【摘 要】
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坚硬岩石的弱化致裂一直是我国煤矿作业中一大难题,如何经济安全地处理硬岩是当今煤炭开采亟待解决的重要研究课题之一。本文采用了两种不同组装状态的静态破碎剂（散料和药卷）,通过室内实验方法,辅以理论分析和数值模拟,系统地研究了静态爆破技术,达到经济快速安全致裂弱化硬岩的目标,丰富了静态爆破技术,为井下硬岩施工提供了理论依据和数据参考。主要研究成果如下:（1）分析了静态破碎剂主要成分及其作用,从水化反应角
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目（51874277）；
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坚硬岩石的弱化致裂一直是我国煤矿作业中一大难题,如何经济安全地处理硬岩是当今煤炭开采亟待解决的重要研究课题之一。本文采用了两种不同组装状态的静态破碎剂（散料和药卷）,通过室内实验方法,辅以理论分析和数值模拟,系统地研究了静态爆破技术,达到经济快速安全致裂弱化硬岩的目标,丰富了静态爆破技术,为井下硬岩施工提供了理论依据和数据参考。主要研究成果如下:（1）分析了静态破碎剂主要成分及其作用,从水化反应角度揭示了破碎剂膨胀机制和生成膨胀压作用原理,从力学角度研究了破碎剂膨胀致裂硬岩机理。（2）通过一系列水化实验,总结了不同水剂比下破碎剂浆体体积增长性能和流动性能,不同浸水时间下药卷容水性能,得到了散料和药卷的合理使用方式;揭示了静态破碎剂在反应中存在逸水现象,并定量分析了破碎剂逸水率,为“二次注水”实验提供了数据支撑。（3）基于散料和药卷的合理使用方式,依次进行了膨胀压测试、单孔致裂实验和大孔径喷孔实验。掌握了膨胀压随孔径增大而增大的发展规律,同孔径药卷膨胀压高于散料,而散料膨胀速率高于药卷;定量表征了单孔试件膨胀致裂规律及“二次注水”影响效果,药卷相对于散料作用于试件起裂慢而破断快,同时二次注水对散料致裂速率提升比药卷高;量化说明了喷孔发生规律,药卷防喷性能优于散料,并给出了散料和药卷的应用合理安全孔径范围。（4）采用PFC2D软件建立了双孔试件的数值模型,模拟了围压下双孔试件膨胀致裂,揭示了致裂过程中试件内部力学动态效应,微观颗粒运动规律,宏观破裂形态与裂纹扩展特征,阐明了模拟膨胀压受双孔试件裂纹变化而释压的规律,得到了不同条件的试件双孔裂纹贯通时和破裂时的膨胀压大小。（5）模拟了不同孔径、孔距和围压对双孔试件膨胀致裂效果的影响,总结了单一变量下减小孔距、缩短孔距和降低围压,会优先加速双孔裂纹横向贯通并形成断裂面,同时致裂的膨胀压也相应减小的规律。结合实验研究结果对煤矿井下应用进行了展望。本论文有图71幅,表23个,参考文献113篇
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