爆破掘进接茬钢板单层井壁冲击损伤研究

来源 :中国矿业大学(江苏)   | 被引量 : 2次 | 上传用户:zhaisuorenjlu
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
随着开采深度增大,穿越深厚富水岩层建设井筒将越发普遍,新型接茬钢板单层井壁会取代不合理的超厚复合井壁,钻眼爆破法是深厚立井井筒开掘首选方法,增大单循环进尺需采用大药量爆破,这样会产生接茬钢板邻近区域混凝土冲击损伤,进而导致接茬钢板处渗漏水事故。
  将背景工程问题转换为爆破掘进下接茬钢板邻近区域混凝土冲击损伤科学问题。分别对SHPB加载理论、弹性波在不同介质分界面透反射理论进行研究。根据相似理论并结合立井施工流程,制作(1d&3d)、(1.5d&4d)和(2d&5d)三种龄期组合,1.4mm、1.8mm、2.8mm、3.8mm、4.5mm五种钢板厚度的早龄期混凝土-钢板组合试件。为了分解研究难度和便于运用对比分析法,同时制作了与早龄期混凝土-钢板组合试件相同几何尺寸的早龄期素混凝土试件。利用SHPB实验装置对上述试件开展冲击损伤实验。根据SHPB实验基本假定和早龄期混凝土材料力学特性,采用半正弦波加载,实验效果理想。采用RHT本构模型模拟井壁混凝土,材料参数根据上述SHPB实验确定,对背景工程开展等比例数值模拟,对导致过水通道处混凝土损伤的影响因素进行研究。利用小波包技术从能量角度对韧脚空隙高度进行研究,确定最优、最不利空隙高度。综合运用理论分析、室内SHPB实验、LS-DYNA数值模拟与小波包技术完成立井接茬钢板单层井壁爆破冲击损伤,消除接茬钢板处渗漏水科学问题。本文主要研究工作如下:
  以几何尺寸?5cm×5cm圆柱体试件为研究对象,首先测试其静载单轴抗压强度、峰值应变、割线模量与超声波速在1d~28d发展变化规律。研究试件龄期在1d~6d时间范围,有效应变率在15S-1~60S-1的动载特性,损伤特性与吸能特性。混凝土强度、峰值应变均与应变率呈线性关系,动态强度提高因子为1.04~2.17。得出损伤量与龄期间,损伤量与入射能间的2个定量计算公式。1d~6d龄期混凝土,2d是分界点,2d前趋势快,塑性性能为主,2d后趋势慢,脆性性能为主。吸能能力是材料固有属性,在同级冲击荷载作用下,吸收能随龄期呈弱抛物线关系变化,存在最大吸收能龄期,随着冲击荷载强度提高,峰值吸收能龄期逐渐增大。
  针对底模、顶模混凝土无平行对立的2个自由表面,无法采用常规“对测法”进行超声波测试,设计并制作了水泥砂浆卡座,实现底模、顶模混凝土的超声波对测。根据超声波测试结果分别计算底模、顶模混凝土损伤值,并与同龄期素混凝土试件损伤值进行对比,得出:钢板迎冲侧的底模损伤增大[1.2~1.6]倍,背冲侧的顶模损伤减小至[0.2~0.4]倍,顶模比底模长一个“施工周期”,底模损伤值为顶模损伤值[4~6]倍,依据底模损伤判断组合结构损伤状态。本文设计的组合试件,2.8mm厚度钢板最优,4.5mm厚度钢板最不利,钢板厚度对底模、顶模的作用效应正好相反,判断时要以底模为依据。“钢板厚度”因素与冲击荷载强度存在耦合关系,荷载强度越高,“钢板厚度”因素越明显。随施工周期增长,底模、顶模损伤值均降低,但从周期2d→2.5d,损伤值降低幅度慢,从周期2.5d→3d,损伤值降低幅度快。
  接茬钢板单层井壁有限元数值模拟中,选用能较好模拟混凝土拉压损伤的RHT本构模型,根据早龄期混凝土SHPB实验结果,建立对应数值模型,通过大量反复试算确定1d~8d RHT模型完整参数。按实际工程等比例建模会出现畸形单元,将实际工程的5段7圈炸药简化为5段5圈炸药。对比接茬钢板单层井壁数值模拟结果与现场实测结果表明:立井数值模型及材料参数选取合理,接茬钢板单层井壁中存在4个震动加强区域,按照震动加强程度从强到弱排序:竖钢板外侧(区域1)>井壁、岩壁接触面(区域2)>每模顶端(区域4,斜钢板下侧)>每模底端(区域3,斜钢板上侧),该结论对各种几何尺寸的接茬钢板单层井壁均适用。“竖钢板厚度、斜钢板厚度及其组合”、“施工周期”影响通道处混凝土损伤范围、损伤程度,钢板迎冲侧的“通道一”是井壁渗漏水控制通道,存在优化的接茬钢板厚度组合,2d施工循环H8V12组合最优,2.5d施工循环H10V6组合最优,3d施工循环H10V12组合最优。根据每种施工周期16种工况均值损伤,D(2.5d)>D(2d)>D(3d),通道处混凝土损伤随施工周期增长先增大再减小。
  爆破震动传入井壁的能量决定了井壁混凝土损伤程度,底模井壁处于爆破地震波绕射作用局部震荡区域,韧脚空隙高度是决定传入井壁能量大小的重要因素。利用小波包技术从能量角度进行分析,提出能量归一化因子,运用Matlab软件编制能量计算程序,本工程最不利空隙高度2.7m,最优空隙高度3.6m,在相同爆破方案前提下,震动峰值能量降低20%。
