基于减小爆破振动对围岩松动圈影响的巷道光面爆破掘进技术研究

摘要

矿山巷道的开挖与稳定是现如今矿山开采中尤其是煤矿巷道掘进工程遇到的两个关键问题。在我国，由于矿山巷道设计一般以中小断面为主，结合我国现阶段煤矿巷道掘进技术的发展状况，巷道光面爆破掘进已经成为我国巷道掘进工程中的主要方法，而且在今后的很长的一段时间内使用此法。所以，对于巷道光面爆破掘进方面的研究是很有必要的。
　　目前，国内外对于巷道光面爆破高效掘进技术的各个方面已经进行了大量的研究也取得了许多有意义的成果。但是关于频繁的巷道爆破振动对巷道围岩损伤及围岩松动圈的扩展方面的研究较少还没有获得特别明确结论。本文以“基于减小爆破振动对围岩松动圈影响的巷道光面爆破掘进技术”为题，主要研究了光面爆破参数优化设计方法，爆破振动对巷道围岩松动圈扩展的影响以及通过如何进行爆破参数优化减小爆破振动速度以达到减小爆破振动对围岩松动圈的扩展影响。本文首先认为巷道围岩松动圈扩展是由于岩石损伤达到一定程度而产生的，以此引出了研究对象，然后以细观岩石损伤理论为基础，研究分析了爆破振动对岩石的损伤机理，进而揭示了岩石损伤与巷道围岩松动圈扩展的内在联系。并且通过数值模拟，进一步证明爆破振动可以造成巷道围岩松动圈的扩展，且频繁爆破振动对岩石损伤的累积效应确实存在并造成巷道围岩松动圈产生进一步的扩展。巷道掘进工程中巷道的形状、尺寸等要素一般是不允许在巷道施工过程中随意改动的，所以巷道在开挖之后形成的形状尺寸松动圈是无法避免的。但是在爆破掘进过程通过优化爆破参数减小爆破振动对成形巷道围岩松动圈的进一步的扩展量或者是对其不造成扩展是有可能做到的。
　　最后本文通过巷道光面爆破掘进工程实践中巷道穿过不同岩层断面的爆破掘进工程实际，以保证爆破效果兼顾控制爆破振动速度对邻近巷道和已成型巷道围岩的影响为目标，以巷道爆破掘进机理为依据，应用本文分析得出的爆破参数优化方法，实现了巷道光面爆破效果好，并且减小了振动对围岩的损伤以及围岩松动圈的扩展。提高了掘进和支护效率为煤矿节约了掘进成本并对类似工程提供了很好的借鉴。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及研究意义

1．2 巷道掘进技术发展状况

1．3 巷道爆破岩石破坏机理及对围岩的影响

1．4 论文的意义与主要研究方法

第二章 光面爆破技术机理分析及参数优化研究

2．1 概述

2．1．1 光面爆破破岩原理

2．1．2 巷道光面爆破的优势

2．1．3 光面裂缝的形成机理及影响因素

2．1．4 光面爆破安全药量

2．2 光面爆破参数及其优化

2．2．1 周边眼间距

2．2．2 周边眼间距的力学求解

2．2．3 周边眼间距岩性求解

2．2．4 最小抵抗线

2．3 巷道光面爆破施工技术

2．3．1 巷道光面爆破炮眼数目的确定

2．3．2 炮眼布置方式及炮眼质量要求

2．4 小结

第三章 爆炸应力波能量分布及其作用下巷道围岩损伤研究

3．1 爆破对岩体的破碎

3．1．1 岩体爆破破碎机理分析

3．1．2 岩体爆破破碎形式

3．2 爆炸应力波能量分布研究

3．2．1 柱状装药爆炸时应力波传播规律研究

3．2．2 耦合柱状装药的爆破能耗的分布算例

3．3 爆破振动作用下岩石损伤机理研究

3．3．1 岩石损伤的描述

3．3．2 爆破振动作用下的岩石损伤

3．3．3 基于爆破振动裂纹累计扩展损伤演化模型

3．4 小结

第四章 基于围岩松动圈的爆破振动对已成形巷道的影响

4．1 巷道围岩松动圈研究现状围岩爆破动压松动圈扩展特性

4．1．1 巷道围岩松动圈研究

4．1．2 松动圈岩石爆破动压损伤分析

4．2 爆破动压对松动圈影响数值模拟分析

4．2．1 模型的建立

4．2．2 爆破动压对松动圈的影响

4．3 小结

第五章 巷道穿过不同岩层的光面爆破技术及振动速度的控制方法

5．1 控制爆破振速类似工程实例

5．1．1 工程概况

5．1．2 爆破振动监测方案

5．1．3 监测数据处理与分析

5．1．4 控制爆破震动强度

5．2 阳煤五矿工程地质分析研究

5．2．1 地面相对位置及邻近采区开采情况

5．2．2 岩层赋存特性

5．3 不同岩层条件下爆破方案设计

5．3．1 不同岩石爆破设计理论分析

5．3．2 爆破设计技术方案确定

5．4 小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文及参与的科研项目