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煤体爆破裂纹扩展规律及其试验研究

孙博  
【摘要】:煤体爆破裂纹扩展规律是一个十分复杂的研究课题,是煤体爆破作用机理的重要研究内容。由于煤体内部结构特征及物理力学性质的复杂性和特殊性,使得煤体爆破裂纹扩展规律的研究具有一定的困难。 本文基于比较成熟的关于岩石爆破裂纹扩展机理的研究成果,从爆炸应力波、爆生气体和瓦斯压力三个方面对煤体爆破裂纹扩展机理进行了探讨,分析了煤体爆破裂纹扩展条件、裂纹扩展参数及裂纹扩展的影响因素,为试验研究奠定了理论基础。此外,根据煤体的工程分类,选取合理的模拟煤体材料及配比,并实现煤体内部初始裂纹的预制,对含有初始裂纹的煤体试样进行模拟爆破试验,对煤体中爆炸应力波的传播规律、爆破裂纹扩展速度和爆破效果进行试验研究。 试验研究结果表明:煤体中的爆炸应力波呈幂函数形式衰减,其衰减指数会随着煤体强度和比距离的增加而减小,且煤体中应力波衰减指数处在2.9左右;初始裂纹对煤体中爆破裂纹的扩展具有导向作用,且裂纹扩展方向上的应变峰值大于其他方向;煤体中的裂纹扩展速度小于岩石中的裂纹扩展速度,裂纹扩展速度随着煤体强度的降低而减小;相同类型的煤体中,煤体内部裂纹扩展速度大于其表面的裂纹扩展速度,裂纹扩展速度在裂纹扩展初期迅速衰减,然后进入匀速扩展阶段,最后裂纹扩展速度减小至零,裂纹停止扩展,且随着煤体波阻抗的减小,裂纹匀速扩展时间增长;当煤体中的初始裂纹较多时,裂纹容易起裂,但裂纹扩展速度及其在扩展初期的衰减速度比含有较少初始裂纹煤体中的值小,裂纹扩展不够充分;瓦斯压力有利于煤体爆破裂纹的扩展,裂纹扩展的数量和范围会随着瓦斯压力的增大而增大。


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