本文關鍵詞：水壓爆破應力波傳播及破煤巖機制研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來,水壓爆破技術在工程爆破領域有了一定的應用,如拆除控制爆破、井巷掘進爆破、隧道光面爆破、露天礦開采爆破等。水壓爆破因其傳能效率高、水楔作用效果明顯,具有破巖能力強、炸藥能量利用率高等優(yōu)點。基于水壓爆破以上特性,本文提出了一種煤層水壓爆破的新方法,該方法能夠在煤體中形成大范圍裂隙,從而提高煤體透氣性。本文主要研究煤體水壓爆破應力波傳播及破煤巖機制,為該方法的現(xiàn)場應用提供理論依據(jù)。本文采用理論分析、相似模擬實驗、數(shù)值模擬計算相結合的方法研究了煤體水壓爆破應力波傳播及破煤巖機制。主要研究成果如下:①根據(jù)炸藥爆轟波理論和水中沖擊波理論,研究了水壓爆破水中沖擊波的形成和傳播規(guī)律,推導了水中沖擊波初始壓力和孔壁入射壓力的計算公式,借助彈性波理論,求解了煤體內初始應力。研究表明:炸藥爆炸性能參數(shù)、裝藥結構參數(shù)、煤體物理力學性質參數(shù)是影響煤體水壓爆破應力的主要因素。水中沖擊波初始壓力隨炸藥爆速和爆轟壓力的增大而增大;孔壁入射壓力和煤體中初始應力隨炸藥密度和爆熱的增大而增大,隨裝藥不耦合系數(shù)的增大而降低;相同裝藥條件下,煤體的波阻抗越大,所受初始應力越強。②根據(jù)應力波理論,研究了煤體中爆炸應力波傳播與衰減規(guī)律,基于Mises強度準則建立了煤體粉碎區(qū)破壞判據(jù),基于最大拉應力準則建立了煤體裂隙區(qū)破壞判據(jù)。煤體中有效應力超過煤體動態(tài)抗壓強度時,煤體呈現(xiàn)塑性壓縮破壞,在炮孔周圍形成粉碎區(qū)。爆炸應力波產(chǎn)生的切向應力超過煤體動態(tài)抗拉強度時,煤體呈現(xiàn)脆性拉伸破裂,形成裂隙區(qū)。③開展了煤體爆破相似模擬實驗研究,對比分析了水、空氣兩種炮孔不耦合介質對煤體爆破作用的影響,采用超動態(tài)應變測試系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析軟件對模擬煤體中產(chǎn)生的爆炸應變進行了采集分析,并綜合評價了裂紋形態(tài)、裂面質量等爆破效果。實驗結果表明:水壓爆破(即水介質不耦合裝藥爆破)時,煤體中爆炸應力波衰減指數(shù)為3-[0.8μo/(1-0.8μo)],首先在炮孔周圍形成粉碎區(qū),粉碎區(qū)半徑約為炮孔半徑的1.5倍,然后形成大范圍裂隙區(qū),裂隙區(qū)半徑約為炮孔半徑的13倍,最后形成爆破松動區(qū);相同實驗條件下,水壓爆破產(chǎn)生的徑向和切向峰值應力分別是空氣介質不耦合裝藥爆破徑向和切向峰值應力的2.15倍、2.4倍;水壓爆破后模擬煤體內產(chǎn)生多條長寬貫通型裂紋,破壞斷裂現(xiàn)象嚴重,空氣介質不耦合裝藥爆破時,產(chǎn)生擴腔現(xiàn)象,在炮孔周壁和底部形成壓實區(qū),沒有產(chǎn)生明顯裂紋,對比證明了水壓爆破煤體致裂效果明顯。④運用顯示非線性動力分析程序ANSYS/LS-DYNA采用ALE算法對水壓爆破煤體過程進行了數(shù)值模擬計算,計算結果表明:煤體中爆炸應力波是以起爆點為中心呈橢圓形向四周傳播的,應力波衰減速度先快后慢,在炮孔近處,以壓應力為主,在炮孔遠處,以拉應力為主;煤體裂紋擴展具有一定方向性,呈徑向發(fā)散狀分布,裂紋分岔沒有方向性,呈隨機性分布;水的動力阻抗與爆轟產(chǎn)物動力阻抗相近,沖擊波在水中傳播時,水本身消耗的變形能很小,水介質能量傳播效率很高,傳能作用明顯。
【關鍵詞】：水壓爆破 水中沖擊波 爆炸應力波 破壞判據(jù) 相似模擬實驗
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TD235
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 緒論9-16
• 1.1 研究意義9-10
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 水壓爆破研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.2 煤體爆破研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 研究內容及技術路線13-16
• 1.3.1 研究內容13-14
• 1.3.2 技術路線14-16
• 2 水壓爆破應力波傳播及破煤巖機制理論研究16-22
• 2.1 水中沖擊波形成和傳播規(guī)律16-18
• 2.2 煤體中應力波傳播與衰減規(guī)律18-19
• 2.3 煤體破壞判據(jù)19-21
• 2.4 本章小結21-22
• 3 水壓爆破應力波傳播及破煤巖機制實驗研究22-39
• 3.1 實驗條件22-25
• 3.1.1 測試原理22-23
• 3.1.2 測試系統(tǒng)23-25
• 3.2 實驗方案25-27
• 3.3 實驗過程27-32
• 3.3.1 制備應變磚28-29
• 3.3.2 制備試件29-30
• 3.3.3 爆破試件30-32
• 3.4 實驗結果32-38
• 3.4.1 爆炸應力分析32-36
• 3.4.2 爆破效果分析36-38
• 3.5 本章小結38-39
• 4 水壓爆破應力波傳播及破煤巖機制數(shù)值模擬研究39-50
• 4.1 ANSYS/LS-DYNA簡介39-40
• 4.2 幾何模型40-41
• 4.3 材料模型及參數(shù)確定41-42
• 4.4 數(shù)值模擬計算42-45
• 4.5 計算結果分析45-49
• 4.6 本章小結49-50
• 5 結論與展望50-52
• 5.1 主要結論50-51
• 5.2 展望51-52
• 致謝52-53
• 參考文獻53-56
• 附錄56
• A. 作者在攻讀碩士學位期間發(fā)表論文56
• B. 作者在攻讀碩士學位期間申請專利56
• C. 作者在攻讀碩士學位期間參加科研項目情況56

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本文編號：317676