【摘 要】
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随着煤岩资源开采量的不断增长,矿山深部开采问题日益凸显,高地应力是制约深部巷道高效掘进、导致截割高能耗的主要因素,而钻孔诱导卸荷是降低深部开采高地应力、减小截割能耗、
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随着煤岩资源开采量的不断增长,矿山深部开采问题日益凸显,高地应力是制约深部巷道高效掘进、导致截割高能耗的主要因素,而钻孔诱导卸荷是降低深部开采高地应力、减小截割能耗、延长截齿使用寿命的有效手段。本文通过对深部硬岩卸荷特性进行分析,确定高地应力对岩体的影响;在钻孔诱导卸荷基础下,研究单齿和多齿截割卸荷后深部硬岩的破碎特性,对深部硬岩掘进理论具有重要推动作用。 本文以花岗岩为研究对象,采用Drucker-Prager岩体本构模型,利用ABAQUS中Explicit模块建立不同地应力(40MPa、45MPa、50MPa、55MPa、60MPa)的卸荷岩体模型,并分析单孔卸荷时不同钻孔深度(50cm、80cm、120cm、150cm)以及不同钻孔直径(30mm、50mm、80mm、100mm),多孔卸荷时不同钻孔布置方式(正三角形、正四边形、正六边形)以及不同钻孔间距(100mm、150mm、200mm、250mm)卸荷特性。结果表明:地应力为50MPa时,钻孔后形成应力集中区最大,卸荷效果更明显,钻孔直径为80mm,钻孔深度为120cm,钻孔布置方式为正四边形,钻孔间距为100mm岩石卸荷效果最好,且确定不同地应力时的最优钻孔参数。 通过分析截齿三向应力曲线和三向应力特征值,研究最优钻孔参数卸荷条件下,50MPa地应力时单齿的最优截割角度、最优截割速度、最优截割深度以及多齿最优截割间距。模拟分析单齿不同截割角度(30°、45°、60°)、不同截割速度(2m/s、2.5m/s、3m/s、3.5m/s),不同截割深度(60mm、65mm、70mm、75mm),以及多齿不同截割间距(70mm、75mm、80mm、85mm)截齿截割规律。结果表明:当单齿最优截割角度为60°,最优截割速度为2m/s,最优截割深度为70mm时,截齿截割阻力特征值最小;当多齿截割间距为75mm时,截齿截割阻力特征值最小;与未卸荷深部硬岩截割应力相比,截齿截割阻力大大降低,深部硬岩经过钻孔诱导卸荷可以有效地降低截齿所受三向应力。 基于钻孔诱导卸荷与截齿联合破岩是实现深部硬岩高效掘进的有效方法,该方法的应用对煤岩开采掘进、其他金属矿山开采以及隧道开挖等工程领域均具有较高的参考价值和推广价值。
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