堅(jiān)硬頂板控制一直是我國(guó)煤礦巖層控制中的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題。伴隨煤炭資源開采深度與強(qiáng)度的增加,煤炭高效開發(fā)伴生的堅(jiān)硬頂板事故和災(zāi)害問題愈加突出。厚煤層開采覆巖擾動(dòng)層位高,加劇了頂板斷裂擾動(dòng)范圍和程度,使得采場(chǎng)強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)獨(dú)具特點(diǎn)。在此條件下,開展高效的頂板控制技術(shù)與機(jī)理研究,是堅(jiān)硬頂板煤層安全高效開采的重要保證�；诖�,提出了一種鉆孔圍巖充水承壓爆破致裂技術(shù),借助孔內(nèi)水介質(zhì)和浸潤(rùn)改性巖體的優(yōu)越傳載性能,實(shí)現(xiàn)了爆炸高能量的充分利用,并綜合多種方法研究了多介質(zhì)層內(nèi)的波動(dòng)傳載規(guī)律和爆生氣體膨脹過程,揭示了孔內(nèi)充水承壓爆破高效破巖機(jī)理,為礦井堅(jiān)硬頂板合理爆破預(yù)裂參數(shù)的確定提供了科學(xué)依據(jù)。論文研究取得以下成果:(1)高應(yīng)變率加載條件下,天然與浸潤(rùn)巖體應(yīng)力-應(yīng)變曲線相似,隨著浸潤(rùn)時(shí)間與浸水壓力增加,巖石強(qiáng)度伴隨應(yīng)變率提高呈指數(shù)增長(zhǎng)。低應(yīng)變率條件下,天然、浸潤(rùn)巖石的抗壓/抗拉強(qiáng)度和應(yīng)變率之間分別滿足指數(shù)與對(duì)數(shù)關(guān)系,且隨著浸潤(rùn)時(shí)間和浸水壓力的增加,巖石強(qiáng)度有所降低。綜合研究指出,浸潤(rùn)巖石高應(yīng)變率加載下的脆性與強(qiáng)度均有所增加,但低應(yīng)變率條件下其強(qiáng)度普遍趨于弱化。(2)在凝聚態(tài)炸藥爆轟參數(shù)分析基礎(chǔ)上,探討了鉆孔中水介質(zhì)層的波動(dòng)傳載規(guī)律及破巖機(jī)制,建立了承壓水層的波動(dòng)傳載、致裂力學(xué)模型,揭示了鉆孔充水承壓條件下的波動(dòng)高效破巖機(jī)制,并在爆炸波破巖分析的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步闡述了爆生氣體聯(lián)合孔內(nèi)水介質(zhì)的高效增裂機(jī)理。綜合研究指出,鉆孔內(nèi)水介質(zhì)的存在利于波動(dòng)傳載效能的充分發(fā)揮,通過適當(dāng)提高孔內(nèi)水介質(zhì)的壓力,改善浸水巖體動(dòng)態(tài)力學(xué)特性,有利于巖體高效致裂效果的實(shí)現(xiàn)。(3)研究了大尺寸工程巖體承壓爆破條件下的孔壁圍巖應(yīng)力、裂隙演化規(guī)律,重點(diǎn)探討了鉆孔承壓水層厚度、孔內(nèi)裝藥量、孔內(nèi)水介質(zhì)承壓大小以及空孔存在條件等因素對(duì)浸水巖體爆破致裂的影響,得到了影響巖體爆破高效致裂效果的主控因素。同時(shí),結(jié)合礦井厚煤層具體開采條件,確定了合理的堅(jiān)硬頂板承壓爆破參數(shù),深孔充水承壓爆破技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施取得了顯著的堅(jiān)硬頂板預(yù)裂和采場(chǎng)卸壓效果。
【學(xué)位單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TD327.2
【部分圖文】：

（d） （e）圖 2-1 SHPB 試驗(yàn)系統(tǒng)Figure 2-1 SHPB test system高速動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀數(shù)據(jù)處理光源 應(yīng)變片入射桿巖樣透射桿應(yīng)變片緩沖桿阻尼子彈放大器濾波器圖 2-2 SHPB 試驗(yàn)裝置Figure 2-2 SHPB test device為避免沖擊過程中試件端面產(chǎn)生凹型破壞，加工時(shí)要確保試件端面的平行直徑 50.0mm×厚度 50.0mm）。加載前，試件放置于入射桿與透射桿間，三者接觸。壓桿通過底座支桿支撐，確保所有桿體同軸，同時(shí)在撞擊桿與入射桿貼橡膠整形器，確保波形的完整性與較長(zhǎng)的上升沿[98]，使得試件破壞前內(nèi)部達(dá)到均勻化，提高測(cè)試精度與準(zhǔn)確性。在撞擊桿激發(fā)獲得初始速度（由平行

