岩石爆破的扩腔作用及能量消耗

岩石中装药爆破引起民的扩腔是由爆炸冲击波和爆生气体共同作用的结果，并有冲皮压缩在先，爆生气体膨胀在后，炮孔偶合柱装药爆破时，爆腔半径一般是炮孔半径的１．１５－１．３０倍，而爆腔扩胀过程中的能量消耗则占炸药爆炸总能量的１０％左右。     

立井深孔直眼掏槽大直径中心空孔作用分析和参数计算

为提高立井基岩段掘进爆破效率,改善破碎块度,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,探讨深孔直眼掏槽大直径中心空孔的作用机理。理论研究表明:空孔为装药掏槽炮孔提供了一个与其相平行的辅助自由面和破碎岩石的补偿空间,加大了爆炸应力波的反射拉伸作用,空孔的存在造成了槽腔岩石中的拉应力集中,从而增大了岩石中的拉应力作用强度,引起槽腔中裂隙的进一步扩展延伸,使槽腔内岩石的破裂和破碎更充分。数值模拟结果进一步验证了大直径中心空孔所具有的应力叠加和反射拉伸作用。在此基础上,对空孔与装药孔间距的合理取值进行了理论分析计算,中心空孔应处在掏槽孔形成的爆破裂隙区之内,并选用较大的松动爆破作用指数进行设计。     

综采面硬岩深孔松动致裂爆破技术试验研究

针对综采面坚硬岩石割煤机切割效率低的问题,根据工程地质特征,采用大直径深孔爆破,增加岩体裂隙、破坏其整体性,再用割煤机切割的施工方案。爆破后,割煤机切割的岩石呈块状落下,切割速度提高了50%~55%、截齿消耗减少40%~46%,并降低了粉尘量,取得了良好的爆破效果。同时,对爆破的有害效应进行了监测和分析,结果表明深孔松动爆破不会对巷道及支护结构产生危害。     

高延期毫秒雷管在煤矿中的应用

根据煤矿岩巷掘进爆破的特点，建立合理延迟起爆间隔时间的理论结构模型，据此研制高延斯毫秒雷管并应用于生产。实践证明，采用此种雷管起爆可明显地改善爆破效果。     

中空孔对直眼掏槽爆破效果的影响数值模拟

为了研究中空孔对直眼掏槽爆破效果的影响,运用非线性动力分析平台ANSYS/LSDYNA,建立有、无中空孔2种直眼掏槽爆破的三维数值模型,比较分析掏槽爆破过程中爆炸应力场演化历程以及岩体破坏特征。模拟结果表明:由于中空孔处发生了应力波反射,中空孔附近产生明显的应力集中效应,中空孔模型孔壁处测点的等效应力峰值为107.0 MPa,无中空孔模型中心区域测点的等效应力峰值为20.3 MPa;有中空孔时槽腔内岩体被充分破坏,空孔与掏槽孔之间形成贯穿裂隙,且空孔附近形成了层裂现象,而无中空孔时槽腔中间岩体破碎长度差、炮孔利用率低。     

硬岩松动预裂爆破技术在岩巷综掘中的应用研究

 针对综掘巷道遇坚硬岩石切割效率低、刀具消耗量大、掘进速度慢但成本增加的状况，提出先进行深孔松动预裂爆破，再进行掘进机切割的施工方案。根据现场岩性，在理论分析计算的基础上，进行深孔爆破参数设计并实施。爆后不同孔深处实测结果表明，炮孔周围径向裂纹可见长度300~400mm，岩石结构损伤、整体强度降低，较利于掘进机切割；平均每班可多进尺0.4~0.5m，切割速度提高20~40%，刀具消耗降低了30~40%。同时，减少了粉尘，改善了工作环境，试验研究取得了良好的效果。     

