本論文以榆陽地區(qū)普遍存在的3^#淺埋堅(jiān)硬特厚煤層綜放開采頂煤冒放難問題為研究背景,開展深孔爆破弱化堅(jiān)硬頂煤的損傷機(jī)理、爆破參數(shù)優(yōu)選及弱化效果預(yù)評價(jià)技術(shù)研究。運(yùn)用理論分析方法研究了多炮孔作用下堅(jiān)硬頂煤的損傷弱化過程,及合理表述煤體在爆炸載荷下?lián)p傷動態(tài)力學(xué)本構(gòu);運(yùn)用數(shù)值模擬方法研究了單孔布置、雙孔布置及三花孔布置形式下頂煤的弱化效果;利用實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)手段研究了不同損傷狀態(tài)下煤樣試件的CT值、波速與損傷度的關(guān)系;基于實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn),在井下利用地震CT檢測技術(shù),沿著工作面推進(jìn)方向測試貫穿頂煤弱化區(qū)域的縱波波速變化特征,定量地對深孔爆破弱化效果進(jìn)行預(yù)評價(jià)。論文主要取得了如下成果:(1)分析得到影響頂煤爆破弱化效果的關(guān)鍵物理量及各物理量之間的無量綱關(guān)系,基于斷裂能尺度效應(yīng)及爆破塊度概率分布的爆破破壞體積估算方法,提出了定量化評價(jià)爆破效果的4個(gè)指標(biāo),即煤層完全破裂體積(V_t)、煤層等效破裂體積(V_e)、煤層強(qiáng)損傷體積(V_Ds)及煤層弱損傷體積(V_Dw)。提出了考慮應(yīng)變率效應(yīng)及應(yīng)變軟化效應(yīng)的煤體損傷破...

【文章頁數(shù)】：192 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 問題的提出
    1.2 文獻(xiàn)綜述
        1.2.1 爆破弱化堅(jiān)硬頂煤研究現(xiàn)狀
        1.2.2 爆破載荷下煤巖體損傷破裂研究現(xiàn)狀
        1.2.3 地震CT技術(shù)研究現(xiàn)狀
    1.3 主要研究內(nèi)容
        1.3.1 深孔爆破弱化堅(jiān)硬頂煤的損傷機(jī)理研究
        1.3.2 不同深孔爆破參數(shù)下堅(jiān)硬頂煤弱化效果的數(shù)值模擬研究
        1.3.3 不同損傷狀態(tài)下煤樣的CT值、波速與損傷度的關(guān)系研究
        1.3.4 地震CT檢測堅(jiān)硬頂煤弱化效果分析及工程應(yīng)用
    1.4 研究方法和技術(shù)路線
        1.4.1 研究方法
        1.4.2 技術(shù)路線
第2章 爆炸載荷下煤體損傷破裂機(jī)理研究
    2.1 爆炸載荷下煤巖體損傷破裂機(jī)理
        2.1.1 爆炸沖擊波與爆生氣體的聯(lián)合作用
        2.1.2 爆炸載荷下煤體的破裂分區(qū)
    2.2 頂煤爆破效果的影響因素及評價(jià)指標(biāo)
        2.2.1 關(guān)鍵物理量及無量綱關(guān)系
        2.2.2 基于斷裂能的煤巖體爆破破碎體積估算
        2.2.3 頂煤深孔爆破弱化效果的評價(jià)指標(biāo)
    2.3 基于斷裂能的煤巖體損傷破裂力學(xué)本構(gòu)
        2.3.1 力學(xué)本構(gòu)的提出
        2.3.2 力學(xué)本構(gòu)的驗(yàn)證
    2.4 爆炸誘發(fā)煤層損傷破裂的一般規(guī)律
        2.4.1 單孔爆破規(guī)律
        2.4.2 雙孔爆破規(guī)律
        2.4.3 徑向不耦合系數(shù)的影響規(guī)律
    2.5 本章小結(jié)
第3章 堅(jiān)硬頂煤爆破弱化參數(shù)數(shù)值模擬研究
    3.1 千樹塔煤礦11303 工作面概況
        3.1.1 煤層賦存條件
        3.1.2 工作面布置
    3.2 數(shù)值方法及力學(xué)模型
