韩昌良[1]2013年在《沿空留巷围岩应力优化与结构稳定控制》文中研究表明沿空留巷是无煤柱连续开采、无煤柱煤与瓦斯共采以及煤层群连续卸压开采等技术的空间基础，是解决瓦斯与动力灾害、提高煤炭采出率、降低巷道掘进率的重要保障，也是实现煤炭科学开采的关键技术之一。但是沿空留巷位处采空区边缘，服务期间经受多次采动影响，围岩结构的稳定与巷道空间的维控都将受到严重的挑战。本文采取物理模拟、数值计算和理论分析等综合研究手段，从采空区侧向顶板的岩层运动特征入手，细致分析了沿空留巷的顶板来压机理，揭示了留巷围岩的应力演化和最终分布规律，在此基础上得到了通过侧向顶板超前预裂实现留巷围岩区域应力优化的思路，阐明了侧向块体的断裂稳定机制，从而形成了区域应力控制技术，并进一步提出了围岩结构稳定控制技术体系，主要结论如下：（1）开采过程中采空区顶板先后出现分次垮落和一次性垮落两种现象，在垮落岩层上部主离层空间的隔离之下顶板发生应力分流，并经过侧向楔形区的传递作用向留巷围岩施压；顶板下沉量由断裂前的挠曲下沉、断裂时的旋转下沉和断裂后的压缩下沉叁部分组成，因而对侧向低位岩体的给定变形具有长期性；沿空留巷在顶板分次垮落时表现为多次来压和长期渐缓变形，在顶板一次性垮落时表现为强烈来压和短期剧烈变形。（2）采场围岩的采动应力在平面和空间上分别呈双T型分布和应力环分布，沿空留巷则位于峰值应力T型区和谷值应力T型区之间，留巷围岩在顶板长期运动下持续弱化，整体处于低值应力区，采取深锚支护可调动深部支承应力环区岩体的高承载性能、约束浅部低值应力环区岩体的变形。（3）超前预裂卸压能够加速老顶的破断运动并有效缓解留巷顶板的压力，卸压后侧向支承应力向浅部转移、应力峰值有小幅降低，留巷围岩变形得到明显改善；断裂块体短期分离后还会再次接触并形成岩拱结构，结构间的力学关系决定了顶板卸压程度，因而悬臂长度存在优化空间；提出了侧向顶板的卸压判据和悬臂长度的优化方法。（4）分析了留巷围岩稳定的影响因素：巷旁支撑体与顶底板共同形成“顶-墙-底”复合承载结构，该结构的系统刚度决定了承载效率；巷旁充填体的强度发展与顶板压力应实现动态协调；锚固盲区与等效跨度增大时不利巷道维护。（5）提出了沿空留巷T型区围岩分区治理的技术思路，形成了留巷围岩结构稳定控制技术体系：结构上包括侧向顶板预裂卸压技术、巷道跨高比与墙体宽高比优化技术；支护上包括“叁高”锚固技术、“高跨双减”支护技术及深锚浅注支护技术；巷旁支撑上包括膏体混凝土充填技术、砌块式巷旁充填技术、钢筒支柱式充填技术及高水材料充填技术；留巷长度上包括全长沿空留巷技术和阶段性沿空留巷技术。结合凤凰山矿154307工作面10m厚坚硬石灰岩顶板、小青矿E1403工作面1.45m薄层直接顶以及中兴矿1205工作面10m以上厚层复合顶板叁种条件下的沿空留巷案例给出了工程验证。
蒋邦友[2]2017年在《深部复合地层隧道TBM施工岩爆孕育及控制机理研究》文中指出随着TBM装备和施工技术的发展,TBM将成为我国交通、水利和资源矿山深长隧道施工的必然趋势。岩爆是深部隧道工程TBM施工中最严重的灾害之一,针对深部复杂地质构造环境,进行隧道TBM施工岩爆机理及控制研究具有十分重要的意义。本文以隧道TBM施工岩爆灾害为研究背景,综合运用实验室试验、理论分析和数值模拟相结合的方法,对深部复合地层隧道TBM施工岩爆的孕育演化机制及控制机理和技术进行了深入地研究,取得了如下创新性研究成果:(1)采用自主设计研制的真叁轴岩石力学试验系统,系统开展了复合地层岩石在不同路径下的真叁轴试验研究,获得了不同软硬岩石在真叁轴条件下的变形规律、强度特征和破坏模式,并对真叁轴试验过程中不同软硬岩石的声发射进行了监测和空间定位分析,研究了真叁轴条件下不同软硬岩石的损伤破裂演化规律,揭示了不同软硬岩石在叁维复杂应力路径下的力学特性和损伤破坏特征。