CN118190668A - 岩体爆破卸压降能试验与评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于煤矿动力灾害防控领域，提供了一种岩体爆破卸压降能试验与评价方法，开展岩体爆破卸压模拟试验，分析不同条件下岩体裂纹的扩展规律；在离爆破中心不同距离进行岩体取芯，并制成岩体不同位置的标准岩体试样；对不同位置的标准岩体试样中的部分岩芯进行岩体力学性质测试，明确岩体损伤程度，得到岩体损伤分布情况；对不同位置的标准岩体试样中的剩余岩芯开展岩体动力试验，得到岩体的动力破坏特征、能量释放规律以及碎屑分布情况；基于岩体损伤分布情况、动力破坏特征、能量释放规律以及碎屑分布情况对现场岩体爆破卸压参数设计进行指导。本发明能够为现场岩体爆破卸压参数设计及优化提供依据。
Description
技术领域
本发明属于煤矿动力灾害防控技术领域，具体涉及一种岩体爆破卸压降能试验与评价方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
随着经济的高速发展，矿山巷道、隧道、引水隧洞等深部地下工程正以前所未有的速度向深部发展。随着地下工程埋深不断增加，以冲击地压、矿震等为代表的围岩动力灾害问题呈上升趋势。煤矿围岩动力灾害是一种破坏性巨大的工程问题，具有突发性、剧烈性、随机性，给作业人员的人身安全带来较大的威胁。控制煤矿深部开采围岩动力灾害的发生，已经成为目前亟待解决的问题。围岩动力灾害发生的本质在于围岩积聚能量的突然释放，当岩体中聚积的弹性应变能大于岩石耗散的能量时，多余的能量以动能等形式表现出来。
爆破卸压是围岩动力灾害防控的常用手段，但是爆破卸压后岩体弱化效果及范围、卸压释能规律尚不明确，从而无法降低煤矿动力灾害发生的风险，因此，对于爆破卸压后的效果进行预评价是必不可少的。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种岩体爆破卸压降能试验与评价方法，本发明对岩体开展爆破卸压试验并取芯，进行岩体力学性质测试和岩体动力试验，揭示岩体损伤分布、动力破坏特征和能量释放规律。
根据一些实施例，本发明提供了岩体爆破卸压降能试验与评价方法，采用如下技术方案：
岩体爆破卸压降能试验与评价方法，包括：
开展岩体爆破卸压模拟试验，分析不同条件下岩体裂纹的扩展规律；
在离爆破中心不同距离进行岩体取芯，并制成岩体不同位置的标准岩体试样；
对不同位置的标准岩体试样中的部分岩芯进行岩体力学性质测试，明确岩体损伤程度，得到岩体损伤分布情况；
对不同位置的标准岩体试样中的剩余岩芯开展岩体动力试验，得到岩体的动力破坏特征、能量释放规律以及碎屑分布情况；
基于岩体损伤分布情况、动力破坏特征、能量释放规律以及碎屑分布情况对现场岩体爆破卸压参数设计进行指导。
进一步地，所述岩体爆破卸压模拟试验的不同条件为不同炸药量、不同爆破深度以及不同岩石岩性。
进一步地，所述在离爆破中心不同距离进行岩体取芯，具体为：
取芯位置距离爆破源中心距离为l，取芯位置距水平方向角度为，沿径向和环向对岩体不同位置进行取样。
进一步地，所述明确岩体损伤程度，具体为：
通过岩体力学性质测试，获取爆破卸压后不同位置岩体的单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量以及泊松比的指标，与未爆破岩体进行对比；
建立单轴抗压强度降低率、抗拉强度降低率/>、弹性模量降低率/>和泊松比降低率/>的评价指标，以此评价各区域岩体的损伤程度。
进一步地，所述岩体的损伤程度是不同损伤区域岩体动力破坏后各数值和外侧未损伤岩体动力破坏后各数值的差值与外侧未损伤岩体动力破坏后各数值的比值的百分数。
进一步地，所述岩体动力试验为利用微震监测系统对现场进行监测，统计分析波形的形状、频率以及幅值；
其中，将现场扰动波波形设置为岩体动力试验的扰动波，将现场扰动波频率与幅值的平均值设置为岩体动力试验的频率以及幅值。
进一步地，所述能量释放规律的确定是建立能量评价指标，评价爆破卸压的效果；
其中，所述能量评价指标是能量降低率，所述能量降低率越大，表明爆破卸压效果越好；反之，爆破卸压效果越差。
进一步地，所述能量降低率是最外侧未损伤岩体动力破坏时的释放能量和不同损伤区域岩体动力破坏时的释放能量的差值与最外侧未损伤岩体动力破坏时的释放能量的比值的百分数。
