岩巷掘进爆破地震效应及围岩稳定性影响研究

论文摘要

首先以岩石爆破理论为基础,在理论上研究探讨了巷道掘进爆破机理、爆破地震波的传播规律及效应、爆破地震的预测、爆破震动安全判据和爆破震动控制等。在断裂力学与损伤力学理论框架下,根据巷道围岩裂纹扩展的起止条件对Ⅰ型和Ⅰ—Ⅱ复合型裂纹的扩展范围进行了计算,得出了在爆破动载荷作用下以上两类裂纹的扩展半径。在全面分析爆破地震波特征的基础上,分析了爆破地震波的传播、能量、频幅与危害特征,提出在爆破地震波动载荷作用下,岩石与岩体均会产生损伤累积。根据杨柳煤矿北翼轨道大巷和刘庄煤矿东三轨道大巷道掘进施工现场实际情况,试验优化掘进爆破参数,进行坚硬岩石巷道中深孔爆破。在理论分析的基础上,制定爆破振动测试方案,采用先进的Blastmate SeriesⅢ测试仪对巷掘进爆破地震波进行多点多次监测。回归分析并建立质点振动速度、加速度与比例药量的关系,提出了爆破地震波传播速度和频率之间的关系式;同时根据爆破质点振动速度、加速度以及爆破前后围岩松动圈的变化,分析现场巷道围岩中爆破地震波的传播规律以及与地表爆破震动的差异,并通过分析爆破振动对巷道围岩松动圈的影响,重点分析爆破地震效应对围岩稳定性的影响。在理论分析和现场监测的基础上,针对目前爆破振动安全判据的指标单一的现状,探讨了我国爆破地震安全判据的缺陷与改进建议,提出应把地震幅值、频谱和持续时间三者同时纳入,建立多参数爆破地震安全判据。同时,也提出了降低巷道掘进爆破地震效应的技术措施。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 爆破地震波的研究现状
• 1.2.2 爆破载荷对围岩作用分析
• 1.2.3 地下结构的爆破振动破坏研究
• 1.2.4 爆破地震波信号分析技术
• 1.3 减小爆破振动措施研究
• 1.4 本文的主要内容
• 2 岩石巷道掘进爆破机理研究
• 2.1 巷道掘进爆破岩石的破坏特征
• 2.1.1 岩石爆破破坏过程
• 2.1.2 后继爆破对岩体裂隙的影响
• 2.2 爆破中远区裂纹扩展范围计算
• 2.2.1 围岩裂纹扩展起止条件
• 2.2.2 Ⅰ型裂纹扩展范围计算
• 2.2.3 Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹扩展范围计算
• 2.3 巷道掘进爆破理论
• 2.3.1 概述
• 2.3.2 掏槽技术
• 2.3.3 光面爆破技术
• 2.4 本章小结
• 3 爆破地震波的传播规律及效应分析
• 3.1 爆破地震波的传播规律
• 3.1.1 岩体中爆炸应力波的衰减
• 3.1.2 爆破地震波的分类
• 3.1.3 描述爆破振动强度的物理量
• 3.1.4 爆破地震波强度的影响因素
• 3.2 地震波振动信号的傅里叶分析
• 3.2.1 频谱分析的内容
• 3.2.2 傅里叶变换
• 3.2.3 快速傅里叶变换
• 3.3 地震波的振速预测及其判据
• 3.3.1 峰值振速回归分析
• 3.3.2 爆破振动安全标准
• 3.4 小结
• 4 现场爆破振动测试与分析
• 4.1 测试原理与仪器选择
• 4.1.1 测试原理
• 4.1.2 爆破振动测试研究现状
• 4.1.3 测量仪器的选择
• 4.2 杨柳煤矿振动测试分析
• 4.2.1 工程概况
• 4.2.2 爆破施工方案
• 4.2.3 测试方案
• 4.2.4 爆破振动速度测试
• 4.2.5 爆破振动加速度测试
• 4.2.6 爆破振动对松动圈影响测试
• 4.3 刘庄煤矿-760水平振动测试分析
• 4.3.1 工程概况
• 4.3.2 爆破施工方案
• 4.3.3 测试方案
• 4.3.4 爆破速度测试与结果
• 4.3.5 爆破振动加速度测试与结果
• 4.4 小结
• 5 巷道爆破地震效应分析与应用
• 5.1 爆破振动振速分析
• 5.2 爆破振动频率分析
• 5.3 爆破地震效应控制
• 5.3.1 影响巷道围岩稳定性的因素
• 5.3.2 围岩爆破周边控制技术分析
• 5.4 爆破安全判据的改进
• 5.5 小结
• 6 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果