為了探究不同瓦斯壓力作用下煤體爆破裂隙擴展規(guī)律,基于含瓦斯煤體力學性質(zhì)異于普通煤體的研究成果,利用LS-DYNA有限元軟件,在普通煤體物理力學參數(shù)的基礎上進行強度修正以確定含瓦斯煤體力學參數(shù),對不同瓦斯壓力作用下的煤體爆破裂隙擴展進行模擬,并對應力場在普通及含瓦斯煤中傳播、衰減規(guī)律進行分析。結果表明:煤體粉碎區(qū)、裂隙區(qū)半徑隨瓦斯壓力增大而增大,裂隙分布更加密集;在爆破近區(qū),含瓦斯煤體單元峰值壓力隨瓦斯壓力增大略微降低,在爆破中遠區(qū),單元峰值壓力升高,且含瓦斯煤體中應力場衰減速度低于普通煤體,應力作用時間增長,促使煤體破碎。 

【文章來源】：煤礦安全. 2020,51(05)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

煤體爆破力學模型

普通煤體爆破裂隙擴展如圖2。炸藥爆炸后，應力波以柱面波的形式向煤體深部傳播。100μs時，炮孔周圍煤體因動抗壓強度低于爆炸沖擊波壓力載荷而被壓碎形成爆炸空腔；400μs時，由于爆炸沖擊波已經(jīng)衰減為壓縮應力波，其強度已不能使煤體發(fā)生壓縮破壞，但其生成的拉應力大于煤體動抗拉強度導致其發(fā)生拉伸破壞，使煤體內(nèi)出現(xiàn)與空腔相互貫通的徑向裂隙；1 000μs時，裂隙進一步擴展，最終在煤體內(nèi)形成交叉裂隙網(wǎng)。不同瓦斯壓力下煤體爆破裂隙擴展如圖3。圖3 不同瓦斯壓力下煤體爆破裂隙擴展

圖2 普通煤體爆破裂隙擴展隨著瓦斯壓力增大，煤體的力學性質(zhì)發(fā)生改變，煤體彈性模量及抗壓強度降低，泊松比呈升高趨勢。通過觀察裂隙擴展可以發(fā)現(xiàn)，在700μs時，爆炸應力波剛到達模型邊界，爆破徑向裂隙逐漸發(fā)育。隨著瓦斯壓力增大，裂隙圈半徑逐漸增大，瓦斯壓力為2 MPa的煤體已形成次生微裂隙；1 000μs時，在拉、壓應力的耦合作用下爆破主裂隙持續(xù)向煤體深部擴展，3種瓦斯壓力作用下的煤體內(nèi)均已出現(xiàn)次生微裂隙，且微裂隙發(fā)展程度隨瓦斯壓力依次增大；2 500μs時，爆炸過程已基本結束。由于瓦斯壓力增大，煤體抗壓強度降低，在沖擊波衰減為應力波前受爆炸沖擊波壓縮破壞的煤體單元增多，使爆炸形成的粉碎區(qū)半徑增大。且瓦斯壓力越大，其對煤體力學性質(zhì)的弱化程度越大，同時裂隙在爆破應力波及瓦斯壓力作用下在尖端發(fā)生應力集中，從而促使裂隙進一步擴展，最終致使煤體中裂隙數(shù)量增多且分布密集，所得結果與文獻[2]分析一致。

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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本文編號：3461705