进一步地，所述碎屑分布情况的确定是建立体积损伤变化率的评价指标，评价爆破卸压的效果；
所述体积损伤变化率越大，表明爆破卸压效果越好；反之，爆破卸压效果越差。
进一步地，所述体积损伤变化率是不同损伤区域岩体动力破坏后各碎屑体积和外侧未损伤岩体动力破坏后各碎屑体积的差值与外侧未损伤岩体动力破坏后各碎屑体积的比值的百分数。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明对岩体开展爆破卸压试验并取芯，进行岩体力学性质测试和岩体动力试验，揭示岩体损伤分布、动力破坏特征和能量释放规律，对爆破卸压后的效果进行预评价，从而对现场岩体爆破卸压参数设计进行指导，能够降低煤矿动力灾害发生风险，保证施工安全。
爆破卸压试验的变量为岩石岩性、炸药量以及爆破深度，本发明通过考虑岩样的尺寸因素，进而对炸药量以及爆破深度进行合理选择，以达到真实模拟岩体爆破效果。此外，岩爆过程中伴随着剧烈的能量释放以及碎屑的弹射，这是评判岩爆剧烈与否的重要依据。于是建立能量降低率与体积损伤率，来对岩爆试验的卸能效果进行评价。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明实施例中岩体爆破卸压降能试验与评价方法流程图；
图2是本发明实施例中爆破卸压岩体取芯示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
如图1所示，本实施例提供了一种岩体爆破卸压降能试验与评价方法。本实施例对岩体开展爆破卸压试验并取芯，进行岩体力学性质测试和动力试验，揭示岩体损伤分布、动力破坏特征和能量释放规律，该方法包括以下步骤：
步骤1：开展岩体爆破卸压模拟试验，分析不同条件下岩体裂纹的扩展规律；
步骤2：在离爆破中心不同距离进行岩体取芯，并制成岩体不同位置的标准岩体试样；
步骤3：对不同位置的标准岩体试样中的部分岩芯进行岩体力学性质测试，明确岩体损伤程度，得到岩体损伤分布情况；
步骤4：对不同位置的标准岩体试样中的剩余岩芯开展岩体动力试验，得到岩体的动力破坏特征、能量释放规律以及碎屑分布情况；
步骤5：基于岩体损伤分布情况、动力破坏特征、能量释放规律以及碎屑分布情况对现场岩体爆破卸压参数设计进行指导。
所述岩体爆破卸压模拟试验的不同条件为不同炸药量、不同爆破深度以及不同岩石岩性。
如图2所示，所述在离爆破中心不同距离进行岩体取芯，具体为：
取芯位置距离爆破源中心距离为l，取芯位置距水平方向角度为，沿径向和环向对岩体不同位置进行取样，如图2所示，中心距离l对应不同位置为l 1，l 2，l 3，……，l n，n为分段数量。
所述明确岩体损伤程度，具体为：
通过岩体力学性质测试，获取爆破卸压后不同位置岩体的单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量以及泊松比的指标，与未爆破岩体进行对比；
建立单轴抗压强度降低率、抗拉强度降低率/>、弹性模量降低率/>和泊松比降低率/>的评价指标，以此评价各区域岩体的损伤程度。
所述岩体的损伤程度是不同损伤区域岩体动力破坏后各数值和外侧未损伤岩体动力破坏后各数值的差值与外侧未损伤岩体动力破坏后各数值的比值的百分数，其计算公式如下：
（1）；
式中，为岩体损伤程度指标（j=1~4，1代表单轴抗压强度、2代表抗拉强度、3代表弹性模量、4代表泊松比），/>为不同损伤区域岩体动力破坏后各数值，/>为外侧未损伤岩体动力破坏后各数值。
所述岩体动力试验为利用微震监测系统对现场进行监测，统计分析波形的形状、频率以及幅值；
其中，得到现场的扰动波波形为正弦，并将正弦波设置为岩体动力试验的扰动波，将现场扰动波频率与幅值的平均值设置为岩体动力试验的频率以及幅值。
所述能量释放规律的确定是建立能量评价指标，评价爆破卸压的效果；
其中，所述能量评价指标是能量降低率，所述能量降低率越大，表明爆破卸压效果越好；反之，爆破卸压效果越差。能量降低率划分为<25%、25%-50% 、50%-75% 以及>75% ，分别表示卸压效果较差、卸压效果中等、卸压效果较好以及卸压效果好。
所述能量降低率是最外侧未损伤岩体动力破坏时的释放能量和不同损伤区域岩体动力破坏时的释放能量的差值与最外侧未损伤岩体动力破坏时的释放能量的比值的百分数，其计算公式如下：
（2）；
式中，为能量降低率，E i为不同损伤区域岩体动力破坏时的释放能量，E 0为最外侧未损伤岩体动力破坏时的释放能量。
