岩体冒落诱发冲击振动特征及其动力响应机理研究

论文摘要

冒落矿震通过岩体冒落诱发的冲击作用,将上部岩层具有的势能转化为在岩体中传播的振动能,使得矿震的影响范围迅速扩大。研究冒落岩石冲击诱发的振动作用机理及其动力响应规律,对预测矿震危害具有重要意义。本文首先从能量角度出发,探究了冒落岩体诱发冲击过程中能量的转化与耗散。冒落岩石冲击底板作用过程中,冒落岩石具有的位势能转化为底部岩体的振动能、冲击产生的热能、弹性应变能、裂纹表面能、塑性势能和辐射能等。本文总结了塌落振动、爆破振动等研究现状,探讨了单位冲击作用面积上冲击功的影响。为研究冒落矿震预测模型,首先进行室内岩石冲击试验,采用UBOX-20016爆破振动记录系统测试冲击振动特征。探索了岩石冲击振动速度、振动频率与岩石下落高度、岩石质量间的关系,研究了冲击接触面积的影响,初步建立了岩石冲击的振动模型。在室内试验的基础上,进行了现场井下抛石测振试验,根据现场实际调整测试传感器布设方案,采用IDTS-3850爆破测试仪测试振动信号。现场试验总结出了石膏矿山冒落岩石冲击的振动衰减规律,并依据《爆破安全规程》（GB6722—2003）,结合室内试验结果对冒落岩石冲击振动的安全范围作出了初步预测,冲击点附近的振动速度较大,在较短的距离内振速迅速衰减到30cm/s以下的安全振速。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究内容和技术路线
• 第二章 岩石间冲击振动作用及其能量转化
• 2.1 岩石间的冲击振动
• 2.1.1 固体介质中质点的平衡方程
• 2.1.2 岩石冲击应力波的产生
• 2.1.3 岩石冲击振动应力波的特征
• 2.2 岩石冒落冲击碰撞中能量的转移与耗散
• 2.2.1 冲击过程中产生的热能
• 2.2.2 岩石冲击弹性应变能
• 2.2.3 表面能
• 2.2.4 塑性变形能
• 2.2.5 辐射能
• 2.2.6 克服空气阻力做功
• 2.3 岩石冲击振动的动力响应规律
• 2.3.1 应力波在岩石中的散射和吸收
• 2.3.2 应力波在岩石中传播过程中振动的衰减规律
• 第三章 室内岩石冲击试验
• 3.1 冲击振动试验设计
• 3.1.1 试验原理与目的
• 3.1.2 试验装置设计
• 3.1.3 试验方案
• 3.2 岩石冲击振动试验
• 3.2.1 室内岩石冲击振动测试数据
• 3.2.2 试验结果分析
• 第四章 岩石冲击振动现场测试
• 4.1 峨山二矿矿层及围岩情况
• 4.2 测试仪器及测点布置
• 4.2.1 测试仪器的选择
• 4.2.2 现场测点布置
• 4.3 现场测试结果分析与应用
• 4.3.1 现场试验结果分析
• 4.3.2 冒落岩石冲击振动安全范围的确定
• 第五章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表论文情况
• 致谢
• 附录