综掘硬岩巷道松动爆破技术研究

摘要

论文主要针对综掘岩巷掘进过程中遇硬岩致使掘进速度慢、成本高等问题，提出采用松动爆破技术弱化岩石，然后再进行综掘切割。论文首先对松动爆破技术理论和控制机理进行深入分析，其次进行数值模拟定性分析，进而结合现场实际情况设计松动爆破方案。
　　论文主要从以下五个方面进行了研究工作:
　　第一在大量查阅国内外松动爆破研究成果的基础上，进一步应用爆轰动力学、应力波传播理论进行炮孔松动爆破岩石破碎破裂机理理论分析;第二是根据岩石断裂力学、损伤力学理论建立爆炸载荷下岩体裂纹动态扩展判据，分析深孔松动爆破的内部爆破作用，重点研究爆破荷载作用下岩体内裂隙扩展规律，即裂隙的起裂、止裂和扩展过程;在理论分析的基础上进行第三部分内容也就是综掘巷道遇到坚硬岩石松动爆破参数分析和研究;第四是利用ANSYS/LS-DYNA11.0数值模拟软件，以现场岩巷掘进工作面为研究对象，建立了松动爆破材料模型，选用相同的装药不耦合系数下的单孔、双孔（孔间距分别为100cm和90cm）三种情况进行数值模拟，通过LS-PREPOST4.0后处理软件分析处理爆炸应力波的传播以及裂纹扩展规律;最后，第五部分是现场应用试验研究，在淮北矿业集团芦岭煤矿进行了现场试验，将模拟的结果，再结合工程实践经验，对爆破参数进一步进行优化，试验研究取得了良好的效果，提高综掘机切割速度和掘进进尺(提高15～40％)，大大降低了截齿消耗量（降低了40％～50％），岩石在松动爆破后，变得“酥软”，不仅提高了切割速度，还将岩石切割成碎石块，降低了粉尘量，改善了了掘进工人工作环境。
　　研究成果为以后类似工程提供一些有益的参考和指导。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 概述

1．2 国内外研究现状

1．3 本文的研究目的

1．4 本文的研究内容与方法

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究方法

2 松动爆破理论与爆破成缝研究

2．1 岩石的力学性质

2．2 岩石爆破理论模型

2．2．1 岩石爆破的弹性理论模型

2．2．2 岩石爆破的断裂理论模型

2．2．3 岩石爆破损伤理论模型

2．3 爆破成缝分析

2．3．1 裂隙的类型及应力场

2．3．2 裂纹起裂、扩展、分岔与止裂分析

2．3．3 裂纹扩展的长度与速度分析

2．4 影响爆破成缝的因素分析

2．4．1 炸药性质

2．4．2 岩体性质

2．4．3 炮孔孔径

2．4．4 炮孔间距

2．4．5 岩石初始应力

2．5 小结

3 松动爆破参数的确定

3．1 爆破参数设计的原则

3．2 炮孔装药量设计

3．3 炮眼深度的确定

3．4 最小抵抗线的选择

3．5 炮眼间距和密集系数的选择

3．6 装药结构与起爆方式

3．7 封堵长度的确定

3．8 小结

4 松动爆破的数值模拟及分析

4．1 ANSYS／LS-DYNA模拟软件介绍

4．1．1 模拟软件的概况

4．1．2 数值模拟分析的意义

4．1．3 LS-DYNA数值模拟的基本原理

4．1．4 ANSYS／LS-DYNA的分析步骤

4．2 计算模型与模型参数的选取

4．3 模拟结果分析

4．3．1 应力波传播过程分析

4．3．2 裂纹扩展长度和质点速度变化分布

4．4 小结

5 硬岩巷道综掘松动爆破现场试验研究

5．1 现场工程试验概述

5．2 岩石物理力学性质测试

5．3 松动爆破方案

5．3．1 钻爆器材

5．3．2 爆破参数的选取

5．3．3 装药结构的选取

5．3．4 起爆顺序

5．3．5 松动爆破安全技术措施

5．4 松动爆破效果

5．5 小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果