煤层综采面底板岩石深孔松动爆破技术研究

论文摘要

本文在爆炸力学、岩体力学、断裂损伤力学等多门学科理论分析的基础上,结合现场工业试验对煤层综采面底板岩石深孔松动爆破技术进行了研究。首先阐述了岩石在爆破荷载作用下的应力、变形、强度和动态应力场等力学特性,同时对爆破过程中岩石内部力学响应的动态本构模型进行了比较分析,这些都是岩石深孔松动爆破技术研究的基础。从爆炸应力波和爆炸气体作用的角度对岩石松动爆破过程、松动裂隙扩展规律与松动漏斗理论的特征进行较为系统的分析。同时,爆炸冲击波、应力波在岩石开始破裂的阶段是非常重要的,而后松动裂隙的发育形成与楔入裂隙的爆炸气体形成的准静态应力场所发挥的作用是密不可分的。为达到既能有效松动岩体,同时又降低爆后岩石的大块率,提高爆破能量的利用率,本文从理论上提出了煤层综采面底板岩石深孔松动爆破技术参数(炮孔装药量、炮眼深度、抵抗线、炮眼密集系数、装药结构和炮孔堵塞等参数)设计和优化的方法。通过刘庄煤矿综采面煤层底板岩层深孔松动爆破现场试验,确定实际深孔松动爆破技术方案和爆破参数,取得了良好的爆破效果。根据模糊数学原理,结合综合评判的方法,系统地对本次深孔松动爆破效果进行评价分析,将爆破效果进行定量化,也就更加符合实际情况。因此,本文的研究成果可为同类深孔松动爆破技术工程实践提供有益的参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 问题的提出
• 1.4 本文研究的主要工作内容
• 2 岩石在爆破荷载作用下的力学特性
• 2.1 概述
• 2.2 静载作用下岩石的力学性质
• 2.2.1 岩石的静载变形性质
• 2.2.2 岩石的静载强度理论
• 2.3 爆破荷载作用下岩石的力学特性
• 2.3.1 岩石的爆破荷载变形特性
• 2.3.2 岩石在爆破荷载作用下的动应力
• 2.3.3 岩石的爆破荷载强度特性
• 2.3.4 岩体内爆破动态应力场
• 2.4 岩石在爆破载荷作用下的本构模型
• 2.4.1 弹性力学本构模型
• 2.4.2 断裂力学本构模型
• 2.4.3 损伤力学本构模型
• 2.5 小结
• 3 岩石深孔松动爆破理论
• 3.1 爆破破岩机理基本原理
• 3.1.1 爆破应力波反射拉伸作用
• 3.1.2 爆生气体膨胀作用
• 3.1.3 爆破应力波和爆生气体共同作用
• 3.2 岩石爆破破坏过程
• 3.2.1 爆破破坏压碎区的形成
• 3.2.2 爆破破坏裂隙区分析
• 3.2.3 岩石爆破破坏震动区简述
• 3.3 深孔松动爆破荷载作用下岩石裂隙扩展规律
• 3.3.1 裂隙类型
• 3.3.2 有效应力强度因子
• 3.3.3 裂隙的启裂、止裂
• 3.3.4 裂隙的启裂方向和分岔现象
• 3.3.5 裂隙扩展长度
• 3.3.6 炮孔裂隙贯通效应
• 3.4 深孔松动爆破漏斗
• 3.4.1 松动爆破漏斗的形成条件
• 3.4.2 松动爆破作用指数
• 3.4.3 松动爆破临界抵抗线
• 3.4.4 松动爆破漏斗最佳深度比
• 3.4.5 柱状装药深孔松动爆破漏斗
• 3.5 小结
• 4 深孔松动爆破参数优化设计
• 4.1 概述
• 4.2 深孔松动爆破装药量
• 4.2.1 按体积法计算
• 4.2.2 按经验公式计算
• 4.2.3 由爆破漏斗模型推算
• 4.3 炮眼深度
• 4.3.1 根据钻眼机械确定
• 4.3.2 根据工作面产量确定
• 4.4 最小抵抗线
• 4.4.1 依据裂隙圈半径计算
• 4.4.2 根据炸药单耗确定
• 4.5 炮眼密集系数
• 4.5.1 最佳炮眼密集系数
• 4.5.2 炮眼间距的确定
• 4.6 装药结构
• 4.6.1 不耦合装药结构
• 4.6.2 水轴向不耦合装药结构
• 4.6.3 分段装药
• 4.7 炮孔堵塞
• 4.7.1 炮孔堵塞效应
• 4.7.2 炮孔堵塞长度
• 4.8 小结
• 5 刘庄煤矿煤层综采面底板岩石深孔松动爆破现场试验
• 5.1 工程概况
• 5.1.1 开采范围内煤层结构及赋存
• 5.1.2 煤层顶、底板
• 5.1.3 地质构造与水文地质
• 5.1.4 采煤方法和采高的确定
• 5.2 岩石物理力学性质测试
• 5.2.1 采样地点
• 5.2.2 采样基本要求
• 5.2.3 测试内容
• 5.2.4 试件加工
• 5.2.5 测试设备
• 5.2.6 测试结果
• 5.3 爆破器材与钻眼机具
• 5.3.1 爆破器材
• 5.3.2 钻眼机具
• 5.4 底板岩石深孔松动爆破设计
• 5.4.1 松动爆破技术要求
• 5.4.2 松动爆破技术方案
• 5.4.3 底板岩石深孔松动爆破参数设计
• 5.5 爆破安全技术措施
• 5.5.1 爆破安全管理
• 5.5.2 火工品管理措施
• 5.6 试验爆破效果
• 5.7 试验爆破效果评价
• 5.7.1 效果评价数学模型
• 5.7.2 效果评价等级
• 5.7.3 确定效果隶属度函数
• 5.7.4 试验效果评价
• 5.7.5 深孔松动爆破技术总结
• 6 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 导师简介
• 作者简介及读研期间主要科研成果