神山石灰岩矿边坡预裂爆破数值模拟及应用

为了提高神山溜井平台边坡控制爆破成型效果,提出了采用宽孔距大孔径预裂爆破方式进行边坡成型控制爆破;设计中选取偏心装药结构并对各项爆破参数进行了研究和优化,提出了爆破质量控制措施;采用数值模拟技术对预裂孔成缝过程进行了数值模拟分析。结果表明:岩体在425μs时预裂缝贯通,成缝效果明显,未出现明显的超欠挖现象;现场爆破后边坡壁面平整,无明显超欠挖现象,半孔痕迹清晰,连续性较好,半孔率达到85%左右,达到预定目标。

单一低透气性煤层水耦合深孔预裂爆破增透技术研究与应用

为解决单一低透气性煤层瓦斯透气性差、抽采困难、传统爆破方式增透效果不佳等问题,提出采用水耦合装药替代空气不耦合的方式。通过ANSYS/LS-DYNA软件建立水耦合装药深孔预裂爆破模型,分析水耦合装药方式爆破后应力波传递和裂隙的延伸效果,得出了水耦合装药方式能够更好的传递爆破产生的应力波。在河南省新郑煤电有限责任公司14207下底抽巷开展水耦合深孔预裂爆破试验,爆破致裂后,煤层瓦斯浓度和标态瓦斯纯流量都有提高,与数值模拟结果相互验证,表明该方法可以较好的增加煤层的透气性,改善单一低透气性煤层瓦斯抽采困难的问题。

基于XFEM的混凝土楔入劈拉断裂过程模拟分析

为研究混凝土的楔入劈拉断裂特性,采用扩展有限元法数值模拟了不同缝高比、不同截面高度的混凝土楔入劈拉试件断裂过程,研究了混凝土楔入劈拉试件裂缝扩展特性和尺寸效应。结果表明,起裂韧度受初始缝高比和试件截面高度的影响较小,但不具有明显的尺寸效应;当缝高比大于0.5或截面高度大于500mm时,失稳韧度才不具有尺寸效应。结果可为混凝土断裂特性研究提供参考。

顺层深孔预裂爆破瓦斯预抽的试验研究

高瓦斯低透性煤层的瓦斯抽放,一直是煤矿安全生产过程中的重大技术难题。通过深孔预裂爆破强化预抽高低透性煤层瓦斯的效果考察与分析,讨论了爆破影响半径、煤层瓦斯抽放率等内容。生产实践检验,顺层深孔预裂爆破达到了快速抽放、预防突出、保障安全生产的目的。

薄煤层切顶卸压无煤柱沿空留巷技术研究

针对倾斜薄煤层切顶卸压无煤柱沿空留巷围岩控制的问题,运用理论分析和现场实测相结合的方法,介绍了0457(K24)回采工作面和巷道的概况,分析了切顶卸压爆破技术的基本原理。根据现场0457(K24)工作面机巷的实际情况,提出了采用切顶卸压爆破沿空留巷技术,确定了切顶卸压爆破的技术参数。

新型预制拼缝楼板受弯性能试验研究

叠合板拼缝连接的有效性是保证其整体性的关键,根据整体式拼缝连接的构造特点,提出一种新型拼缝构造连接形式.通过1块现浇板和5块新型拼缝叠合板的静力试验,对比分析了各试件的破坏形态、荷载-挠度曲线,以及拼缝处钢筋应力的变化.结果表明:各新型拼缝叠合板表现出良好的受力性能,预制层弯起钢筋能够有效限制拼缝处叠合面的撕裂,拼缝处附加钢筋只要保证足够的锚固长度,其拼缝处能有效地传递应力.增加叠合层混凝土厚度对其承载力影响较大,拼缝钢筋长度对其承载力有一定影响.

分岔合并下伏煤层破碎顶板超前注浆加固技术

分岔合并下伏煤层分层开采中,上覆煤层的采动对底板有一定的破坏影响范围,导致下层煤工作面顶板破碎,严重影响下伏煤层的正常回采。针对淮北矿业(集团)有限责任公司许疃矿71煤与72煤分岔合并现象,通过理论分析和数值模拟分析了7118工作面采动影响下底板破坏深度的范围;通过室内力学试验确定了最佳浆液水灰比为1∶1,水泥-水玻璃体积比为1∶0.4～1∶0.6之间;设计了7225工作面顶板注浆参数和注浆孔布置;通过数值模拟、相似模拟综合分析了预注浆加固效果,注浆后煤壁及顶板稳定性明显增强,顶板控制效果明显。