20（g）天然試件，應(yīng)變率 214.78s-1（h）浸潤(rùn)試件，應(yīng)變率 226.55s-1圖 2-16 天然與浸潤(rùn)試件不同應(yīng)變率下沖擊破壞特征Figure 2-16 Impact failure characteristics of natural and infiltration specimens at different strainrates天然-浸潤(rùn)試件破碎塊度與加載應(yīng)變率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但浸潤(rùn)試件破碎塊度略大于天然試件。在低應(yīng)變率（75.63s-1和 77.47s-1）下，天然-浸潤(rùn)試件破壞均呈軸向劈裂特征，仍具有較強(qiáng)的彈性承載能力；隨著應(yīng)變率增加（117.95s-1與 119.66s-1），試件破碎塊度呈現(xiàn)大-小不均等分布，浸潤(rùn)巖石試件破碎塊度區(qū)間大于天然巖石試件；在應(yīng)變率 156.62s-1與 160.35s-1下，破碎最大巖塊較低應(yīng)變率下明顯降低，塊度極值差值減小，浸潤(rùn)試件破壞塊度均值大于天然試件；在應(yīng)變率 214.78s-1和226.55s-1下試件破碎塊度分布均勻，天然巖石試件趨于粉末形態(tài)，而浸潤(rùn)試件破碎塊度大于天然巖體。天然-浸潤(rùn)試件呈現(xiàn)脆性破壞特征，隨著加載應(yīng)變率提高浸水巖石脆性呈增強(qiáng)趨勢(shì)，利于動(dòng)態(tài)破裂的實(shí)現(xiàn)。

（a）2.0h （b）8.0h （c）12.0h圖 2-17 不同浸潤(rùn)時(shí)間下巖石沖擊破碎塊度分布Figure 2-17 Impact fragmentation distribution of rock under different infiltration time隨著浸潤(rùn)時(shí)間增加，試件破碎塊度呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，呈現(xiàn)脆性破壞特征，表現(xiàn)為浸潤(rùn)時(shí)間正相關(guān)特性；在較短浸潤(rùn)時(shí)間（2.0h）下，試件沖擊破壞呈粉碎形態(tài)，在浸潤(rùn) 8.0h 時(shí)，試件破裂塊度整體上微量增加，但局部存在少量大塊度巖塊；隨著浸潤(rùn)時(shí)間增加（12.0h），試件承載能力進(jìn)一步增強(qiáng)，破碎塊度增加的同時(shí)分布趨于集中化與均勻化；試件脆性破壞趨勢(shì)增強(qiáng)。不同浸水壓力下試件沖擊破碎塊度結(jié)果如圖 2-18。
【相似文獻(xiàn)】

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2 速寶玉，詹美禮，趙堅(jiān);仿天然巖體裂隙滲流的實(shí)驗(yàn)研究[J];巖土工程學(xué)報(bào);1995年05期

3 E.雷紐斯;馬敏峰;;巖體沖蝕[J];河海大學(xué)科技情報(bào);1987年01期

4 O.B.庫(kù)茨拉什維利;張勤;;高加索翻山鐵路經(jīng)過地帶的巖體裂隙評(píng)價(jià)[J];河海大學(xué)科技情報(bào);1987年02期

5 Dae S.Young ,Steven F.Hoerger ,殷坤龍;巖體裂隙的空間變化性和地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)模型[J];地質(zhì)科技情報(bào);1988年01期

6 K·渡邊;饒和平;;巖體裂隙二維連續(xù)的性隨機(jī)評(píng)價(jià)[J];人民長(zhǎng)江;1988年06期

7 黃蘋蘋;論巖體的可爆性[J];長(zhǎng)沙礦山研究院季刊;1989年04期

8 高金石;張繼春;;爆破破巖機(jī)理動(dòng)力分析[J];金屬礦山;1989年09期

9 余永豪;鮑光謨;;堅(jiān)硬巖體按抗爆裂強(qiáng)度的分類法[J];世界采礦快報(bào);1989年34期

10 方濤;柴軍瑞;徐文彬;;巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)滲流模型的數(shù)值解法[J];礦業(yè)快報(bào);2007年06期

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