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空孔在硬岩光面爆破作用中的试验与应用

爆破 2023年第2期40卷 49-53,138页

作者：张伟褚夫蛟王银刚张兴强山东理工大学资源与环境工程学院淄博255000 山东金创股份有限公司烟台265600

光面爆破对巷道稳定性和安全性意义重大。普通光面爆破法应用在小断面硬岩巷道全断面一次爆破上存在一些弊端,由于周边孔装药量、孔间距及不耦合系数的关系,爆破后出现超欠挖现象,成形不规则,增加了支护工作量,降低了掘进效率,片帮与顶... 详细信息

光面爆破对巷道稳定性和安全性意义重大。普通光面爆破法应用在小断面硬岩巷道全断面一次爆破上存在一些弊端,由于周边孔装药量、孔间距及不耦合系数的关系,爆破后出现超欠挖现象,成形不规则,增加了支护工作量,降低了掘进效率,片帮与顶板垮塌等问题。为了达到全断面光面爆破一次成巷,尽量减小爆破对围岩的破坏,改善巷道成形,保证巷道安全高效掘进。利用空孔的应力集中效应,在周边孔设计6个大直径空孔,空孔直径∅=70 mm,周边孔间距由原来的544~600 mm减少到400 mm,并且均匀布置在巷道轮廓上;周边孔选择空气间隔装药结构,间距0.4 m。选取在黑岚沟金矿-500 m中段掘进巷道进行光面爆破试验,试验结果表明:在小断面硬岩巷道全断面一次爆破中,与普通光面爆破法相比,优化后的光面爆破在技术经济安全方面更加显著。巷道掘进平均循环进尺增加0.03 m,平均半孔率提高34%,炸药单耗降低了0.42 kg/m^(3),爆破作业成本降低了7.82元/m^(3)。巷道壁完整光滑,顶板稳定性更好,能够有效降低对围岩的扰动程度,为深部硬岩全断面掘进的矿山提供经验。

关键词：空孔硬岩巷道光面爆破全断面掘进

基于PCA法和Fisher判别分析法的岩体质量等级分类

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岩土力学 2016年第S2期37卷 427-432,441页

作者：钱兆明任高峰褚夫蛟秦绍兵武汉理工大学资源与环境工程学院湖北武汉430070 大冶有色金属有限责任公司铜山口铜矿湖北黄石435122 中南大学资源与安全工程学院湖南长沙310083 中钢集团武汉安全环保研究院有限公司湖北武汉430081

岩体质量等级分类在实际的工程中有着很重要的作用。基于主成分分析(PCA)法和与Fisher判别分析法相结合建立岩体质量等级判别模型,选取单轴抗压强度、岩体体积节理数、声波纵波速度、节理面风化变异系数、节理面粗糙度系数和透水性系数... 详细信息

岩体质量等级分类在实际的工程中有着很重要的作用。基于主成分分析(PCA)法和与Fisher判别分析法相结合建立岩体质量等级判别模型,选取单轴抗压强度、岩体体积节理数、声波纵波速度、节理面风化变异系数、节理面粗糙度系数和透水性系数6种指标作为岩体质量分级判别的判别因子。以永平铜矿露天矿区工程岩体特征资料中的20个样本为训练样本,10个为待判样本,对该模型进行检验和应用,并与传统的RMR法、Fisher判别分析模型的结果进行比较,相应正确率分别为87%、70%、77%,判断结果表明利用主成分分析法和Fisher判别分析法建立的模型判别能力更高。

关键词：岩体质量分级主成分分析(PCA) Fisher判别分析

基于核磁共振的不同含水状态砂岩动态损伤规律

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工程科学学报 2018年第2期40卷 144-151页

作者：褚夫蛟刘敦文陶明彭怀德山东理工大学资源与环境工程学院淄博255049 中南大学资源与安全工程学院长沙410083

为研究不同含水状态岩石的动态损伤特性,制备干燥、半饱和、饱和3种不同含水状态的砂岩试样.采用分离式霍普金森压杆（SHPB）,以4种不同的低入射能对岩石进行损伤冲击试验.通过核磁共振测试实验对岩石试样进行孔隙扫描,获取岩石孔隙的T_... 详细信息