(2)基于不同路径下复合地层岩石真叁轴试验结果,利用弹塑性力学和损伤力学理论,考虑塑性和损伤共同作用对岩石力学特性的影响,建立了基于Mogi-Coulomb准则的岩石弹塑性损伤本构模型,推导了相应的增量型弹塑性损伤本构方程。运用塑性势理论,详细推导了该弹塑性损伤本构模型的差分计算格式,在VC++环境下实现了该模型在FLAC3D软件中的二次开发,并对不同软硬岩石真叁轴试验结果进行了数值模拟验证,模拟结果与试验吻合度较高,表明基于Mogi-Coulomb准则的岩石弹塑性损伤本构模型能够较好的反应复合地层岩石在真叁轴条件下的力学特性和变形特征。(3)利用建立的岩石弹塑性损伤本构模型,结合复合地层结构特点和TBM施工特征,考虑垂直方向上的上硬下软和推进方向上的软硬交替两种典型复合地层工况,系统研究了深部复合地层中TBM施工隧道围岩应力场、破坏场及能量场的分布演化规律,提出了适用于复合地层TBM施工隧道的岩爆判据,深入揭示了深部复合地层隧道TBM施工岩爆孕育机制及其演化过程。(4)利用建立的岩石弹塑性损伤本构模型,系统研究了不同围岩岩性和应力环境改造方法对深部复合地层隧道TBM施工岩爆的控制效果,优化分析了相关控制技术参数,揭示了基于围岩改造的深部复合地层隧道TBM施工岩爆灾害控制机理,形成了岩爆的围岩改造控制理论,并针对复合地层中TBM施工隧道岩爆发生特征,提出了深部复合地层隧道TBM施工岩爆控制技术方案和相应的岩爆分级治理措施,为我国深埋隧道TBM施工岩爆灾害的防治提供了参考依据。
牛志武[3]2003年在《钻孔爆破断裂控制技术研究》文中研究说明本文根据前人断裂控制爆破的理论与实践，在现有爆破理论和爆破技术的基础上，利用空气和水不同的物理特性和传能性质，提出了一种新型的断裂控制爆破方法——在炮孔内同时利用不同的偶合介质(水和空气)爆破法。 该方法融合了炮孔水压爆破和空气不偶合装药爆破的特点。论文首先从断裂力学的角度出发，对定向断裂控制爆破成缝理论进行了研究，并用损伤断裂理论，对爆破后试件的损伤进行了分析，研究了成缝机理，建立了爆破过程裂纹的起裂、扩展和止裂判据，得出了水和空气爆破的主要参数计算公式。 本文对炮孔水压爆破和空气不偶合装药爆破冲击波的传播及其效应也作了较为详尽的研究。就水和空气不偶合装药爆破冲击波的产生，及在炮孔内介质中的传播、反射和透射以及对周围岩石的作用过程都进行了详细的介绍。 通过理论研究和实验室模拟实验，研究了这种装药偶合方式对介质破坏的作用特点和作用效果。利用实验室模拟实验，对于爆破前后水介质所在方向和空气介质所在方向的应变和损伤分别进行了对比，反映出了介质中的受力和变形情况，验证了理论推导，也进一步说明了我们所提出课题的可行性。该方法能有效控制爆炸能量的释放过程及作用方向，从而控制断裂方向，起到破坏一侧围岩而保护另一侧围岩的作用。 总之，此方法是一种方便且有效的断裂控制爆破方法。它不但能控制裂缝的产生和发展，而且能够减小震动，保护爆破后围岩稳定，降低粉尘和噪声的危害，具有推广使用价值。