其他文献
为解决并联机构在动平台工作空间表征过程中,由于图形维度限制使得位置空间和姿态空间分离,可视化程度低的问题,本文提出了一种可实现多维度、多量纲变量统一表达的新型并联机构多维度工作空间表示法。将多维度表示法衍生至并联机构的工作空间和性能空间表达,并以此提出了一系列新型并联机构工作空间性能评价指标。基于所提出的工作空间多维度表示法,提出了一种面向任务、以不同指标要求进行并联机构构型设计的新方法。通过对图
学位
滑坡分布范围广、破坏力强、社会影响大,对滑坡的危害性进行评价是地质灾害评价中主要的研究对象之一。特别是高速滑坡,一旦失稳会导致滑坡体快速移动,会将滑坡通道中的植被、房屋设施全部冲刷卷走,滑入水中时会激起涌浪,给人民的生命财产带来极大的威胁。在高速滑坡危害的评价中,其稳定性评价是判断滑坡是否会产生危害的重要依据,滑动速度是评价滑坡所能产生灾害规模大小的重要评价因素。因此,如何对滑坡的稳定性进行评价,
学位
薄煤层资源储量作为我国煤炭储量的重要组成部分,开采时容易受到地质条件、机械化开采水平、采煤工艺及开采成本等因素的制约,薄煤层的煤炭产量始终不理想,进而在含夹矸特别是含硬夹矸的薄煤层开采中,开采的制约性大幅度提高,难以实现安全高效的开采。目前,超前深孔预裂爆破技术是弱化薄煤层夹矸的有效方法之一,其目的是在工作面前方预先对煤层中的夹矸进行爆破弱化,但在普通装药爆破作用下,爆生裂隙向周围无序扩展,导致裂
学位
许多工程结构受环境流体的影响,会产生较大的非定常力,使结构的安全性存在很大隐患,特别是流体中固体间的碰撞,会对结构产生更复杂的破坏作用,直接威胁到结构的安全运行。流体中固体间的碰撞涉及到流体动力学和固体力学中的碰撞非线性等问题,使流固耦合力学分析中的求解规模和效率矛盾更加突出,难于工程应用。因此,固体间碰撞与流体耦合的数值分析方法研究,不仅具有较高的学术价值,也具有明显的工程应用前景。本文旨在建立
学位
管内柔性梁是化工过程机械、石油钻采工程中的特有结构,开展弯管内柔性梁的结构与载荷传递机理研究,对柔性梁结构优化设计、工艺参数优选等技术发展具有重要意义。选取等截面梁和管为研究对象,将接触单元与几何非线性梁单元相结合,建立了管内等截面柔性梁几何和接触双重非线性有限元模型和数值计算方法,通过算例验证了数值方法的可行性。考虑偏心变截面梁结构不连续、非全周开槽、截面偏心的结构特点,通过刚性梁单元将偏心截面
学位
外环流氨化反应器是磷酸氨化的主要设备,具有物料混合均匀、湍流剧烈、气泡分散度高、传质面积大等优点。影响外环流氨化反应器性能的最重要因素是流动特性和气泡粒径分布(BSD)。对外环流氨化反应器内流动特性及气泡粒径分析有助于深入对传质和反应机理的理解,并指导反应器的操作参数和结构优化,对磷酸氨化过程中的节能减排有重要的指导意义。本文采用粒子图像测速(PIV)技术、数字图像分析(DIA)和数值模拟的方法研
运动结构可作为多种工程系统的力学模型,例如升降机缆绳、带锯、传送带、动力传送带、纺织纤维和带钢等。而传输速度的存在会导致这些运动结构产生较大幅度的横向振动。大多数情况下,这些横向振动是有害的,它们会严重影响加工质量和生产效率。另一方面,运动结构是典型的陀螺连续体,而运动结构的陀螺性使其理论分析存在一定的困难。因此,运动结构横向振动的研究有着广阔的实际应用前景和重要的理论意义。本文研究了运动结构横向
学位
尼泊尔位于喜玛拉雅造山带的中部,这里也是印度板块向欧亚板块俯冲的前缘地区,构造活动强烈、地震频发。区域内多为高山峡谷地形,且受南亚季风降雨等自然因素的作用,经常发生滑坡等地质灾害。在2015年雨季(6–9月)到来之前,尼泊尔境内在半个月左右的时间内连续发生了2次7级以上的大震:4月25日的Mw 7.8级主震和5月12日的Mw 7.3级强余震。强烈的地震动触发了大量的滑坡,造成了严重的人员伤亡和经济
学位
拓扑绝缘体有着独特的能带结构,自从三维拓扑绝缘体Sb_2Te_3,Bi_2Se_3和Bi_2Te_3被理论预言之后,基于这些材料的掺杂和调控便层出不穷。2013年,清华大学薛其坤教授课题组在经过能带调制和磁性掺杂的Cr_(0.15)(Bi_(0.1)Sb_(0.9))_(1.85)Te_3中发现了著名的量子反常霍尔效应,使得有关拓扑绝缘体的研究在近年来成为凝聚态物理的主流方向之一。在三维拓扑绝缘体
学位
斯特林/脉管复合型制冷机由斯特林制冷机和脉管制冷机气耦合而成,该结构将斯特林制冷机与脉管制冷机都置于它们各自合适的条件下工作,发挥它们各自的优点避免它们各自的缺点;同时,复合型制冷机的两级制冷量可以实时重新分配,从而满足两级动态热负荷的需要。因此,复合型制冷机凭借这些优越的热力学特性使其在空间探测器冷却领域具有巨大的应用潜力。然而,现有的理论模型及公开文献都难以直接用于分析复合型制冷机的热力学特性
学位