为研究不同含水状态岩石的动态损伤特性,制备干燥、半饱和、饱和3种不同含水状态的砂岩试样.采用分离式霍普金森压杆（SHPB）,以4种不同的低入射能对岩石进行损伤冲击试验.通过核磁共振测试实验对岩石试样进行孔隙扫描,获取岩石孔隙的T_2谱曲线、孔隙度以及孔隙成像等数据.通过试验发现：（1）冲击能量的增加导致岩石的平均应变率和强度的增大;（2）不同含水状态的岩石受到冲击后,孔隙度与孔隙度变化率均有不同程度的增加;（3）与冲击前相比,岩石的T2谱曲线有明显右移趋势,同时出现谱峰增加的现象,而且冲击能量越大,孔隙谱峰增加越明显;（4）核磁共振成像显示岩石孔隙数量和尺寸有明显的增加,展现出岩石内部孔隙扩展和演化的过程.

关键词：含水状态动态损伤冲击试验核磁共振孔隙度 T2谱曲线

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基于SHPB的不同含水状态砂岩动态响应

工程科学学报 2017年第12期39卷 1783-1790页

作者：褚夫蛟刘敦文陶明彭怀德山东理工大学资源与环境工程学院淄博255049 中南大学资源与安全工程学院长沙410083

为研究不同含水状态岩石力学性质的变化规律,并保证仅受含水量这一单一因素的影响,以砂岩作为试验材料,制备饱和系数分别为2.82%、52.11%、100%的干燥、半饱和、饱和三种不同含水状态的岩石试样,进行静载以及8种不同冲击能量作用下的动... 详细信息

为研究不同含水状态岩石力学性质的变化规律,并保证仅受含水量这一单一因素的影响,以砂岩作为试验材料,制备饱和系数分别为2.82%、52.11%、100%的干燥、半饱和、饱和三种不同含水状态的岩石试样,进行静载以及8种不同冲击能量作用下的动力学性质的研究.通过试验可知:在静载作用下,相比干燥岩石,半饱和、饱和岩石试样的应力-应变曲线随含水量增加出现了峰值明显降低的现象,抗压强度分别降低了8.12%、19.26%.动载作用下,随应变率的增加,3种岩石强度均呈现不同程度的线性变化,应力-应变曲线出现右移及峰值增加的现象,且干燥岩石与含水岩石在卸载阶段有明显不同的两种趋势,特别是在卸载第二阶段.而在相同冲击能量作用下,岩石的含水量越大,其破碎程度越大.

关键词：砂岩含水状态动态响应试样制备应力-应变曲线峰值应力破坏形态

基于HHT频谱分析逐孔起爆微差时间试验研究

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爆破 2023年第4期40卷 103-109页

作者：褚夫蛟王作鹏李铭涵高智丁明海殷树海山东理工大学资源与环境工程学院淄博255000 山东东平宏达矿业有限公司泰安271000

为解决某矿山矿体回采时爆破振动过大影响地表村庄建(构)筑物安全的问题,通过结合现场实际情况与经验公式计算,选取8、10、12、14和18 ms的孔间微差时间和100 ms的排间微差时间作为在该矿Ⅲ矿体63113矿房试验的爆破参数,根据村庄多为1~... 详细信息

为解决某矿山矿体回采时爆破振动过大影响地表村庄建(构)筑物安全的问题,通过结合现场实际情况与经验公式计算,选取8、10、12、14和18 ms的孔间微差时间和100 ms的排间微差时间作为在该矿Ⅲ矿体63113矿房试验的爆破参数,根据村庄多为1~2层砖混结构建筑计算得到其自振频率7.63~13.23 Hz。现场采集爆破振动数据并利用Matlab对测得的爆破振动信号做HHT变换并从时域、频域和能量的角度分析信号的特点。使用具有高度自适应性的EMD分解将原始振动信号分解为IMF分量,再对IMF分量做10层db8小波变换并总结level 9的频带7.8~15.7 Hz具有的能量在总能量中的占比规律,对用IMF分量重构后的信号做Hilbert变换得到三维希尔伯特谱及边际谱。通过对爆破振动信号做EMD分解和小波变换研究得出,12 ms的微差时间设计在3号测点的三向能量占比分别减小了14.07%、24.89%和6.26%,试验表明通过改进孔间微差时间可以改善低频能量在总能量中占比较多的问题,能有效避免共振效应。对比不同孔间微差时间的Hilbert边际谱和三维希尔伯特谱从频域和能量角度分析得出,孔间微差时间为12 ms的爆破的主振频率和最大瞬时能量出现在起爆后200 ms,集中在大于建筑固有自振频带的30~40 Hz间,对建(构)筑物产生的影响最小。试验通过HHT频谱分析为选择合理的逐孔微差起爆时间提供了有效的判断依据,为更多类似的研究提供了思路与方向。

