静态破碎剂性能分析及致裂效果实验研究

为解决现有煤矿井工开采过程中预裂爆破安全性低、适用性差以及水压致裂条件苛刻,破岩效果弱的问题,提出静态致裂的方法,通过研究不同影响条件下静态破碎剂的反应状态和致裂效果,对不同拌合水温、水灰比条件下的静态破碎剂反应温度、反应时间、反应体积变化、岩样致裂效果、应力变化进行了研究。结果表明:水灰比一定,静态破碎剂完全反应时间随拌合水温升高而降低,但最终反应完全后温度不变;相同拌合水温条件下,水灰比越小,静态破碎剂反应时间越短,反应速率越快;水灰比越小,混凝土试件开裂时间越短,水灰比越大,开裂时间越长,开裂效果与裂缝位置有关,块体应变呈现先增后减的趋势。

静态破碎剂水化反应分析

利用马弗炉高温真空煅烧碳酸钙烧制氧化钙熟料,后经XRD分析煅烧熟料矿物组成、SEM(扫描电镜)观察和分析固体物质的表面形态和结构,并利用煅烧熟料配制静态破碎剂,给出了静态破碎剂的最优配比,研究了水灰比、环境温度以及拌和水温对静态破碎剂水化反应的影响。结果表明:随着煅烧温度的升高,碳酸钙分解成氧化钙的程度越高,氧化钙晶体收缩愈紧密,晶体微孔隙逐渐消失且变得越致密,表观密度增大,反应活性降低。静态破碎剂在测试钢管中的峰值温度随水灰比的增大先增大后减小;随环境温度以及拌和水温的升高而升高;但其温度随时间变化趋势大体一致。

小常煤业静态破碎剂致裂顶板技术研究

针对矿井坚硬顶板垮落难度大的问题,以晋能控股集团小常煤业30217运输巷为工程背景,运用静态破碎剂(简称SCA)致裂顶板。通过实验分析、数值模拟和工程实践相结合研究SCA的致裂效果。结果表明:SCA的径向膨胀压随着钢管内径的增大而增大,一般钢管底部的径向膨胀压大于中部,钢管内径越大,钢管底部与中部的径向膨胀压差值越大,当钢管的内径相同时,钢管的径向膨胀压随着约束程度的增大也增大;SCA作用后,30217运输巷顶板下沉量较之前增加约148 mm;30217运输巷预裂孔装填SCA之后,辅助30217工作面顶板垮落步距减小10 m左右。工程的成功应用对具有相同开采难题的矿井具有参考意义。

石方工程静态破碎施工方法探究

静态破碎是在不允许爆破情况下很好地一种施工方法,可以很好地避免对周边构筑物产生影响,保证施工安全,通过对几种静态破碎石方施工方法进行探究,为破碎石方时施工方法的选择提供一定参考。

静态破碎剂配比优化及其膨胀性能测试研究

静态破岩技术与传统爆破技术相比具有无火花、无冲击波、无大面积震动等优点,为了得出静态破碎作用原理,确定静态破碎剂的配比参数对静态破碎剂的膨胀性能及破碎效果的影响,通过理论分析、实验测试等手段对其进行研究,研究结果表明,实验确定以氧化钙、硅酸盐水泥、石膏、钠基膨润土、聚羧酸高效减水剂和粉煤灰为原料制备静态破碎剂,得到了静态破碎剂优化配比;测得优化配比下的膨胀力平均值为40 MPa,可以满足大部分岩石的破碎要求,同时,可以极大减少粉尘的产生,减轻在煤矿工作中造成的污染。

静态破碎技术研究综述与建议

静态破碎技术是将搅拌好的静态破碎剂填充在岩石或混凝土的孔内,利用静态破碎剂膨胀产生的膨胀压力“静悄悄”地使岩石或混凝土松散酥碎的方法.为促进静态破碎技术的发展及应用,介绍静态破碎剂的主要膨胀性能及其测试方法,分析孔直径、孔间距、孔排距、孔边距、孔深度对破碎效果的影响,展示静态破碎拆除技术在建筑拆除、混凝土及岩石破碎等方面的应用.结果表明:由氧化钙、水泥、石膏和减水剂等组成的石灰系静态破碎剂在工程中应用最多;静态破碎剂的体积膨胀主要来源于反应过程中固相体积和孔隙体积的增加;膨胀压力随氧化钙掺量的增加而增大;破碎首先发生在孔边与自由面距离最小处;孔径越大、孔深越深,破碎剂用量越多,膨胀压力越大,破碎效果越好,但破碎剂用量过大易引起破碎剂从孔洞喷出;在一定范围内,破碎剂在孔附近某点处产生的应力与该点至孔边缘距离的平方呈反比,适当缩减孔距能够取得更好的破碎效果.

