高地应力硬岩诱导卸荷与多截齿协同破岩机理_建筑雕塑

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前　言

高地应力硬岩非爆式掘进失效是深部矿山开采掘进工程中的难题，研究硬岩钻孔诱导卸荷与多截齿协同破岩理论和实验的新方法，是深部矿山掘进亟须开展的基础性工作。项目采用岩...

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1　绪论

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1.1　研究背景及意义

高地应力硬岩掘进是实现深部矿山高效、连续开采的主要阻碍之一。近年来，随着我国浅层资源开采逐渐枯竭（图1.1），矿山深部资源开采问题日益凸显，造成了矿压加剧巷道变...

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1.2　研究现状及不足

高地应力硬岩掘进一直以来都是影响深部开采的首要难题，为了实现高地应力硬岩非爆式高效率掘进，国内外专家学者进行了大量深入的研究，其研究的切入点主要包括以下5个方面...

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1.3　研究内容及方法

通过实验测试、数值模拟及仿真分析相结合的方法，研究处于高地应力硬岩的卸荷特性和截割特性，试图找到一种有效破碎岩石的新方法和理论。具体的研究内容如下。 ①测试不同...

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1.4　主要创新点

①研究了诱导钻孔卸荷对岩石强度弱化行为的影响，为诱导卸荷控制方式的确定提供依据。 ②研究了不同卸荷途径对岩石卸荷的影响规律，为多截齿截割提供条件。 ③发明了岩石...

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2　高地应力岩石破碎特性分析

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2.1　岩石破碎理论基础研究

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2.1.1　岩石力学概述

岩石力学对于研究钻头的破岩情况有十分重要的意义，岩石力学性质是岩石最基本、最重要的性质之一，其运用是十分广泛的。所以，研究钻头的破岩必须要对岩石的力学性质做简单...

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2.1.2　钻头破岩形式及钻头的选择

（1）钻头刃具与岩石作用的主要形式目前，破碎岩石多采用机械方法，按其破碎岩石的机理不同，可有不同分类。机械破碎岩石按照钻具在孔底破碎岩石的机理不同，可分为冲凿...

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2.2　高地应力岩石的特性研究

由于赋存环境不同，与浅埋隧洞相比，深部工程岩体具有独特的“三高与时间效应”，即高地应力、高地温、渗透压力和高应力流变等特点，开挖后岩体的力学响应将会表现出与浅部...

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2.2.1　岩石的强度特性

有资料表明，总体上岩石的强度随深度的增加而有所提高。如有的矿区从深度小于60 m变化到800～1000m时，强度为21～40 MPa的岩石所占的比重从30 ％减...

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2.2.2　岩石的流变特性

流变性质是指材料的应力－应变关系随时间变化的性质、材料变形与强度特性随时间变化的现象，简称为流变。大量的工程现场测量与试验结果表明，软弱岩石以及含有泥质充填物和...

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2.2.3　岩石的脆性－延性转化特性

岩石在不同围压下表现出不同的峰后特性，在较低围压下表现为脆性的岩石可以在高围压下转化为延性（dcutile）。Karman首次用大理岩进行了不同围压条件下的压缩...

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2.2.4　岩石的破坏特性

随着开采深度的增加，岩石破坏机理也随之转变，由浅部的脆性能或断裂韧度控制的破坏转变为深部开采条件下由侧向应力控制的断裂生长破坏，更进一步，实际就是由浅部的动态破...

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2.3　钻孔与截齿的破碎影响因素研究

（1）钻孔机性能参数分析本文以液压凿岩钻机钻头为研究对象，分析冲击－回转耦合作用下钻头连续破岩的情况，对不同工况下钻机最优的冲击频率和回转速度的匹配参数进行优...

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2.4　本章小结

本章对高地应力岩石破碎特性进行了分析研究，主要介绍了岩石破碎的基本理论内容，包括岩石力学内容的概述、研究破碎的常见基本方法及破岩钻头的选择等，并且结合高地应力岩...

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3　岩石的诱导卸荷规律研究

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3.1　岩石数值模拟的模型研究

对50MPa地应力工况下的花岗岩钻孔卸荷时的最优钻孔直径和钻孔深度进行分析，为研究问题及建立模型准确方便，提出如下基本假设［89］：岩体均质，各向同性，弹塑性体...

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3.2　不同钻孔参数对岩石卸荷效应的影响

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3.2.1　单孔模拟结果分析

图3.8　表面应力集中区分布图图3.9　内部应力集中区分布图对比图3.8岩体表面应力集中区分布图和图3.9垂直于X轴方向进行切片所得的岩体内部应力集中区分布...

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3.2.2　多孔模拟结果及分析

由于钻孔卸荷后形成的应力集中区较小，使岩体周围出现应力集中区与应力集中区之间的重合圈对实际情况而言不能实现，所以，对整个岩体模型进行整体分析才更有意义。图3.2...

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3.3　不同地质条件对岩石卸荷效应的影响

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3.3.1　不同地应力对单孔钻孔参数的影响

在不同地应力的环境下岩体所受的应力情况不同，力学特性和应力分布也存在着一些差异［93－94］，所以，针对小于和大于50MPa地应力的工况进行对比分析。选取40M...

