液态二氧化碳爆破作用下煤岩体破坏机理研究

发布时间：2023-03-16 18:30

　　CO₂预裂爆破作为煤矿瓦斯高效增透的关键技术是《煤炭科技“十二五”规划》重点研究方向之一。为了探寻煤岩体合理的力学模型及其参数,确定液态CO₂爆破的实际效果和致裂范围,本文以陕北神木某矿CO₂爆破开采为依托,以该矿煤岩为研究对象,进行了静力学特性试验和分离式霍普金森压杆(SHPB)动力学特性试验,基于LS-DYNA^3D数值模拟试验平台,采用正交实验法确定了HJC模型主要参数,通过数值模拟分析了液态CO₂爆破特性,给出了压碎区和裂隙区的范围,确定了38型液态CO₂爆破的合理间距,并应用于矿区工业性试验中,取得了良好的效果。主要研究内容如下:(1)采用应力加载系统和分离式霍普金斯压杆装置分别对煤岩进行单轴压缩试验、巴西圆盘劈裂试验和SHPB冲击压缩试验,确定煤岩基本力学参数,研究煤岩在静载和动载作用下的变形破坏特征,分析煤岩静力学及动力学特性。(2)根据试验数据,在经验范围取值的基础上,基于LS-DYNA^3D数值模拟试验平台,再现SHPB...

【文章页数】：58 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 选题背景及研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 岩石动力学特性研究现状
        1.2.2 二氧化碳致裂技术研究现状
        1.2.3 爆破数值模拟研究现状
    1.3 研究内容与技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 技术路线图
2 煤岩力学特性试验
    2.1 煤岩试件制备
        2.1.1 取样
        2.1.2 试件制备
    2.2 静力学特性试验
        2.2.1 单轴压缩试验
        2.2.2 巴西圆盘劈裂试验
    2.3 动力学特性试验
        2.3.1 SHPB冲击压缩试验
        2.3.2 试验设备及方案
    2.4 试验结果分析
        2.4.1 煤岩破坏形态分析
        2.4.2 应力-应变曲线特性分析
        2.4.3 应变率效应分析
    2.5 小结
3 SHPB试验数值方法实现
    3.1 冲击问题的有限元法
        3.1.1 控制方程
        3.1.2 冲击动力学数值计算法
    3.2 ANSYS/LS-DYNA简介
        3.2.1 沙漏控制
        3.2.2 接触控制
        3.2.3 单元类型
        3.2.4 分析流程
    3.3 数值模拟可靠性分析
        3.3.1 模型的建立
        3.3.2 应力波传播分析
        3.3.3 波形图分析
    3.4 小结
4 煤岩HJC模型参数确定
    4.1 HJC模型介绍
    4.2 HJC模型参数确定
        4.2.1 基本力学参数确定
        4.2.2 应变率效应参数的确定
        4.2.3 极限面参数的确定
        4.2.4 压力参数的确定
        4.2.5 损伤参数的确定
    4.3 煤岩动态破碎特性模拟
        4.3.1 煤岩破碎状态的模拟
        4.3.2 煤岩损伤演化的模拟
    4.4 小结
5 液态CO₂致裂范围研究
    5.1 液态CO₂爆破的炸药当量计算
    5.2 几何模型的建立
        5.2.1 计算模型
        5.2.2 材料参数
    5.3 液态CO₂爆破特性分析
        5.3.1 裂纹扩展分析
        5.3.2 应力波衰减分析
    5.4 工业试验及模型的验证
    5.5 小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录



本文编号：3763091