炸药选型对岩石破碎的影响研究

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依据岩石属性的多能量乳化炸药技术成为智慧矿山建设的方向之一.为研究炸药选型对岩石破碎的影响,利用数值模拟方法对乳化炸药和铵油炸药的3种爆炸载荷上升沿时间与岩石破碎效果的关系进行对比分析.结果表明,随着爆炸载荷上升沿时间的递增,炮孔附近的应力峰值先增大后减小,裂纹扩展的范围越大;对于最后一排炮孔进行爆破时,采用减小炸药量方法,也可以选择爆速小、密度低、爆炸载荷上升沿时间小的炸药;爆炸载荷上升沿时间越大,越有利于爆破岩体的抛掷,从而为后续爆破提供足够的自由面.
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煤基质中气体解吸导致的基体体积收缩对应力场有显著影响.测试了4种不同气体(甲烷、氮气、二氧化碳、氦气)解吸导致的煤基质体积变化,分析了煤基质的收缩变化规律.研究结果表明,煤基质的总收缩系数对于甲烷解吸为1.2×10-3 MPa-1,对于二氧化碳解吸为5.2×10-3 MPa-1.采用太沙基方程,建立了有效应力和气体压力之间的关系式,可用于估算煤的渗透率.
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为评价地下采场稳定性及优化结构参数,重新绘制Mathews稳定图与等概率线的合成图.以凡口铅锌矿超宽采场为例,通过工程地质调查获取表征岩体质量的多种指标,利用Mathews稳定图解法得出采场稳定性系数及水力半径,通过合成图评价了采场稳定性概率,得到在现有采场结构参数下,209#S采场顶板及上盘的稳定性概率大于8%、小于60%;209#N采场顶板及上盘的稳定性概率大于60%、小于95%.同时计算出209#S采场的最大安全为跨度5.3 m、209#N采场的最大安全跨度为51.04 m.
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尾矿库是一个由尾矿堆积形成的具有高势能的危险源,一旦发生溃坝,可能对其下游居民和设施安全造成严重的威胁,极有可能酿成重特大事故.以湖南省某铅锌矿尾矿库为例,借助地理信息系统软件对尾矿库下游地形及重要建筑物进行处理,并采用数值模拟方法分析尾矿库溃坝后尾矿的运移轨迹和淹没范围,得出尾矿库下游居民的搬迁范围及搬迁高程.上述研究同时能为新建尾矿库的选址提供设计依据,为现有尾矿库下游居民搬迁以及尾矿库应急预案的编制工作提供技术参考,对防灾减灾及保护人民群众生命财产安全起到了积极作用.
为研究砂岩力学特性的速率效应,开展砂岩真三轴加卸载试验.试验结果表明:加、卸载速率对砂岩力学特性有明显影响,随着加载速率的增大,岩石弹性增强,三轴抗压强度增大,变形发育更充分,岩石破坏时围压水平提高,破坏更加迅速,所需时间减少,破坏时应变增大;而随着卸荷速率的增大,岩石的弹性承载能力减弱,强度降低,破坏时卸载方向变形增大,岩石破坏时围压水平降低,但卸载速率越小,岩石最终破坏时裂纹发育越充分;加卸载过程中,岩石变形模量逐渐劣化损伤,加载速率越大,卸荷速率越小,变形模量的劣化损伤变慢.