低渗煤层预裂爆破裂纹扩展规律数值模拟研究

针对低透气性煤层实施深孔预裂爆破过程中爆炸应力波和爆生气体作用下裂纹扩展范围和规律现场难以测量的问题,采用理论和数值模拟相结合的方法,对低渗透煤层进行单孔和双孔预裂爆破数值模拟,得到了不同爆破参数下应力、压力和单位质量塑性功等物理量动态变化规律和裂纹扩展范围,分析了深孔预裂爆破裂纹扩展规律和煤体在高温高压爆生气体及应力波作用下破坏区域的演化规律。炸药在煤体内爆炸的瞬间,产生的压力远大于煤体所能承受的动态抗压强度,煤体被破坏形成爆破空腔,当爆炸冲击波在孔壁上产生初始径向裂隙后,爆生气体楔入裂隙中使其继续扩展,在煤体内形成粉碎区、裂隙区、震动区,揭示了煤层在爆炸应力波和爆生气体作用下的损伤断裂机理。

浅埋工作面顶板预裂分形爆破力学与模拟分析

针对纳林庙二号井621-02浅埋工作面采用"直线"炮孔预裂爆破后,在基本顶初次断裂时产生强烈的矿压显现现象,基于对顶板预裂爆破机理和炮孔布置的分形几何理论分析,给出了不同炮孔布置方式的分形维数表达式,计算出"三角形"布置炮孔的分形维数为1.15,显著大于"直线"布置炮孔的分形维数1.0。据此提出了"三角形"布置炮孔预裂爆破的改进方案,利用有限元非线性动力学软件LS-DYNA对2种爆破方案的Mises应力演化规律进行数值模拟分析,结果表明:改进方案反射应力波的做功效果更好,应力波的衰减更慢,有利于爆炸产生的能量更充分地去破碎岩石。

深孔预裂爆破技术在低透气性回采工作面中的试验研究

为解决低透气性回采工作面采煤过程中,瓦斯抽采困难、施工周期长等问题,提出了利用深孔预裂爆破技术,增加煤层裂隙,提高煤层透气性的方法,并研究了深孔预裂爆破技术的作用机理,阐述了深孔预裂爆破技术的工艺流程,对增透效果进行了现场考察。研究表明:深孔预裂爆破后与爆破前相比,平均瓦斯抽采量提高了2.32倍,平均煤层透气性系数提高了5.6倍,最大提高了11.5倍,有效提高了瓦斯抽采率;工作面回采周期大幅度缩短,为安全、快速回采提供了保障。

鲁西南地区山西组3煤层分叉机理研究

鲁西南煤田是我国重要的煤炭基地之一 ,山西组 3号煤层是主采煤层。但 3煤层具有分叉特点 ,对于该煤层的开采利用有一定影响。对于 3煤层的分叉机理 ,不同学者提出了不同观点 ,笔者认为 ,3煤层分叉主要是由于盆地演化过程中各单元沉降的不均衡性、浅水三角洲平原上分流河道的频繁摆动造成沉积单元重新分布以及沉积差异性压实等因素综合作用的结果 。

低透气性煤层预裂爆破裂纹扩展特征数值模拟研究

在煤矿瓦斯治理工程中,预裂爆破是改善低透气性煤层渗透率的有效措施之一,其效果取决于爆破裂纹的产生与扩展程度。为研究低透气性煤层预裂爆破裂纹产生与扩展的特征及规律,将爆破过程看作平面应变问题,基于HJC模型、HIGH_EXPLOSIVE_BURN材料模型和JWL状态方程,构建了深孔预裂爆破数值模型,并采用六面体单元进行网格划分;基于此,采用LS-DYNA软件对数值模型进行解算,分析了爆破孔周围破碎区和裂隙区的产生与发展过程,探讨了爆破孔周围煤体的裂隙与应力变化特征;最后,针对煤层预裂爆破参数选取,给出了合理化建议。研究表明:采用2号岩石乳化炸药,药卷直径94 mm,炮孔直径120 mm的爆破条件下,爆破产生的破碎区范围为1.43 m×1.25 m,裂隙区半径约为3.4 m,主裂隙长度为2.0~2.62 m;爆破孔与控制孔连线方向主要受压应力作用,切向受拉压应力作用,控制孔左右两侧切向受拉压作用显著;不同炮孔先后爆破产生的应力波与裂隙区应力场发生叠加,对裂隙的产生发展具有一定影响;煤层预裂爆破的合理布孔参数需综合考虑煤层对爆破应力波的衰减作用、空孔壁面对爆破应力波的反射作用以及双孔爆破应力波的叠加作用。