焦建康[4]2018年在《动载扰动下巷道锚固承载结构冲击破坏机制及控制技术》文中指出冲击地压是威胁我国煤矿安全高效开采的主要矿井灾害之一。统计表明,大部分冲击地压发生在回采巷道中。目前,针对冲击地压的研究主要集中发生机理、预测预警和解危措施方面。由于冲击地压发生机理的复杂性,影响因素的多样性,发生地点的不确定性,已有的研究成果并不能完全避免冲击地压的发生。作为冲击地压的最后一道防线,预紧力锚杆支护系统与其作用范围内围岩共同形成的锚固承载结构决定了巷道围岩的整体稳定性。对于动载冲击地压巷道,锚固承载结构不仅承受较大静载,还受到频繁动载的扰动,其冲击破坏机理与静载巷道不尽相同。本文以开采深度大、采动应力高、受顶板动载扰动,且煤岩层具有冲击倾向性等综合特征的义马矿区冲击地压巷道为工程背景,采用现场实测、实验室试验、理论分析及数值模拟相结合的方法,围绕动载扰动下巷道锚固承载结构冲击破坏特征、破坏机理以及控制技术开展了系统研究。论文取得的主要研究成果如下:(1)开展了义马矿区冲击地压巷道地质力学测试和典型冲击破坏实例实测分析,总结了动载冲击巷道冲击破坏特征和原因。结果表明:义马矿区动载扰动冲击地压巷道冲击破坏特征主要表现为:(1)巷道围岩瞬时变形量大;(2)巷道底鼓严重;(3)变形破坏程度和震源能量正相关;(4)冲击破坏之前,巷道围岩缓慢变形严重;(5)锚杆支护体系严重失效。冲击破坏后的巷道表现为围岩节理、裂隙扩展贯通,强度和完整性弱化,锚固系统锚固性能(锚固力、预紧力)降低,锚固界面粘结劣化失效,锚杆产生塑性变形,杆体内部晶粒扭曲、畸变,晶粒产生剪切、滑移,晶粒被拉长,金相组织紊乱,抗拉强度、延伸率和冲击吸收功普遍降低。巷道冲击破坏的主要原因为:高原岩应力和采动应力迭加形成的高静载应力集中、坚硬顶板脆断形成的动载扰动、巷道围岩“外碎内脆”的结构特性以及锚杆支护参数不合理导致的锚固承载结构承载能力低。(2)建立了动静载联合作用下回采巷道数值模型,采用数值模拟方法分析了动载扰动作用下巷道锚固承载结构动载响应特征及冲击破坏演化过程。结果表明:动载产生的反复压拉作用,极易造成锚固岩体扩容变形破坏或锚固系统失效,导致锚固承载结构冲击破坏;应力波在深浅部围岩产生的动载应力差,是顶板锚固承载结构变形破坏的主导因素,不同深度围岩动态响应差异是巷帮锚固承载结构变形破坏的主导因素;锚固承载结构冲击破坏演化过程为:顶板动载扰动→浅部围岩损伤变形破坏→锚固系统失效→锚固承载结构失去对深部围岩控制→围岩损伤破坏范围骤增→深部围岩能量瞬时释放→锚固承载结构冲击破坏。动载扰动下巷道锚固承载结构的冲击破坏是在采动静载和动载驱动下的力学破坏过程,伴随着能量的消耗、释放与转化。(3)提出了动载扰动下锚固承载结构冲击破坏准则和判据,基于响应面法实验设计和数据分析功能,定量研究了单因素以及多因素交互作用对锚固承载结构稳定性的影响,结果表明:动载扰动冲击地压巷道锚固承载结构冲击破坏必须满足应力和能量的双重“超载”条件,必要条件是:顶板动载和巷道围岩静载迭加强度大于锚固承载结构的承载能力,即应力超载;充分条件是:矿震余能和巷道围岩释放的弹性能量大于锚固承载结构冲击破坏耗能,且有盈余能量并可转化为冲击动能,即能量超载。围岩强度、震源距离、震源强度、原岩应力、支护强度等单因素和各因素交互作用对锚固承载结构变形量都有显着影响,不同组合条件下锚固承载结构的破坏模式可分为锚杆断裂型、锚固脱粘型、岩体主导型和复合型。(4)提出了动载扰动冲击地压巷道锚固围岩控制技术,主要包括“降载-抗冲-吸能”稳定性控制原理、“深部卸压-浅部强支-巷表防护”多层次控制技术以及新型抗冲击锚杆支护材料。围岩卸压可以降低应力集中的程度和范围,降低深部围岩冲击破坏时能量释放的大小,增大动载传播的距离和衰减系数,减缓矿震动载对锚固承载结构的扰动,降低锚固承载结构发生冲击破坏的风险。