关键词： HHT 微差时间 EMD 小波变换自振频率

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联络道爆破施工对临近盾构隧道的影响分析

工程爆破 2022年第5期28卷 128-134页

作者：杨波王海亮褚夫蛟周明聪肖景鑫张栋中铁二局集团成都新技术爆破工程有限公司成都610031 山东科技大学安全与环境工程学院山东青岛266590 山东理工大学资源与环境工程学院山东淄博255000 武汉理工大学资源与环境工程学院武汉430070

针对盾构隧道间联络道爆破开挖影响隧道稳定性的问题,通过数值模拟建立联络道与隧道管片的数值模型,以联络道掌子面与隧道间不同距离L作为研究工况,获取不同爆破位置对隧道管片稳定性的影响。通过模拟可知,当联络道掌子面与管片距离L为0... 详细信息

针对盾构隧道间联络道爆破开挖影响隧道稳定性的问题,通过数值模拟建立联络道与隧道管片的数值模型,以联络道掌子面与隧道间不同距离L作为研究工况,获取不同爆破位置对隧道管片稳定性的影响。通过模拟可知,当联络道掌子面与管片距离L为0时,盾构隧道管片是极不稳定的。以盾构隧道管片连接螺栓的屈服强度作为临界值,通过建立螺栓应力与距离L的关系,得到当L不小于1.43 m时,螺栓所受到的应力不大于其屈服强度,而分析管片间相对位移与L的关系,得到管片间的最大相对位移为2.88 mm。由此可知此时盾构隧道管片是安全的。通过对隧道爆破振动进行监测,得到了当安全距离为1.43 m时爆心距为3 m的监测点的最大振速为37.09 m/s,此数据虽然超过了爆破安全规定,但螺栓强度和管片位移都符合安全规程要求,施工质量可以得到保证,隧道仍然安全稳定。

关键词：盾构隧道管片爆破开挖掌子面位置稳定性

大冶铁矿深部开采过渡期低贫损安全开采技术研究

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大冶铁矿深部开采过渡期低贫损安全开采技术研究

作者：褚夫蛟武汉理工大学

学位级别：硕士

崩落采矿法在我国地下开采矿山中应用十分广泛,随着地下开采深度的逐年增加,地下采场出现的地压问题越来越严重,为了维持采场的安全稳定,有必要对矿山的采矿方法进行改变。随着地下矿山进入深部开采,充填采矿法取代崩落采矿法回采矿石... 详细信息

崩落采矿法在我国地下开采矿山中应用十分广泛,随着地下开采深度的逐年增加,地下采场出现的地压问题越来越严重,为了维持采场的安全稳定,有必要对矿山的采矿方法进行改变。随着地下矿山进入深部开采,充填采矿法取代崩落采矿法回采矿石势在必行。充填采矿法的采用可有效减少高地压带来的诸多问题,并能达到低贫损的开采目标。以大冶铁矿东采区浅部转深部开采为研究背景,采用理论分析、数值模拟等方法,对采矿方法过渡区的稳定性进行分析,为过渡期低贫损开采提供指导,确保矿山产量顺利衔接,矿压显现可控,为大冶铁矿全面进入深部开采提供指导。论文的主要研究成果有： (1)阐述了深部开采条件下,岩体的力学特性以及破碎机理,分析了矿山压力的显现形式以及矿岩的破碎机理。 (2)基于无底柱分段崩落法以及充填采矿法的适用条件,分析了深部开采条件下,充填采矿法取代无底柱分段崩落法的必要性、可行性以及合理性。 (3)通过经典力学的方法设计的采矿方法过渡区厚度为10m,安全系数为1.3;应用大型数值计算软件FLAC3D建模,对过渡区在开采过程中的应力、应变状况进行模拟研究,研究了充填采矿法回采过程中采场以及过渡区应力、应变变化规律,验证了过渡区安全厚度设计的可行性。 (4)基于不同的目标函数及其相关的约束条件,采用编程语言C#,开发了采矿方法过渡期实时配矿系统,该配矿系统对于大冶铁矿深部开采过渡期低贫损开采、出矿具有工程指导意义。