沁南区块安泽斜坡带薄煤层压裂工艺优化与应用

针对安泽斜坡带3群煤岩物性差（平均孔隙度1．70％-4．30％，吨煤含气量6．44～20．50m^3／t），煤层分叉、变薄，采用活性水大排量压裂施工易导致裂缝高度失控，支撑剂无效支撑，压裂效果变差等问题，通过活性水携砂临界流速的论证分析，确定了不同煤层厚度、不同压裂注入方式下的临界携砂排量，并优选了支撑剂粒径和组合，优化了射孔方式。研究成果现场试验应用了4口井，其中沁17—6井产气量达1000m^3／d以上，产量比较稳定。

低透气煤层预裂瓦斯运移数值模拟及抽采试验

针对高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采难问题,利用数值模拟软件RFPA^(2D)-Flow再现了采取煤层深孔爆破预裂后,瓦斯在煤层及爆生裂隙中的流动规律。研究结果表明,预裂圈内煤和岩石的孔隙率大大提高,煤层透气性显著增加,但当裂隙圈之间不相交时,瓦斯同样很难在完整的低透气性煤体中运移,因此只有当抽采瓦斯钻孔处在裂隙圈中才能高效抽采瓦斯。现场试验证实,低透气性煤层预裂后,有效导通裂隙增加,布置在裂隙圈内抽采瓦斯钻孔可以获得高效抽采瓦斯效果,从而降低煤与瓦斯突出危险性。

低透气性煤层深孔预裂爆破增透技术应用

高吸附低透气性煤层掘进过程中,煤与瓦斯突出综合检测指标经常超限,为了解决掘进速度缓慢等问题,以贵州五轮山煤矿1805运顺掘进工作面为研究对象,引用深孔预裂爆破技术。并在爆破前、后,通过对抽采孔和1805运顺工作面瓦斯抽采浓度及纯流量等数据的考察,为解决贵州地区高吸附低透气性煤层的瓦斯治理提出了有效的方案。

高瓦斯煤层深孔预裂爆破增透数值模拟试验

为了解决高瓦斯低透气性煤层的瓦斯抽放难题,利用数值模拟和现场测试相结合的方法,研究了深孔预裂爆破技术对高瓦斯低透气性煤层的卸压增透效果。研究结果再现了爆破过程中,动压冲击震裂、应力波传播与叠加及爆生气体驱动裂纹扩展的整个过程,分析了爆破孔间距对爆生裂纹和增透效果的影响,提出了高瓦斯低透气性煤层深孔预裂爆破的合理间距,表明深孔预裂爆破技术有效地提高了煤层透气性和瓦斯抽采率。该成果为高瓦斯低透气性煤层的瓦斯抽放提出了解决方案。

缓倾斜—倾斜极薄矿脉的掏切式采矿法研究及应用

针对某金矿论述了极薄矿脉的掏切式采矿法 ,其实质是大部分矿脉既不削壁 ,也不分采 ,而是将其掏采出来 。

急倾斜坚硬厚煤层预裂爆破数值模拟

兴泰煤矿主采层二1煤层为急倾斜坚硬厚煤层,由于二1煤层的煤岩体强度很高,并且块度很大,这给二1煤层的开采带来了极大的困难。针对二1煤层中煤炭难以开采的现状,运用ANSYS/LS-DYNA动力分析工具对二1煤层的深孔预裂爆破进行了数值模拟,以破坏不利单元的拉应力变化曲线峰值达到煤的抗拉强度为准则,优化了预裂爆破参数。模拟过程中分别取炮孔间距为3.0 m、3.5 m、4.0 m,然后确定各项参数,以及合适的装药结构和起爆方式。通过对3种方案的数值模拟,最终得到炮孔间距为3.5 m时其各项参数为最优爆破参数的结论。

不同初始缝高比楔入劈拉试件断裂试验研究

为研究初始缝高比对混凝土断裂性能的影响,设计4组共32个不同初始缝高比的试件进行楔入劈拉试验。测定试件断裂过程中的荷载、裂缝张口位移、混凝土应变等参数的特征值及全过程曲线。以双K断裂理论为基础,计算不同初始缝髙比试件的有效裂缝长度ac、起裂断裂韧度KiniIC和失稳断裂韧度KunIC等断裂参数。试验结果表明:有效裂缝长度ac随缝高比的增大而增大,裂缝亚临界扩展量Δac随缝高比的增大而减小;起裂断裂韧度不受初始缝高比的影响,失稳断裂韧度随缝高比的减少有所增大,当a0/D≥0.5时,为一常数。

低透气性煤层深孔预裂爆破增透数值模拟研究

针对高瓦斯低透气性煤层瓦斯超限影响煤巷掘进速度问题,建立深孔预裂爆破三维有限元模型进行数值模拟研究。模拟结果表明,深孔预裂爆破经历了冲击波冲击煤岩产生裂纹、稀疏波使煤体裂纹扩展以及爆轰气体驱动裂纹扩展3个过程(0～5 ms),增透深孔预裂爆破爆破孔合理间距为3～5 m.