针对不同锚固承载结构破坏模式,采用加长或全长高预应力锚固、超高强度长短锚杆协同支护以及全断面支护,可以有效提高冲击地巷道锚固承载结构自身的抗冲击性能和吸能特性。研发出的新型超高强、高冲击韧性套接锚杆的破断载荷与SKP22-1/1770型锚索相当,但套接锚杆的平均延伸率(19.5%)与冲击吸收功(128J)远超锚索。(5)开展了动载冲击地压锚固承载结构稳定性控制现场实践。采用人工爆破模拟矿震动载检验控制效果,围岩质点振动、锚固围岩损伤电磁波CT扫描、围岩变形和锚固系统受力等矿压监测结果显示:爆破产生的动载扰动,造成监测点位置围岩张性拉伸损伤破坏,且锚固范围内浅部围岩损伤破坏大于深部。由于锚固围岩的损伤破坏,大部分锚杆、锚索轴力突降,轴力损失率随着震源距离的增大呈乘幂关系衰减,随预紧力的增大呈减小趋势。在爆破动载作用下,监测区域巷道围岩未发生冲击破坏,巷道位移和锚杆(索)受力均在允许范围内。
于斌[5]2014年在《大同矿区特厚煤层综放开采强矿压显现机理及顶板控制研究》文中认为大同矿区是侏罗系和石炭系双系煤层同时赋存而且顶板坚硬难冒的矿区，煤层的赋存和开采条件复杂，在石炭系14-20m特厚煤层综放开采过程中，工作面出现了强矿压显现而且严重影响了工作面的安全高效生产。为此，本文结合大同矿区的区域地质构造特点、双系煤层的地质赋存条件、已有的开采环境和石炭系特厚煤层安全高效开采的要求，采用理论分析、物理相似模拟、数值计算以及现场实测相结合的方法，深入分析研究了石炭系特厚煤层综放工作面强矿压显现机理，提出了工作面强矿压的控制方法与技术途径。（1）揭示了大同矿区石炭系特厚煤层综放开采工作面矿压显现的特征规律。石炭系3-5#特厚煤层大采高综放工作面老顶初次来压步距和周期来压步距大，动载系数大，具有强矿压显现特征，老顶来压持续时间长，支架安全阀开启频繁，煤壁片帮和工作面顺槽围岩变形严重，动载特征明显，而且周期来压强度呈现强弱交替出现的大小周期变化规律。（2）建立了基于地质动力和开采技术条件的从宏观区域到微观局部的矿压研究新方法。揭示了大同矿区地质动力环境、双系煤层采动相互作用，侏罗系采空区煤柱集中应力和石炭系煤层覆岩破断失稳、沿空动压多因素共同作用的强矿压显现机理。（3）揭示了口泉断裂对同忻井田强矿压的影响机理。同忻井田口泉断裂的水平挤压和垂直升降形成了井田内典型的地质动力环境，复杂的构造背景、应力的集中和弹性能量积聚形成了发生强矿压显现的地质动力条件，通过对井田构造应力区的划分，明确了易发生强矿压显现的地质构造带和高应力区域。（4）分析了双系煤层开采的相互作用和侏罗系采空区煤柱对石炭系开采的矿压作用机理。同忻井田上覆永定庄矿侏罗系煤层采空区留设的区段煤柱，其应力影响深度50~70m，石炭系煤层开采覆岩垮裂带高度150-170m，区段煤柱的集中应力和石炭系煤层的覆岩活动加剧了矿压传递作用和矿压显现强度。（5）揭示了石炭系特厚煤层开采覆岩的垮断失稳结构特征，据此建立了特厚煤层综放工作面支架与围岩关系力学模型，并确定了石炭系特厚煤层覆岩多层坚硬顶板条件下支护阻力的计算方法。（6）提出了大同矿区特厚煤层强矿压显现控制的支架合理选型与辅助控制技术相结合的方法，建立了水压致裂弱化坚硬顶板、高应力弱化控制技术，有效地减少了矿压显现强度，取得了显着的技术效果。