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3.3.2　不同地应力对多孔钻孔参数的影响

由上节可知，在地应力为50MPa时，最佳钻孔布置方式为正四边形，最佳钻孔间距为100mm。但是，当地应力发生变化时，多孔钻孔卸荷的最佳钻孔参数也将发生变化，卸荷...

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3.4　诱导卸荷模型的研究

岩体工程一般伴随着地应力的释放，并导致岩体应力扰动和调整，产生次生应力场，可见岩体的开挖是地应力的释放过程，可视为卸荷的力学过程。一般而言，岩体中存在的结构面在...

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3.4.1　卸荷场分析

①计算初始的应力场σ0和位移场μ0，并将初始位移清零，即得到开挖卸荷前的初始应力场。 ②计算卸荷应力Δσ作用下岩体的应力场σΔ1和位移场μΔ1，并与初始应力场叠...

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3.4.2　卸荷岩体力学参数反演分析

如果仅考虑一个方向卸荷，即一维卸荷的情况，显然在弹性应力状态下，其应力－应变关系应服从广义虎克定律。若卸荷的时间足够长，则每一阶段的卸荷可认为是与初始状态一致但...

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3.4.3　岩体卸荷等效模型

运用卸荷反向加载等效力学原理，采用分步计算模拟技术，可以使模型较为真实地反映实际岩体钻孔卸荷的工程实际，从而使数值仿真的结果可更好地与实际岩体卸荷时展现出来的卸...

《高地应力硬岩诱导卸荷与多截齿协同破岩机理》简介

前　言

目录

1　绪论

1.1　研究背景及意义

1.2　研究现状及不足

1.3　研究内容及方法

1.4　主要创新点

2　高地应力岩石破碎特性分析

2.1　岩石破碎理论基础研究

2.1.1　岩石力学概述

2.1.2　钻头破岩形式及钻头的选择

2.2　高地应力岩石的特性研究

2.2.1　岩石的强度特性

2.2.2　岩石的流变特性

2.2.3　岩石的脆性－延性转化特性

2.2.4　岩石的破坏特性

2.3　钻孔与截齿的破碎影响因素研究

2.4　本章小结

3　岩石的诱导卸荷规律研究

3.1　岩石数值模拟的模型研究

3.2　不同钻孔参数对岩石卸荷效应的影响

3.2.1　单孔模拟结果分析

3.2.2　多孔模拟结果及分析

3.3　不同地质条件对岩石卸荷效应的影响

3.3.1　不同地应力对单孔钻孔参数的影响

3.3.2　不同地应力对多孔钻孔参数的影响

3.4　诱导卸荷模型的研究

3.4.1　卸荷场分析

3.4.2　卸荷岩体力学参数反演分析

3.4.3　岩体卸荷等效模型

《高地应力硬岩诱导卸荷与多截齿协同破岩机理》简介

前 言

目录

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状及不足

1.3 研究内容及方法

1.4 主要创新点

2 高地应力岩石破碎特性分析

2.1 岩石破碎理论基础研究

2.1.1 岩石力学概述

2.1.2 钻头破岩形式及钻头的选择

2.2 高地应力岩石的特性研究

2.2.1 岩石的强度特性

2.2.2 岩石的流变特性

2.2.3 岩石的脆性－延性转化特性

2.2.4 岩石的破坏特性

2.3 钻孔与截齿的破碎影响因素研究

2.4 本章小结

3 岩石的诱导卸荷规律研究

3.1 岩石数值模拟的模型研究

3.2 不同钻孔参数对岩石卸荷效应的影响

3.2.1 单孔模拟结果分析

3.2.2 多孔模拟结果及分析

3.3 不同地质条件对岩石卸荷效应的影响

3.3.1 不同地应力对单孔钻孔参数的影响

3.3.2 不同地应力对多孔钻孔参数的影响

3.4 诱导卸荷模型的研究

3.4.1 卸荷场分析

3.4.2 卸荷岩体力学参数反演分析

3.4.3 岩体卸荷等效模型

前　言

1　绪论

1.1　研究背景及意义

1.2　研究现状及不足

1.3　研究内容及方法

1.4　主要创新点

2　高地应力岩石破碎特性分析

2.1　岩石破碎理论基础研究

2.1.1　岩石力学概述

2.1.2　钻头破岩形式及钻头的选择

2.2　高地应力岩石的特性研究

2.2.1　岩石的强度特性

2.2.2　岩石的流变特性

2.2.3　岩石的脆性－延性转化特性

2.2.4　岩石的破坏特性

2.3　钻孔与截齿的破碎影响因素研究

2.4　本章小结

3　岩石的诱导卸荷规律研究

3.1　岩石数值模拟的模型研究

3.2　不同钻孔参数对岩石卸荷效应的影响

3.2.1　单孔模拟结果分析

3.2.2　多孔模拟结果及分析

3.3　不同地质条件对岩石卸荷效应的影响

3.3.1　不同地应力对单孔钻孔参数的影响

3.3.2　不同地应力对多孔钻孔参数的影响

3.4　诱导卸荷模型的研究

3.4.1　卸荷场分析

3.4.2　卸荷岩体力学参数反演分析

3.4.3　岩体卸荷等效模型