厚硬顶板工作面静态破碎切顶卸压技术研究

针对厚硬顶板工作面推进至停采线时,导致前方采区大巷围岩变形失稳的问题,提出了采用静态破碎切顶技术,并通过理论分析了多孔叠加下的膨胀破碎机理和化学反应过程,随后结合相关地质条件确定了切顶关键参数且数值计算验证了方案的卸压效果良好。现场应用效果表明:静态破碎切顶后,辅运大巷处顶底板移近量为0.81 mm/d,较之切顶前减少了91.4%,两帮移近量为0.86 mm/d,较之切顶前减少了79.5%,表明静态破碎切顶卸压可有效缩小超前动压影响范围,改善辅运大巷围岩应力环境。

静态破碎的物理与数值试验

本文对静态破碎剂作用下混凝土模型的破坏过程进行了物理和数值模拟试验,试验研究结果表明,单孔方形混凝土模型裂纹的扩展和破坏不是通常认为的像开采中的大理石破坏那样:第一条裂纹产生以后,在其对称连线上产生第二条裂纹,而是以三条主裂纹的形式破坏。并用数值模拟的方法再现了在静态破碎剂作用下,这三条主裂纹的萌生、扩展到最后的失稳扩展过程。

单轴应力状态下石灰岩体静态破碎裂纹演化规律及应用

为了研究静态破碎过程中裂纹演化规律,采用真三轴岩石力学试验机对200 mm×200 mm×200 mm的立方体石灰岩试样进行了单轴应力状态下静态破碎试验,并利用声发射空间定位技术对静态破碎过程中裂纹起裂与扩展进行监测。结果表明:单轴应力下裂纹起裂位置为钻孔中下部,并先后形成两组裂纹,每组裂纹沿孔壁对称分布并大致成一直线;两组裂纹的扩展速率均先快后慢,分为快速增长和快速下降两个阶段,并且下降阶段的裂纹扩展速率小于增长阶段扩展速率;先生裂纹的扩展速度大于后生裂纹;每条裂纹的扩展速度具有方向的差异性,即平行孔轴向方向大于与垂直孔轴向方向;基于弹性力学、断裂力学理论,建立了静态破碎剂作用力与裂纹扩展半径的关系,并通过试验结果验证了该模型的合理性。将研究结果应用于某高瓦斯矿实际地质条件下的强制放顶工程中,确定了静态破碎强制放顶的基本参数,获得了良好的工业效果。

大孔径静态破碎膨胀压力特性及布孔参数分析

大孔径静态破碎与传统静态破碎有着显著的不同。利用电测法测量了直径40和100mm钢管中的破碎剂膨胀压力和温度,对比分析了两种工况下的不同现象。实验表明,孔径的增加能够提高膨胀压力,加快反应速度。基于实验的数据,利用有限元方法计算了静态破碎时钻孔周围岩石介质中的应力分布。基于实验数据和有限元数值计算结果,使用数据拟合方法对静态破碎时岩石中的应力分布弹性模型进行修正,得到了应力分布方程。利用该方程推导的布孔参数计算公式,适合运用于实际工程之中。

静态破碎剂的轴向膨胀力学性能实验研究

针对静态破碎剂轴向膨胀力学行为进行了深入研究,提出了测量静态破碎剂膨胀压的轴向输出法,设计了测试系统及核心钢筒组件.分别采用轴向输出法和外管法对静态破碎剂膨胀压进行了测试.通过对比在不同孔径条件下两种方法测得的膨胀压,分析了孔径大小对静态破碎剂轴向膨胀压及其输出率的影响.结果表明:轴向输出法能够可靠准确测得静态破碎剂膨胀压;在固定的高径比条件下,静态破碎剂轴向膨胀压随孔径尺寸增大而增加;孔径小于50 mm时,自封孔效应导致静态破碎剂输出轴向膨胀压的能力减弱;孔径大于150 mm时,轴向膨胀压与径向膨胀压趋于一致,轴压输出率达100%.

静态破碎剂膨胀作用下试件裂纹扩展试验研究

采用高速摄像技术,进行了静态破碎剂作用下材料破坏的物理试验,研究了膨胀作用下含切槽孔模型材料的动态断裂力学行为,获得了裂纹扩展速度和裂纹扩展加速度的变化规律。研究结果表明:静态破碎剂作用下含两翼切槽孔试件产生两条基本成直线的裂纹,裂纹扩展速度和加速度的变化基本是呈现先增加后降低的趋势;裂纹扩展加速度最大值到达的时间早于裂纹扩展速度到达最大值的时间;裂纹的萌生、扩展到最后的失稳过程非常明显。研究结果可为静态破碎剂在实际工程中的应用提供理论指导。

混凝土静态破碎的物理试验与数值试验

本文在对混凝土模型静态破碎进行物理试验的基础上应用RFPA2D软件系统对其进行了数值模拟,物理试验和数值模拟结果表现为良好的一致性。通过数值模拟可以观察到物理试验难以观测到的裂纹的萌生、扩展直至贯通的过程。在此基础上对双孔混凝土静态破碎进行了数值试验,得到相同条件下使孔间主裂纹贯通的经济合理孔距,为混凝土等静态破碎施工中优化布孔提供了一种有效的方法。

静态破碎剂研究现状与展望——献给静态破碎剂问世十周年

本文综述了十年来国内外静态破碎剂研究与应用概况.着重介绍了最近几年作者在冲孔机理与防治;膨胀力测试技术;构和动静态结合等问题的研究成果与最新进展.对今后的研究提出了一些设想.