朱志武, 宁建国, 李义[6]2006年在《钻孔爆破断裂控制技术研究》文中提出提出了一种新型的断裂控制爆破方法——在炮孔内同时利用不同的偶合介质(水和空气)爆破法。利用空气和水不同的物理特性和传能性质,控制爆炸能量的释放过程及作用方向,从而达到控制断裂方向,以起到崩落一侧而保护另一侧的目的。分析了水和空气不偶合装药爆破对周围介质的作用,通过模拟试验,对爆破后水介质所在方向和空气介质所在方向的应变和损伤分别进行了对比,反映出了介质中的受力和变形情况。实验表明,能够有效地控制裂缝的产生和发展,是一种行之有效的断裂控制爆破方法。
赵通[7]2018年在《近距离巨厚坚硬岩层下厚煤层开采顶板的破断失稳机理及控制研究》文中研究表明我国近距离赋存厚硬岩层的煤炭资源储量丰富,由于该条件下覆岩破断失稳易于产生工作面强矿压显现,影响工作面的安全生产,因此迫切需要对覆岩活动规律、失稳机理及其控制进行系统研究。本文以朱仙庄煤矿近距离赋存厚硬岩层下厚煤层综放开采为工程背景,综合运用现场调研、理论分析、物理模拟和数值模拟等方法,对厚硬岩层物理力学特性、破断特征、垮落运移规律、顶板结构特征和支架-围岩相互作用特征进行系统研究,提出基于厚硬岩层预控制的分区域顶板协同控制方法和技术。论文研究取得如下成果。(1)建立了近距离赋存厚硬岩层破断的厚板力学模型,揭示了近距离赋存厚硬岩层在大尺度开采空间条件下的“整层断裂”、“整体垮落”的破断失稳特征和垮落运移规律,得出了其断裂失稳的力学条件。基于不同顶板赋存条件的进行了工作面不同矿压强度分区,明确了易发生强矿压显现的顶板条件和回采区域。(2)研究了厚硬岩层位移变化规律、应力场演化规律和能量耗散机制,探讨了厚硬岩层厚度、开采尺度和直接顶厚度等对厚硬岩层稳定性的影响规律,提出了基于能量原理的失稳判据和控制原则。(3)建立了基于直接顶厚度变化条件下的巨厚坚硬岩层与支架相互作用关系力学模型,分析了近距离赋存巨厚坚硬岩层与支架相互作用关系特点,推导出了该条件下支架支护阻力计算公式。(4)结合朱仙庄煤矿近距离赋存巨厚坚硬岩层条件,提出了基于厚硬岩层预控制的分区域顶板协同控制方法和技术。建立了以厚硬岩层顶板深孔承压爆破弱化预控制为前提,支架合理选型为中心的顶板协同控制体系,为近距离赋存巨厚坚硬岩层下厚煤层安全高效开采提供了保障。研究成果对于类似条件煤层的安全高效开采具有重要现实意义和理论价值。
张鹏飞[8]2014年在《富水破碎围岩山岭隧道安全施工控制技术研究》文中研究表明交通运输业的飞速发展促进了公路隧道工程的建设和研究工作，隧道施工不可避免地遇到复杂的地质条件，尤其是富水破碎围岩，对隧道施工安全和控制措施提出了更大的要求和挑战。运用优化监测方案来确保隧道的安全和稳定性，采取合理、高效的防排水措施将隧道工程投资和工期风险降到最低限度，是隧道工程设计和施工中关键的问题。本文以实际工程隧道项目为依托，通过风险评估和建立及优化现场监控量测体系，对富水破碎围岩地质条件下的公路隧道施工安全技术进行研究，主要研究内容如下：（1）通过对国内外富水破碎围岩隧道的研究资料的检索，系统整理和总结隧道的风险评估、爆破施工和防排水等技术方案在富水破碎围岩隧道建设过程中的重要性。（2）总结隧道风险评估的一般程序、方法及流程，对隧道风险评估、爆破施工方法、防排水技术等进行研究。以背景工程隧道为依托建立风险指标体系，列出施工风险因素，进行风险分级及风险评估，根据风险评估结果提出应对风险的决策。（3）基于富水破碎围岩隧道监测体系对背景工程隧道进行监测，选取七个监测断面，测试隧道洞口周边位移、收敛速率和拱顶下沉速率等指标数据，并利用误差分析、回归分析和数理统计等方法进行处理，根据分析结果提出施工安全控制措施，保证富水破碎围岩隧道施工过程的安全。（4）基于爆破施工对于隧道安全的重要性，采用TOPBOX爆破振动记录分析系统对陈家山隧道现场爆破进行震动监测，根据爆破监测结果，对隧道其它地段爆破参数、爆破方式进行优化，以达到安全降低震动、有效控制超挖欠挖的目的。（5）对所依托背景工程隧道侧重结构自防水、附加防水层、注浆防水及防排水材料等新技术进行研究，优化隧道整体断面防水的设计和施工工作。
