基于UDEC煤体深孔预裂控制爆破的研究

发布时间：2017-05-04 00:00

  本文关键词：基于UDEC煤体深孔预裂控制爆破的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：煤矿中瓦斯突出与瓦斯爆炸是危害矿业生产的“杀手”,深孔预裂爆破技术在瓦斯抽采中应用广泛,但其机理目前尚未有统一的认识。本文利用二维离散元软件中的fish语言建立了UDEC (Universal Distinct Element Code)岩体爆破模型,数值模拟计算了距爆源不同距离处岩体质点爆炸应力波的变化规律。数值模拟与理论推导结果表明：用二维离散元软件UDEC计算得到的岩体中爆炸应力波衰减规律与理论公式计算结果基本符合,误差在爆破工程应用许可的范围之内,因此UDEC适合用于数值模拟爆炸荷载下岩体的动态响应。验证了UDEC动力模块在爆炸计算中的有效性。 通过GENERATE命令划分有限差分网格,BOUNDARY xvisc和BOUNDARY yvisc设置边界条件,DAMP命令确定Rayleigh阻尼参数中的最小中心频率和最小临界阻尼比,选用高斯脉冲函数作为动力激励输入爆炸动力荷载,利用fish语言定义煤体爆破损伤本构模型,建立了UDEC煤体深孔预裂控制爆破损伤模型,得出以下结论： 1、数值计算表明煤体中爆炸应力波随径向裂隙的扩展而呈非线性衰减规律,通过曲线回归求得煤体中爆炸应力波符合指数衰减规律P_m=11.25e-r/0.95+90.58e-r/0.1+1.14在距炮孔中心1m范围内衰减速度最快,在距炮孔中心1-4m范围内,衰减速度变慢,在距炮孔中心4m以外衰减速度趋于稳定。 2、煤体损伤破坏在5.11ms时间内完成,在此之后煤体内虽仍有应力产生,但应力不足以导致煤体损伤,主要爆破作用已结束,损伤区最大半径为3m。 3、通过计算最优炮孔间距为6m,当炮孔间距为6m时,预裂爆破增加煤层中裂隙密度,炮孔之间裂隙贯通,增加瓦斯抽采通道,增大煤层透气性,进而提高煤层瓦斯抽采率。
【关键词】：数值模拟 离散元 UDDEC 深孔预裂控制爆破 爆炸应力波
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD712.6;TD235
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 引言11-15
• 1.1 研究背景及研究意义11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 国内外有关煤体深孔预裂控制爆破的研究现状11-13
• 1.2.2 离散单元法研究现状13-14
• 1.3 本文主要研究内容14-15
• 2 煤体的性质15-23
• 2.1 煤体的结构特性15-16
• 2.1.1 煤体的宏观结构和构造15
• 2.1.2 煤体的显微结构和构造15-16
• 2.2 煤体的物理性质16-17
• 2.3 煤体的力学性质17-21
• 2.3.1 煤体单轴压缩和拉伸条件下的力学性质18-20
• 2.3.2 煤体三轴压缩条件下的力学性质20-21
• 2.3.3 煤体的波速21
• 2.4 本章小结21-23
• 3 煤体中爆炸应力波传播规律研究23-33
• 3.1 炸药的爆轰23-24
• 3.2 煤体中的爆炸作用探析24-25
• 3.3 煤体中的爆炸应力波25-31
• 3.3.1 爆炸应力波概念和分类25-27
• 3.3.2 爆炸应力波传播的基本方程27-28
• 3.3.3 爆炸应力波在半无限煤体介质中的传播规律28-29
• 3.3.4 爆炸应力波在结构面处的传播特点29-30
• 3.3.5 爆炸应力波在自由面处的传播特点30-31
• 3.4 本章小结31-33
• 4 离散单元法基本原理33-41
• 4.1 运动方程33-36
• 4.2 动量和能量守恒36
• 4.3 力与位移的关系36-38
• 4.4 机械阻尼38
• 4.5 本章小结38-41
• 5 煤体深孔预裂控制爆破数值模拟研究41-61
• 5.1 离散单元法UDEC动力模块有效性验证41-50
• 5.1.1 岩体中爆炸应力波衰减规律的理论分析41-43
• 5.1.2 数值模拟43-48
• 5.1.3 结果对比分析48-50
• 5.2 煤体深孔预裂控制爆破数值模拟50-53
• 5.2.1 数值模型的建立52-53
• 5.3 计算结果与分析53-59
• 5.3.1 爆炸应力波在煤体中衰减规律53-56
• 5.3.2 煤体深孔预裂控制爆破损伤区扩展过程56-59
• 5.4 本章小结59-61
• 6 结论与展望61-63
• 6.1 结论61
• 6.2 本文的创新之处61
• 6.3 展望61-63
• 参考文献63-67
• 致谢67-69
• 作者简介及读研期间主要科研成果69

【参考文献】

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本文编号：343960