静态破碎剂作用下裂纹扩展行为的动态分析

为了研究岩石静态破裂机理,采用高速摄像技术,对静态破碎剂作用下混凝土模型的破坏过程进行了物理模拟试验。试验研究表明,圆柱体单孔混凝土模型在静态破碎剂作用下,其破坏不是像方形单孔混凝土以三条主裂纹的形式破坏,而是在对称连线上产生两条基本对称的主裂纹;裂纹扩展过程中,裂纹扩展速度和加速度的变化基本是呈现先增加后降低再增加的变化趋势;裂纹的萌生、扩展到最后的失稳过程非常明显。研究结果为静态破碎剂在实际工程中的应用提供试验依据。

混凝土静态破碎主裂纹导向技术的试验研究

静态破碎的突出优点是安全、环保,在石材开采、岩石、混凝土等脆性材料局部破碎、城市建筑物拆除工程中应用较为广泛,但存在着作用时间长、破碎不易预测和控制、易产生喷孔、低温"致死"等难题。针对静态破碎过程中破碎不易预测和控制的难题,运用断裂力学理论和应力集中原理,进行了静态破碎剂作用下混凝土模型主裂纹的导向技术探索试验。通过对尺寸为200 mm×200 mm×200 mm和300 mm×300 mm×300 mm的多个模型的试验,摸索出一种可以将混凝土静态破碎主裂纹方向进行人为控制的方法,即在钻孔中置入宽度与孔径相等,高度与孔深相等的薄板,薄板的方向为主裂纹预想方向。结果显示在孔中置入强度较低的薄板材料(比如木板)时,起不到破碎主裂纹导向作用,而用强度较高的薄板材料(比如钢板)时,破碎主裂纹方向导向作用比较明显。作者认为这项技术对岩石、混凝土等脆性材料的局部破碎或者石材开采,有重要的实际应用价值,值得进一步深入研究和试用推广。

圆筒内静态破碎剂轴向膨胀特性研究

采用试验与颗粒离散元模拟相结合的方法研究了圆筒内静态破碎剂的膨胀力学行为。通过筒径为150mm圆筒试验研究了静态破碎剂水化膨胀过程中轴向应力输出特性,得到了全约束和预留一定自由膨胀空间2种条件下的轴向压应力与水化时间的关系曲线。根据离散元基本理论,模拟了不同预留自由膨胀空间条件下静态破碎剂水化膨胀过程,探讨了体积膨胀率对轴向应力输出的影响。结果表明:模拟结果与试验结果吻合得很好,采用颗粒离散元研究静态破碎剂的膨胀行为是可行的;随体积膨胀率增大,圆筒内静态破碎剂轴向输出应力降低。

气温和水温对静态破碎剂膨胀性能影响的试验分析

为研究水剂比、气温和水温对静态破碎剂膨胀性能的影响,进行了相同条件下5种水剂比和水剂比为0.30时6种气温与3种水温下静态破碎剂的膨胀性能试验,得到了相应条件下的体积膨胀率和拌合物温度-时间曲线。试验结果表明:静态破碎剂膨胀可分为拌合物硬化、裂纹扩展、体积快速膨胀和膨胀速度减慢四个过程。拌合物温度-时间曲线分为温度迅速上升、恒温、继续上升和下降四个阶段。通过对比不同水剂比的体积膨胀率,得出水剂比为0.30时膨胀效果较好;气温为16℃时体积膨胀率较好;采用高水温拌合可加快静态破碎剂的膨胀过程。

煤和矸石静态破碎差别的实验研究

进行了三个煤矿的煤和矸石主要力学性质的实验测定,对不同矿的煤和矸石根据粒径进行了分级,对分级后的各组煤和矸石的静态破碎差别进行了实验研究和分析比较,得出了煤和矸石静态破碎差别的规律和一些主要数据。分析发现,煤和矸石在破碎时的外加载荷服从正态分布,它们之间存在一个临界破碎载荷,为煤和矸石破碎分选实验机的研制提供了关键参数。

静态破碎技术在桥梁临时支撑拆除中的应用

根据桥梁施工安全、施工进度等要求,为不损伤主墩、箱梁底板和永久支座,采用静态破碎技术拆除合福铁路跨绩黄高速特大桥连续梁66,67号主墩墩顶两侧C50钢筋混凝土临时支撑。风镐局部破碎-切断主筋-静态破碎剂整体破碎方案施工,即先用风镐凿除钢筋混凝土临时支撑临空面混凝土保护层,用气割枪切断主筋,再用静态破碎剂破碎主体混凝土,并配合风镐清理破裂混凝土。实践表明,静态破碎剂与风镐联合作业能有效提高工作效率,保证破碎效果。