不同抵抗线影响下层状岩体爆破的破岩规律

作     者：于建新 孟鹏展 张馨 李真珍 YU Jianxin;MENG Pengzhan;ZHANG Xin;LI Zhenzhen

作者机构：河南理工大学土木学院河南焦作454003 河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室—省部共建国家重点实验室培育基地河南焦作454003 

出 版 物：《煤炭科学技术》 (Coal Science and Technology)

年 卷 期：2024年第52卷第12期

页      面：60-70页

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(42372331) 河南理工大学杰出青年基金资助项目(J2023-4) 安全与能源工程学部“双一流”创建工程培育资助项目(AQ20230721) 

主　　题：层状岩体 爆破 不同抵抗线 裂纹扩展 应力波传播 

摘      要：层状岩体是地下工程建设常见的地质构造,钻爆法施工在层状岩体中表现为爆破成型效果差、超欠挖现象严重、振动传播不均衡等问题。抵抗线是影响爆破效果的关键参数,本研究以最小抵抗线为控制指标,研究初始应力与节理角度等影响下的层状岩体爆破破岩规律。以Ⅲ级围岩为地质背景,采用分层浇筑的方法制备不同节理参数的混凝土试块作为层状岩体的模拟材料,进行了一系列不同爆破条件下的爆破试验,结合高速摄影机、动态信号分析系统以及智能五段爆速仪等设备监测了试验过程;利用LS-DYNA三维数值仿真模型,分析了地应力静载与爆炸动载耦合作用下层状岩体的损伤及应力波传规律。研究结果表明:节理对爆破应力波地传播有阻隔作用,改变了裂纹扩展的方向和形态,应力波传至节理面后大量能量发生反射现象,少量能量发生透射现象穿过节理面,爆破效果上表现为主裂纹首先沿节理弱面贯穿,垂直于节理方向迎爆侧的岩石裂纹发育优于背侧裂纹,迎爆侧岩石内的应变强度大于背爆侧;随着抵抗线在6~10 cm增大,层状岩体爆破产生的爆破粉碎区及裂隙区范围逐渐减小,但爆破空腔范围先增大后减小,抵抗线较小时爆炸能量主要以气体形式逸出造成能量浪费,较大时爆炸能量作用于岩石内部难以抛掷岩石,当抵抗线为H=8 cm时,爆破产生的破岩效果最好;节理面迎爆侧有效应力随最小抵抗线的增加呈现先增大后减小趋势,合速度呈现先减小后增大趋势,节理面背爆侧有效应力峰值和合速度峰值变化趋势平缓。研究成果有助于加深对地下工程中层状岩石爆破破岩机理的认识。