一样,而且破坏过程比较复杂。地应力场的存在对岩石中爆破裂纹的起裂方向、扩展长度等产生一定的影响。浅部岩体的爆破参数用于深部岩体爆破效果不好,而且爆破效率。本文基于此原因,对高地应力条件下深部岩体的松动爆破机理进行一定的探讨。 首先本文对深部岩体的地质和力学性质进行相应的探讨,并通过数值模拟的结果分析作为辅助,得到深部岩体的一些应力特征。深部岩体中初始应力比较大,井下岩石爆破必然受到初始应力场的干涉,岩体处于初始应力和爆炸应力波的共同作用。初始应力场与围岩中爆炸冲击波相互叠加,导致岩石中裂缝的起裂方向和长度都产生变化。 其次对高地应力岩石的松动爆破机理进行分析,从理论上推导了孔壁的粉碎圈和裂隙圈的长度,并相应的探讨了深部岩体爆破参数设计,提出了相应的爆破裂纹长度的公式。利用动力有限元软件LS-DYNA和ANSYS有限元程序对高应力条件下岩体松动爆破进行数值计算,从计算结果中分析爆炸后炮孔周围岩体的应力、应变的变化、裂隙的扩展方向和长度。 最后在理论分析的基础上,通过淮南新庄煤矿中巷道深孔爆破实验结果,对上述相应的理论部分和爆破裂纹长度的公式以及进行比较分析,得出较合理的参数。这些可以为煤矿深部岩体松动爆破参数设计工作提供一定的参考。


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