長(zhǎng)期以來(lái),堅(jiān)硬巖層(煤層)的控制一直是我國(guó)煤礦開采巖層控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。我國(guó)大多數(shù)礦區(qū)均賦存有堅(jiān)硬煤巖層,堅(jiān)硬巖層引起的強(qiáng)礦壓及其合理高效控制成為煤炭安全開采的重要保障。為此,本文采用試驗(yàn)觀測(cè)、理論分析以及淺地表內(nèi)巖石爆破試驗(yàn)等研究方法對(duì)煤巖承壓式(定向)爆破控制機(jī)理、波傳播規(guī)律、承壓介質(zhì)傳載特性以及承壓爆破破巖效果等進(jìn)行了系統(tǒng)深入地研究,研究結(jié)果具有重要的理論與工程指導(dǎo)意義。巖石動(dòng)載作用下的動(dòng)態(tài)力學(xué)特性研究。不同巖性的巖石試塊單軸動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)表明,不同應(yīng)變率條件下的巖石動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線具有一定的相似性,且呈現(xiàn)分段特征。隨著加載強(qiáng)度的變化,巖石破壞強(qiáng)度具有明顯的應(yīng)變率相關(guān)特性,且與試驗(yàn)加載強(qiáng)度間滿足指數(shù)關(guān)系。巖石加載強(qiáng)度越高,試塊破壞形態(tài)的應(yīng)變率相關(guān)程度越緊密,巖石破碎塊度越小、塊體數(shù)量明顯增多,高應(yīng)變率條件下的硬巖甚至破碎成粉末狀態(tài)。承壓爆破下的波傳播與介質(zhì)高效傳載作用機(jī)理研究。基于爆炸與沖擊動(dòng)力學(xué)以及流體動(dòng)力學(xué)理論,分析了煤巖孔內(nèi)“炸藥-承壓介質(zhì)-鉆孔圍巖”三者間的波阻抗匹配關(guān)系,及其對(duì)波傳播規(guī)律與介質(zhì)承載特性的影響。建立了承壓爆破條件下的沖擊波傳播與承壓介質(zhì)受力模型,揭示了安全高效能煤巖承壓式爆破沖擊波破巖導(dǎo)向與承壓介質(zhì)高效傳載作用機(jī)理。承壓爆破(定向)破巖機(jī)理研究�；诹黧w動(dòng)力學(xué)方法對(duì)承壓爆破后的鉆孔圍巖破壞范圍進(jìn)行了區(qū)域劃分,建立了圍巖沖擊波與應(yīng)力波導(dǎo)向破巖力學(xué)模型。同時(shí)采用斷裂力學(xué)理論,分析了孔內(nèi)爆轟產(chǎn)物與承壓介質(zhì)的后續(xù)膨脹“水楔”增裂作用機(jī)理,揭示了煤巖承壓爆破條件下“沖擊波-應(yīng)力波-爆轟產(chǎn)物-承壓介質(zhì)”相互間的時(shí)空作用關(guān)系,在此基礎(chǔ)上提出了煤巖承壓爆破導(dǎo)向孔與割縫藥管定向技術(shù),并給出了對(duì)應(yīng)技術(shù)條件下的定向破巖作用機(jī)理。煤巖承壓式(定向)爆破過程與破巖效果觀測(cè)�；谒嘣噳K以及淺地表內(nèi)石灰?guī)r的承壓爆破以及空孔爆破試驗(yàn),證實(shí)了孔內(nèi)承壓介質(zhì)具有高效的均勻傳載作用,且由于承壓介質(zhì)的濕潤(rùn)、降溫以及稀釋作用,煤巖承壓爆破過程中的有害物質(zhì)產(chǎn)生可以得到較好地控制。從而既達(dá)到了高效能炸藥爆轟作用下的安全靜態(tài)破巖目的,又實(shí)現(xiàn)了爆炸超動(dòng)載與靜態(tài)承壓介質(zhì)靜載作用的統(tǒng)一。研發(fā)了煤巖承壓爆破實(shí)驗(yàn)室專用試驗(yàn)設(shè)備以及現(xiàn)場(chǎng)(定向)爆破專用裝備與系統(tǒng),初步形成了承壓式爆破條件下的“沖擊波導(dǎo)向-應(yīng)力波破巖-承壓介質(zhì)增裂”煤巖預(yù)裂控制理論與技術(shù)。特厚煤層堅(jiān)硬頂板強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)機(jī)理研究與承壓(定向)爆破控制技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施方案制定�；诖笸V區(qū)同忻煤礦石炭系特厚煤層工作面強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)特征分析,揭示了強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)的雙向高應(yīng)力疊加作用影響機(jī)理,同時(shí)采用三參數(shù)威布爾函數(shù)擬合分析得到了雙向高應(yīng)力作用下的煤巖應(yīng)力分布特點(diǎn),提出了在工作面與回采臨空巷道內(nèi)雙向?qū)嵤╉敯宄袎菏蕉ㄏ虮菩秹悍椒▽?shí)現(xiàn)圍巖高應(yīng)力轉(zhuǎn)移方案,并給出了具體工藝實(shí)施參數(shù)。承壓式爆破作為一種高效的煤巖控制技術(shù)途徑,在礦井強(qiáng)礦壓控制、頂板處理、煤巖增裂與增透及其結(jié)構(gòu)改造、油氣開發(fā)等方面具有重要的應(yīng)用前景,是一項(xiàng)安全、高效、環(huán)保、節(jié)能的礦井生產(chǎn)保障技術(shù)。該論文有圖77幅,表13個(gè),參考文獻(xiàn)128篇。
【學(xué)位單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TD235.1


本文編號(hào)：2825395