静力定向破岩技术在处理巷道悬顶问题中的研究与应用

回采工作面端头弧形三角区域顶板悬顶过长的问题,给工作面的安全高效生产带来威胁。目前主要采用预裂爆破的方式解决工作面悬顶问题,但是由于在高瓦斯矿井采空区禁用火工品,使得该方法的使用受到限制,基于此问题,展开静力定向破岩技术解决煤矿端头巷道悬顶过长问题的研究。通过静态破碎剂膨胀力学性能试验,具体对影响破碎剂的膨胀压力的因素进行分析,并确定工业应用中静态破碎机的最佳水灰比应控制在0.2~0.35。基于弹性力学与岩石力学分析多孔加压下岩石的开裂原理,认为增大孔径或缩小孔间距可有效促进裂纹的扩展;根据具体的工程地质条件,结合静态破碎机膨胀力学试验和多孔加压下岩石开裂原理的分析结果,对施工方案进行具体设计,并论述静态破碎剂注浆施工时运用"三管两进一回"原理的具体操作方法及步骤。现场应用结果表明:应用静力破岩技术处理端头巷道的悬顶问题后,端头巷道悬顶长度减小了36%,效果显著,为工作面的安全高效生产提供保障。

空孔作用下定向涨裂破岩试验研究

为了深入研究空孔作用下岩石定向涨裂机理,开展不同空孔距离及数量下的定向涨裂破岩试验,分析对岩石裂纹扩展及涨裂压力的影响规律。研究结果表明:空孔存在时可定向引导涨裂裂纹扩展并明显减小涨裂压力;随着空孔距离增大,空孔定向引导裂纹方向能力越来越差,最大涨裂压力逐渐增大,当空孔距离由200 mm增至250 mm时,最大涨裂压力的最大变化率为13.8%;随着空孔数量增加,主裂纹线性增加,但裂纹扩展方向线性度越来越差,最大涨裂压力逐渐减小,当空孔数量由2个增至3个时,最大涨裂压力的最大变化率为16.3%。通过试验直接证明了空孔定向涨裂破岩的可行性。

基于空孔效应的坚硬岩石涨裂破岩力学特性研究

为了提高坚硬岩石定向涨裂破岩效率,从坚硬岩石涨裂定向破岩机理出发,基于空孔效应理论对200 mm、250 mm、300 mm、400 mm空孔间距以及20 mm、40 mm、90 mm、120 mm空孔半径下空孔孔壁的应力变化规律展开研究,将理论计算与数值模拟进行对比分析验证。研究结果显示:空孔的存在使得空孔靠近涨裂孔一侧产生应力集中,随着空孔间距增大、空孔半径减小,空孔效应应力集中现象越弱;空孔圆周上受拉区为±40°以内,最大拉应力出现在空孔与涨裂孔圆心连接线上,最大压应力出现在空孔圆周±70°附近。孔间连线上I型岩石应力强度因子与应力变化规律相对应,在孔间距达到400 mm时,应力强度因子K_(I)小于岩石的断裂韧度K_(IC),无法达到形成贯通裂纹的条件。依据研究成果设置空孔参数,并在深圳市铁岗-石岩水库石岩北清水引水隧洞进行涨裂破岩试验。试验结果显示:空孔对于裂纹扩展方向具有引导作用,能够促使空孔与涨裂孔连线方向产生贯通的主裂纹,有利于提高坚硬岩石的涨裂破岩效率,能够为相似工程提供借鉴和参考。

多孔线性协同定向水压裂缝扩展规律的数值模拟研究

针对破岩工程中定向致裂的问题,首先分析了多孔线性协同定向水压致裂技术原理,然后采用RFPA2D-Flow数值模拟软件对多孔线性协同定向水力致裂试验结果进行验证,最后研究了多孔线性协同定向水压裂缝的起裂和扩展规律。结果表明:RFPA2D-Flow数值模拟结果与试验结果趋于一致;多孔线性协同定向水力致裂的过程可以分为注水升压、水压裂缝的起裂、裂缝稳定扩展和裂缝贯通4个阶段;在裂缝传播过程中,裂缝扩展朝向钻孔分布的方向。不同钻孔在水压裂缝扩展过程中存在相互影响,导致水压裂缝扩展贯通。