王方田[9]2012年在《浅埋房式采空区下近距离煤层长壁开采覆岩运动规律及控制》文中研究说明针对神东煤田浅埋房式采空区下近距离煤层长壁开采地质生产条件，综合运用现场调研、数值计算、物理模拟、理论分析及现场试验的研究方法，对房式煤柱稳定性、顶板大面积来压机理及防治技术、房式采空区下近距离煤层开采覆岩运动规律及其控制技术等进行了系统研究，主要研究成果如下：（1）综合运用逐步破坏理论及突变理论对房式煤柱失稳机理进行了分析，建立了煤柱失稳的判别式。基于逐步破坏理论对房式残留煤柱稳定性进行了计算分析，判定了满足煤柱稳定性安全系数1.5以上的煤柱设计尺寸。采用突变理论建立了房式煤柱破坏失稳的尖点突变模型，得到房式煤柱发生突变的必要条件为0.33w<Y<0.43w，即弹性核区宽度大于煤柱宽度的34%时，煤柱将不会发生突变失稳，与现场勘测结果相吻合，揭示了房式残留煤柱失稳机理。（2）建立了浅埋房式采空区下煤层开采覆岩运动结构模型，确定了支架合理工作阻力。基于弹性力学建立了固支梁及悬臂梁结构模型，并对顶板抗拉与抗剪屈服破坏进行了比较分析，理论计算与矿压监测相结合确定了顶板初次及周期来压步距。根据浅埋房式采空区下煤层开采覆岩运动特征，将“载荷层—老顶—房式煤柱—直接顶—支架”系统划分成“载荷层—老顶—房式煤柱”及“房式煤柱—直接顶—支架”两个关联系统，并求得支架合理支护阻力。根据直接顶结构特征进行力学平衡分析，得到了直接顶发生切冒的判据。（3）揭示了深孔预裂爆破强制放顶的机理，防止了顶板大面积来压。建立了大面积顶板来压飓风冲击模型，为因大面积冒顶形成的飓风而损坏综采设备、摧毁巷道设施等现象做出了合理解释。为防止顶板大面积来压，提出采取切眼深孔预裂爆破强制放顶技术，采用LS-DYNA3D程序建立了深孔预裂爆破强制放顶计算模型，在揭示爆破放顶的机理的同时，优化了主要爆破参数。现场采用深孔预裂爆破强制放顶技术取得了良好的效果。（4）提出了以合理控制采高及加快推进速度等措施为主的顶板控制技术，确保了浅埋房式采空区下近距离煤层安全高效开采。依据浅埋房式采空区下近距离煤层开采覆岩运动规律，提出了以合理控制采高、注砂充填采空区、加强支护管理及加快工作面推进速度为主的顶板控制技术体系，现场应用实现了浅埋房式采空区下近距离煤层安全高效开采。
杨敬轩[10]2015年在《安全高效能坚硬煤岩承压式爆破控制机理及试验分析》文中指出长期以来,坚硬岩层(煤层)的控制一直是我国煤矿开采岩层控制的重点和难点之一。我国大多数矿区均赋存有坚硬煤岩层,坚硬岩层引起的强矿压及其合理高效控制成为煤炭安全开采的重要保障。为此,本文采用试验观测、理论分析以及浅地表内岩石爆破试验等研究方法对煤岩承压式(定向)爆破控制机理、波传播规律、承压介质传载特性以及承压爆破破岩效果等进行了系统深入地研究,研究结果具有重要的理论与工程指导意义。岩石动载作用下的动态力学特性研究。不同岩性的岩石试块单轴动态压缩试验表明,不同应变率条件下的岩石动态应力-应变关系曲线具有一定的相似性,且呈现分段特征。随着加载强度的变化,岩石破坏强度具有明显的应变率相关特性,且与试验加载强度间满足指数关系。