关键词：深部开采过渡期数值模拟配矿系统

巷道开挖扰动下围岩宏细观力学响应及能量机制

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煤炭学报 2020年第S01期45卷 60-69页

作者：于辉张晓君李宝玉褚夫蛟河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000 山东理工大学资源与环境工程学院山东淄博255000 河南理工大学深井瓦斯抽采与围岩控制技术国家地方联合工程实验室河南焦作454000

为揭示不同应力环境巷道开挖扰动应力重分布特征及能量演化机制,利用离散元PFC程序建立半圆拱泥岩巷道模型,获取巷道围岩宏观应力场及全断面变形动态演化曲线,以巷道开挖细观应力场分布特征为基础,揭示巷道开挖声发射特性及能量演化一... 详细信息

为揭示不同应力环境巷道开挖扰动应力重分布特征及能量演化机制,利用离散元PFC程序建立半圆拱泥岩巷道模型,获取巷道围岩宏观应力场及全断面变形动态演化曲线,以巷道开挖细观应力场分布特征为基础,揭示巷道开挖声发射特性及能量演化一般规律,探究垂直应力和侧压系数对不同能量特征的影响,并以应变能释放速率作为表征巷道开挖能量释放严重程度的指标。结果表明:巷道开挖后围岩径向应力和切向应力均经历"卸压—回升—波动—稳定"4个阶段,卸压阶段应力快速释放,且越靠近临空面,应力释放越剧烈。拱顶不同深度测点径向应力和切向应力模拟值与解析解比较吻合,表明模拟结果能够较好地反映巷道开挖后围岩不同深度应力分布规律。λ=1.0时,巷道最大位移量与垂直应力近似呈线性正相关。颗粒黏结力、线性力等细观接触力随垂直应力及侧压系数增加而增大。开挖扰动期间裂纹主要产生在应力升高阶段,集中在巷道底角及拱顶等处。围岩应变能、动能、摩擦能随垂直应力和侧压系数增加而增大,在相同侧压系数下应变能与垂直应力平方成正比,定量揭示了应变能与垂直应力关系。应变能释放速率随围岩应力水平增加而增大,反映出高应力巷道应变能释放更加剧烈,导致围岩动能和摩擦能显著增加。

关键词：巷道应力重分布能量演化离散元

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硬岩隧道高压气体膨胀破岩开挖试验

岩土力学 2018年第1期39卷 242-248页

作者：彭怀德刘敦文褚夫蛟翦英骅中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083 山东理工大学资源与环境工程学院山东淄博255049

为了解决传统钻爆法在隧道工程中振动大的问题,引入一种新型破岩技术——高压气体膨胀破岩技术。通过在某隧道掌子面采用该技术进行现场试验,获得该技术试验时的振动速度值和试验后的破岩效果,将获得的结果与传统钻爆法得到的相应结果... 详细信息

为了解决传统钻爆法在隧道工程中振动大的问题,引入一种新型破岩技术——高压气体膨胀破岩技术。通过在某隧道掌子面采用该技术进行现场试验,获得该技术试验时的振动速度值和试验后的破岩效果,将获得的结果与传统钻爆法得到的相应结果进行对比分析,结果表明,高压气体膨胀破岩技术在施工时产生的振动比钻爆法小,证明了将该技术应用在隧道工程中是可行的,解决了该隧道采用钻爆法施工振动风险大的问题,为类似工程破岩提供了一种新途径。

关键词：高压气体膨胀破岩技术膨胀管钻爆法振动速度