巷道掘进爆破中围岩损伤范围的数值模拟

摘要

我国作为发展中国家，煤炭在国民经济中依然起着至关重要的作用。随着我国煤炭开采深度的不断加大以及露天煤矿必然转入地下开采的发展趋势，巷道作为地下工程开挖的交通命脉，不仅承担着煤炭生产工作的正常进行，而且保证人员的安全、保护煤炭资源的合理运用等方面都有至关重要的作用。一般地，掘进巷道采用的方法中，最为经济和实用方法的是钻爆法。如何控制爆破产生的岩石损伤，就成为目前及未来一段时间重要的课题。本文以LS-DYNA平台，对巷道爆破施工进行了数值模拟，预测了围岩石损伤范围。
　　论文由以下几部分组成：
　　1.深入比较了巷道掘进时掘进机法和钻爆法的优缺点，从巷道的地质构造、掘进效率、施工方投资能力、开挖方向的控制四个方面阐述了钻爆法在可预见的年代不可能完全被掘进机取代，确立本文的研究意义。
　　2.理论上研究了岩石爆破破碎机理，分别介绍了岩石爆破的本构模型：弹性模型、断裂模型、损伤模型及分形损伤模型，结合各种理论分析，确定了本文岩体爆破时的理论基础。
　　3.介绍了岩体爆破损伤的特征，从理论出发，在不考虑岩体初始损伤的情况下，初步预测了本文巷道爆破施工中岩体的损伤范围，即压碎区81mm,损伤因子0.92和破裂区的半径281.4mm，损伤因子0.43。
　　4.利用LS-DYNA软件平台，系统讨论了LS-DYNA的计算方法、控制方程、时间积分、人工体积粘性控制、时间步长控制和无反射边界等方面的参数设置，为后续工作提供理论依据。
　　5.在LS-DYNA软件平台上，分别对被爆岩体进行了数值模拟，通过应力分析，得出相应的岩体损伤范围约为炮孔半径的9.2倍，验证理论的正确性，促进计算机模拟技术的推广与应用。
　　6.从应力角度出发，分析了巷道中应力集中的地方，为施工方提供一定的理论依据。

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目录

1 绪 论

1.1课题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3课题研究的主要内容及技术路线

2巷道掘进施工方法

2.1 概述

2.2 工程概况

2.3 综合机械化施工法

2.4 钻爆法

3 爆破围岩损伤理论研究

3.1 爆破围岩损伤的发展历程

3.2 岩石损伤的测量方法

3.3 爆破岩石损伤模型及相应的损伤变量

3.4爆破损伤模型评价

4 岩石爆破破碎机理研究

4.1岩石爆破破坏基本理论

4.2 岩石爆破内部作用分析

4.3 爆炸应力波衰减规律

4.4 理论上工程实例围岩损伤范围预测

5LS-DYNA理论研究和参数设置

5.1 LS-DYNA软件

5.2 DYNA对爆破数值模拟适应性

5.3数值模拟步骤

5.4数值模拟控制参数

6巷道爆破掘进数值模拟

6.1 模型建立

6.2 数值模拟结果

6.3 现场测振结果

7 结 论

7.1 本文研究成果

7.2 下一步研究工作

参考文献

在学研究成果

致谢