岩石加载强度越高,试块破坏形态的应变率相关程度越紧密,岩石破碎块度越小、块体数量明显增多,高应变率条件下的硬岩甚至破碎成粉末状态。承压爆破下的波传播与介质高效传载作用机理研究。基于爆炸与冲击动力学以及流体动力学理论,分析了煤岩孔内“炸药-承压介质-钻孔围岩”叁者间的波阻抗匹配关系,及其对波传播规律与介质承载特性的影响。建立了承压爆破条件下的冲击波传播与承压介质受力模型,揭示了安全高效能煤岩承压式爆破冲击波破岩导向与承压介质高效传载作用机理。承压爆破(定向)破岩机理研究。基于流体动力学方法对承压爆破后的钻孔围岩破坏范围进行了区域划分,建立了围岩冲击波与应力波导向破岩力学模型。同时采用断裂力学理论,分析了孔内爆轰产物与承压介质的后续膨胀“水楔”增裂作用机理,揭示了煤岩承压爆破条件下“冲击波-应力波-爆轰产物-承压介质”相互间的时空作用关系,在此基础上提出了煤岩承压爆破导向孔与割缝药管定向技术,并给出了对应技术条件下的定向破岩作用机理。煤岩承压式(定向)爆破过程与破岩效果观测。基于水泥试块以及浅地表内石灰岩的承压爆破以及空孔爆破试验,证实了孔内承压介质具有高效的均匀传载作用,且由于承压介质的湿润、降温以及稀释作用,煤岩承压爆破过程中的有害物质产生可以得到较好地控制。从而既达到了高效能炸药爆轰作用下的安全静态破岩目的,又实现了爆炸超动载与静态承压介质静载作用的统一。研发了煤岩承压爆破实验室专用试验设备以及现场(定向)爆破专用装备与系统,初步形成了承压式爆破条件下的“冲击波导向-应力波破岩-承压介质增裂”煤岩预裂控制理论与技术。特厚煤层坚硬顶板强矿压显现机理研究与承压(定向)爆破控制技术现场实施方案制定。基于大同矿区同忻煤矿石炭系特厚煤层工作面强矿压显现特征分析,揭示了强矿压显现的双向高应力迭加作用影响机理,同时采用叁参数威布尔函数拟合分析得到了双向高应力作用下的煤岩应力分布特点,提出了在工作面与回采临空巷道内双向实施顶板承压式定向爆破卸压方法实现围岩高应力转移方案,并给出了具体工艺实施参数。承压式爆破作为一种高效的煤岩控制技术途径,在矿井强矿压控制、顶板处理、煤岩增裂与增透及其结构改造、油气开发等方面具有重要的应用前景,是一项安全、高效、环保、节能的矿井生产保障技术。该论文有图77幅,表13个,参考文献128篇。
参考文献：
[1]. 沿空留巷围岩应力优化与结构稳定控制[D]. 韩昌良. 中国矿业大学. 2013
[2]. 深部复合地层隧道TBM施工岩爆孕育及控制机理研究[D]. 蒋邦友. 中国矿业大学. 2017
[3]. 钻孔爆破断裂控制技术研究[D]. 牛志武. 太原理工大学. 2003
[4]. 动载扰动下巷道锚固承载结构冲击破坏机制及控制技术[D]. 焦建康. 煤炭科学研究总院. 2018
[5]. 大同矿区特厚煤层综放开采强矿压显现机理及顶板控制研究[D]. 于斌. 中国矿业大学. 2014
[6]. 钻孔爆破断裂控制技术研究[J]. 朱志武, 宁建国, 李义. 工程力学. 2006
[7]. 近距离巨厚坚硬岩层下厚煤层开采顶板的破断失稳机理及控制研究[D]. 赵通. 中国矿业大学. 2018
[8]. 富水破碎围岩山岭隧道安全施工控制技术研究[D]. 张鹏飞. 湖南大学. 2014
[9]. 浅埋房式采空区下近距离煤层长壁开采覆岩运动规律及控制[D]. 王方田. 中国矿业大学. 2012
[10]. 安全高效能坚硬煤岩承压式爆破控制机理及试验分析[D]. 杨敬轩. 中国矿业大学. 2015
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