冲击荷载作用下煤矿泥岩能量耗散试验研究

岩石破裂破碎实质是一个能量吸收与耗散的过程,煤矿岩巷钻爆掘进过程中,既要有足够的爆炸能量使待开挖区岩石破裂破碎和抛掷、形成空腔,又要控制爆炸能量对保留岩体造成的损伤,尤其是冲击荷载作用时强度较低的泥岩的动态响应特性更需要重点研究。以淮南矿区典型巷道泥岩为研究对象,利用直径50 mm分离式Hopkinson试验装置开展不同冲击气压下泥岩动态压缩试验,研究在冲击荷载作用下泥岩的动态力学性能和破裂破碎特征,重点研究动荷载作用下泥岩的能量耗散规律。为了进一步揭示泥岩动态破碎破裂与泥岩构成主要化学成分与细观结构之间的关系,对泥岩的静态物理力学性能进行了测试并进行泥岩的X射线荧光光谱(XRF)和X射线衍射(XRD)测试,确定其主要组分、化学和颗粒成份;同时采用放大1 000倍的电子数码显微镜对泥岩试件表面、断口进行放大观察,从岩石细观结构出发,通过对细观结构变化、物理与力学过程的分析研究了岩石的损伤及其演化。结果表明:泥岩的主要化学成分主要为Si O2,其次为Al2O3,Fe2O3,其力学强度低,物理性能指标差,在冲击荷载作用下,泥岩内部大量空隙缺陷(如空穴,位错,微裂隙等)动力学过程加剧,形成损伤;在应力波的持续作用下,大量的微损伤和微观不均匀处在试件内部进行复杂的演化,在颗粒内部结构、沿颗粒间裂缝和沿晶粒界会产生大量的微裂纹并发展,在构造边界碎片分层、夹杂物中也产生裂纹,泥岩试件最终产生环向断裂破坏和轴向劈裂拉伸破坏;试件吸收能、透射能和反射能均随入射能增加而增加,分别呈线性、对数和二次函数形式增长;试件吸收能可以用单位体积耗能密度、单位质量耗能和吸收阻抗比能表征,三者均随入射能增加呈线性增长,随应变率呈二次函数增长。     

爆破动载对不同龄期混凝土支护体影响的数值模拟

为研究爆破振动荷载对混凝土喷层的影响,以邹庄煤矿南翼胶带上仓斜巷开挖工程为背景,采用动力有限元软件分析了巷道掘进爆破振动载荷作用下喷射混凝土的峰值振速及应力变化特征,结合PPV安全判据比较了不同龄期混凝土的损伤情况。研究结果表明:相同龄期下爆心距越小,其损伤越严重,混凝土喷层严重损伤区域在0~2.5 m;随着混凝土龄期的增加,水泥水化反应的完成,轻度损伤范围逐渐加大,龄期1 d混凝土喷层轻度损伤区范围为2.5~15 m、3 d为2.5~16.25 m、7 d为2.5~16.875 m。     

综掘硬岩段深孔超前爆破研究与应用

针对硬岩巷道综掘施工难度大的问题,提出采用深孔超前爆破技术,以增大岩体内裂隙和损伤范围,降低综掘机切割难度。以淮北矿业集团桃园煤矿为例,进行了原岩应力作用下爆破裂隙和损伤范围的理论分析和数值模拟研究,据此设计了大直径深孔超前爆破参数,并进行现场试验研究,研究结果表明:炮孔直径75 mm、药柱直径63 mm的爆破炮孔周围0.424 m范围内的Von Mises应力在177 MPa以上,形成破裂区;损伤范围0.424~2.3 m;爆破后综掘机施工速度提高了40%~50%、而截齿消耗降低了52.4%;对爆破振动实测并分析得出爆破振动能量集中在50~160 Hz频带范围内,没有对巷道围岩及支护结构造成破坏。     

冲击载荷作用下硬煤的动态力学特性研究

为研究硬煤在动载荷作用下的力学特性,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)测试系统开展了径向自由和被动围压2种约束状态下不同冲击速度的硬煤试件冲击压缩试验,研究了硬煤的动态力学特性及其随应变率、约束状态的变化规律,分析了试件的破坏形态,并结合声波测试研究了被动围压时硬煤试件的损伤特性。研究结果表明:冲击速度、约束状态对动态抗压强度峰值和应变率的影响很大,径向自由时动态抗压强度峰值与应变率呈线性增长关系、被动围压时动态抗压强度峰值随应变率的增大而减小;动态抗压强度峰值随冲击速度的增大呈对数关系,随冲击速度的增大,且被动围压时动态抗压强度峰值增长更快;径向自由时,试件的破坏以劈裂破坏和压碎破坏为主,破碎形态和块度取决于冲击速度,被动围压下试件能够保持完整、仅表面和边缘出现裂纹;被动围压条件下,试件的损伤程度与冲击速度呈指数关系。