所述碎屑分布情况的确定是建立体积损伤变化率的评价指标，评价爆破卸压的效果；
所述体积损伤变化率越大，表明爆破卸压效果越好；反之，爆破卸压效果越差。体积损伤变化率划分为<25%、25%-50% 、50%-75% 以及>75%，分别表示卸压效果较差、卸压效果中等、卸压效果好以及破坏岩石完整性。其中，岩体碎屑分为粗粒、中粒、细粒和微粒。
所述体积损伤变化率是不同损伤区域岩体动力破坏后各碎屑体积和外侧未损伤岩体动力破坏后各碎屑体积的差值与外侧未损伤岩体动力破坏后各碎屑体积的比值的百分数，其计算公式如下：
（3）；
式中，为岩体体积损伤变化率（k=1~4，1代表粗粒、2代表中粒、3代表细粒、4代表微粒），/>为不同损伤区域岩体动力破坏后各碎屑体积，/>为外侧未损伤岩体动力破坏后各碎屑体积。
上述试验步骤完成后，形成岩体爆破卸压降能试验与评价方法，基于上述的岩体损伤分布、动力破坏特征、能量释放规律以及碎屑分布情况对现场岩体爆破卸压设计进行指导。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.岩体爆破卸压降能试验与评价方法，其特征在于，包括：
开展岩体爆破卸压模拟试验，分析不同条件下岩体裂纹的扩展规律；
在离爆破中心不同距离进行岩体取芯，并制成岩体不同位置的标准岩体试样；
对不同位置的标准岩体试样中的部分岩芯进行岩体力学性质测试，明确岩体损伤程度，得到岩体损伤分布情况；
对不同位置的标准岩体试样中的剩余岩芯开展岩体动力试验，得到岩体的动力破坏特征、能量释放规律以及碎屑分布情况；
基于岩体损伤分布情况、动力破坏特征、能量释放规律以及碎屑分布情况对现场岩体爆破卸压参数设计进行指导。
2.如权利要求1所述的岩体爆破卸压降能试验与评价方法，其特征在于，所述岩体爆破卸压模拟试验的不同条件为不同炸药量、不同爆破深度以及不同岩石岩性。
3.如权利要求1所述的岩体爆破卸压降能试验与评价方法，其特征在于，所述在离爆破中心不同距离进行岩体取芯，具体为：
取芯位置距离爆破源中心距离为l，取芯位置距水平方向角度为，沿径向和环向对岩体不同位置进行取样。
4.如权利要求1所述的岩体爆破卸压降能试验与评价方法，其特征在于，所述明确岩体损伤程度，具体为：
通过岩体力学性质测试，获取爆破卸压后不同位置岩体的单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量以及泊松比的指标，与未爆破岩体进行对比；
建立单轴抗压强度降低率、抗拉强度降低率/>、弹性模量降低率/>和泊松比降低率/>的评价指标，以此评价各区域岩体的损伤程度。
5.如权利要求4所述的岩体爆破卸压降能试验与评价方法，其特征在于，所述岩体的损伤程度是不同损伤区域岩体动力破坏后各数值和外侧未损伤岩体动力破坏后各数值的差值与外侧未损伤岩体动力破坏后各数值的比值的百分数。
6.如权利要求1所述的岩体爆破卸压降能试验与评价方法，其特征在于，所述岩体动力试验为利用微震监测系统对现场进行监测，统计分析波形的形状、频率以及幅值；
其中，将现场扰动波波形设置为岩体动力试验的扰动波，将现场扰动波频率与幅值的平均值设置为岩体动力试验的频率以及幅值。
7.如权利要求1所述的岩体爆破卸压降能试验与评价方法，其特征在于，所述能量释放规律的确定是建立能量评价指标，评价爆破卸压的效果；
其中，所述能量评价指标是能量降低率，所述能量降低率越大，表明爆破卸压效果越好；反之，爆破卸压效果越差。
8.如权利要求7所述的岩体爆破卸压降能试验与评价方法，其特征在于，所述能量降低率是最外侧未损伤岩体动力破坏时的释放能量和不同损伤区域岩体动力破坏时的释放能量的差值与最外侧未损伤岩体动力破坏时的释放能量的比值的百分数。
9.如权利要求1所述的岩体爆破卸压降能试验与评价方法，其特征在于，所述碎屑分布情况的确定是建立体积损伤变化率的评价指标，评价爆破卸压的效果；
所述体积损伤变化率越大，表明爆破卸压效果越好；反之，爆破卸压效果越差。
10.如权利要求9所述的岩体爆破卸压降能试验与评价方法，其特征在于，所述体积损伤变化率是不同损伤区域岩体动力破坏后各碎屑体积和外侧未损伤岩体动力破坏后各碎屑体积的差值与外侧未损伤岩体动力破坏后各碎屑体积的比值的百分数。
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