圍岩孔內充水承壓固液耦合爆破機理及其模型律

《圍岩孔內充水承壓固液耦合爆破機理及其模型律》是依託中國礦業大學，由楊敬軒擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：圍岩孔內充水承壓固液耦合爆破機理及其模型律
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：楊敬軒
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

圍岩孔內充水承壓爆破作為一項安全高效能的爆破技術，孔內裝藥周邊充水層和孔壁圍岩浸水層的存在，是其區別於普通裝藥爆破條件的重要特徵，是孔內炸藥爆炸高效能充分發揮的關鍵。本課題緊密圍繞核心研究對象——孔內充水層和孔壁浸水層，採用爆炸衝擊動力學方法，研究孔內裝藥周邊充水層的高效傳載機制；開展承壓水作用下的煤岩浸水特性試驗，分析浸水層厚度對水介質承壓和浸水時長的回響；開展浸水煤岩動態力學試驗，分析高應變率條件下的浸水煤岩動態本構及其破壞形態對浸水層厚度的回響；開展孔內充水承壓爆破模擬試驗，分析充水層內波的傳播傳載規律，揭示圍岩孔內充水承壓固液耦合爆破細觀作用機理；開展多因素影響下的承壓爆破正交試驗，建立複雜因素影響下的巨觀爆破模型律，為圍岩孔內充水承壓爆破參數的合理確定提供依據，指導試驗設計及技術套用。

結題摘要

堅硬頂板控制一直是我國煤礦岩層控制中的重點和難點問題。伴隨煤炭資源開採深度與強度的增加，煤炭高效開發伴生的堅硬頂板事故和災害問題愈加突出。在此條件下，開展高效的頂板控制技術與機理研究，是堅硬頂板煤層安全高效開採的重要保證。基於此，提出了一種鑽孔圍岩充水承壓爆破致裂技術，藉助孔內水介質和浸潤改性煤岩的優越傳載性能，實現了爆炸高能量的充分利用，並綜合多種方法研究了多介質層內的波動傳載規律和爆生氣體膨脹過程，揭示了孔內充水承壓爆破高效破岩機理，為礦井堅硬頂板合理爆破預裂參數的確定提供了依據。針對以上內容取得以下研究成果：（1）高應變率載入條件下，天然與浸水岩體應力-應變曲線相似，隨著浸水時間與浸水壓力增加，岩體強度伴隨應變率提高呈指數增長。低應變率條件下，天然、浸水岩石的抗壓/抗拉強度和應變率之間分別滿足指數與對數關係，且隨著浸水時間和浸水壓力的增加，岩石強度有所降低。綜合研究指出，浸水岩石高應變率載入下的脆性與強度均有所增加，但低應變率條件下其強度普遍趨於弱化。（2）在凝聚態炸藥爆轟參數分析基礎上，探討了鑽孔水介質層中的波動傳載規律及破岩機制，建立了承壓水層的波動傳載、致裂力學模型，揭示了鑽孔充水承壓條件下的波動高效破岩機制，並在爆炸波破岩分析的基礎上，進一步闡述了爆生氣體聯合孔內水介質的高效增裂機理。綜合研究指出，鑽孔內水介質的存在利於波動傳載效能的充分發揮，通過適當提高孔內水介質的壓力，改善浸水煤岩動態力學特性，有利於煤岩高效致裂效果的實現。（3）研究了大尺寸工程性岩體承壓爆破條件下的孔壁圍岩應力、裂隙演化規律，重點探討了鑽孔不耦合裝藥係數、孔內裝藥量、孔內水介質承壓大小以及空孔存在條件等因素對岩體爆破致裂的影響，得到了影響岩體爆破高效致裂效果的主控因素。圍繞以上內容，發表論文6篇，授權專利6項，出版專著1部，省部級科研獲獎2項，培養碩士研究生3名。