爆破振动对深井基岩段冻结管及围岩影响规律研究

摘要

在煤矿井筒建设中,越来越多的立井选择使用人工冻结施工方法。在深井基岩段主要采用钻爆法掘进,不可避免地存在爆破振动对冻结基岩段冻结管及围岩的影响问题。因此,研究爆破振动对深井冻结基岩段冻结管及围岩的影响规律,不仅具有理论意义,同时具有重要的现实意义。
　　本文主要采用三维动力有限元,模拟了在爆破荷载作用下,不同冻结管直径、不同最大段起爆药量、不同冻结管与爆源距离几种情况下冻结管及周围岩石的动态响应。分析了冻结管及其围岩的应力和峰值质点振速的分布情况,得出:冻结管及其围岩的切向应力大于径向应力,不同位置冻结管的切向应力值相差不大,围岩的垂直面中心切向应力最大。冻结管及其围岩的迎爆面中心的质点振速最大,拟合出冻结管质点振速峰值与各因素的关系曲线。冻结管及其围岩的应力和质点振速随冻结管直径的增大而增大,随最大段起爆药量的增大而增大,随距爆源距离的增大而减小。将研究的结果与采用波函数展开法求得的结果相对照,验证其合理性。
　　模拟了当冻结管贯穿不同岩层时在岩层分界面周围的剪应力分布情况,得出冻结管在岩层分界面的垂直面中心处的剪应力最大,在距离分界面一倍冻结管直径之外,剪应力达到稳定,而且在弹性模量小的岩层中冻结管的剪应力大于在弹性模量大的岩层中冻结管的剪应力。

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变量注释表

1 绪论

1.1 引言(Introduction)

1.2问题的提出及意义(Origin and Significance of theIssue)

1.3爆破振动效应的研究现状(ResearchActualities of the Blasting Effect)

1.4冻结管受力规律研究现状(Research Actualities of the Freezing Pipe)

1.5目前研究存在的问题和不足(Shortcomings of the Present Study)

1.6研究内容、方法和技术路线(Research Contents ,Methods and Technical Route)

2 应力波传播的基本理论

2.1岩石中爆炸应力波的传播特征与衰减规律(The Propagation and Attenuation Law of the Stress Wave)

2.2冻结管的动应力集中(The Stress Concentration ofthe Freezing Pipe)

2.3本章小结(Chapter Summary)

3 爆破振动对冻结管及围岩影响的数值模拟研究

3.1 工程概况(Engineering Aspects)

3.2 ANSYS/LS-DYNA软件及算法简介(ANSYS/LS-DYNA Profile)

3.3 爆破荷载对冻结管影响的数值模拟 (Numerical Simulation of Influence of Blasting Vibration on Freezing Pipe)

3.4本章小结(Chapter Summary)

4 爆破振动对冻结管影响规律研究

4.1冻结管直径对冻结管受力的影响(The Influence of Diameter on the Freezing Pipe)

4.2爆破药量对冻结管受力的影响(The Influence of Charge on the Freezing Pipe)

4.3距爆源距离对冻结管受力的影响(The Influence of Distance on the Freezing Pipe)

4.4本章小结(Chapter Summary)

5 爆破振动对围岩影响规律研究

5.1冻结管直径对围岩受力的影响(The Influence of Diameter on the Rock)

5.2爆破药量对围岩受力的影响(The Influence of Charge on the Rock)

5.3距爆源距离对围岩受力的影响(The Influence of Distance on the Rock)

5.4本章小结(Chapter Summary)

6 岩层分界面对冻结管影响规律研究

6.1 岩层分界面对爆破荷载作用下冻结管受力的影响(The Influence ofInterfaceon theFreezing Pipe)

6.2本章小结(Chapter Summary)

7 结论与展望

7.1 结论(Conclusions)

7.2 展望(Prospects)

参考文献

作者简历

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