        3.2.1 CDEM概述
        3.2.2 一維軸對稱深孔爆源模型
        3.2.3 煤體動態(tài)損傷破裂本構(gòu)
    3.3 數(shù)值模擬方案
        3.3.1 三種炮孔布置方式對比模擬方案
        3.3.2 炮孔填塞材料選型模擬方案
    3.4 計(jì)算模型及評價(jià)指標(biāo)
        3.4.1 數(shù)值計(jì)算網(wǎng)格
        3.4.2 物理力學(xué)參數(shù)的確定
        3.4.3 計(jì)算條件及計(jì)算步驟
        3.4.4 爆破效果評價(jià)指標(biāo)
    3.5 三種炮孔布置方案對比分析
        3.5.1 單孔布置效果分析
        3.5.2 雙孔布置效果分析
        3.5.3 三花孔布置效果分析
        3.5.4 不同布孔方案的對比分析
        3.5.5 三花孔爆破后開采垮落效果分析
    3.6 堵塞材料力學(xué)性質(zhì)對堵塞效果的影響分析
        3.6.1 堵塞材料參數(shù)的敏感性分析
        3.6.2 堵塞體運(yùn)動加速度的估算
    3.7 本章小結(jié)
第4章 載荷作用下煤樣損傷實(shí)驗(yàn)研究
    4.1 煤巖體損傷力學(xué)研究概述
    4.2 煤巖體細(xì)觀損傷實(shí)驗(yàn)室測試?yán)碚摶A(chǔ)
        4.2.1 縱橫波波速測試?yán)碚摶A(chǔ)
        4.2.2 X射線CT掃描識別技術(shù)理論基礎(chǔ)
    4.3 煤巖體細(xì)觀損傷實(shí)驗(yàn)室測試儀器
        4.3.1 縱橫波速測試儀器
        4.3.2 X射線CT掃描識別儀器
    4.4 單軸壓縮載荷作用下煤樣試件損傷檢測分析
        4.4.1 單軸壓縮實(shí)驗(yàn)試件參數(shù)
        4.4.2 單軸壓縮下煤樣試件損傷縱橫波波速分析
        4.4.3 單軸壓縮下煤樣試件損傷前后X射線CT掃描層析
    4.5 三軸壓縮載荷作用下煤樣試件損傷檢測分析
        4.5.1 三軸壓縮實(shí)驗(yàn)試件參數(shù)
        4.5.2 三軸壓縮下煤樣試件損傷縱橫波波速分析
        4.5.3 三軸壓縮下煤樣試件損傷前后X射線CT掃描層析
    4.6 載荷作用下煤樣損傷程度的定量分析
        4.6.1 煤樣損傷變量的縱橫波波速定量分析
        4.6.2 煤樣損傷變量的CT值定量分析
        4.6.3 煤樣損傷變量縱橫波波速和CT值的對比分析
    4.7 本章小結(jié)
第5章 深孔爆破弱化堅(jiān)硬頂煤工程應(yīng)用與效果評價(jià)
    5.1 深孔爆破弱化堅(jiān)硬頂煤工程實(shí)驗(yàn)
        5.1.1 工程試驗(yàn)工作面概況
        5.1.2 工程試驗(yàn)方案
    5.2 深孔爆破弱化效果預(yù)評價(jià)方法
        5.2.1 地震CT探測原理
        5.2.2 地震初至波走時(shí)CT探測數(shù)據(jù)采集
    5.3 地震CT探測數(shù)據(jù)質(zhì)量和結(jié)果分析
        5.3.1 深孔爆破前后數(shù)據(jù)質(zhì)量評價(jià)
        5.3.3 地震CT探測結(jié)果分析
        5.3.4 頂煤回收率比較
    5.4 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論、創(chuàng)新點(diǎn)和展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 創(chuàng)新點(diǎn)
    6.3 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他研究成果



本文編號：3774414