静态爆破剂水化速率对矿体力学及损伤作用机制研究

摘要

为了研究静态爆破剂水化速率对矿体力学及损伤作用机制，利用应力-损伤耦合模型进行了不同水化速率下矿体力学损伤数值模拟，分析了水化速率对矿体应力场及损伤区演化规律影响，揭示了钻孔布置模型对水化速率作用的机制。研究结果表明：静态爆破损伤区发育可以分为压实阶段、微损伤形成阶段、损伤区发育阶段、损伤区贯通阶段等4个阶段，其中损伤区发育、贯通阶段应力作用最为显著；矿体应力场及损伤区随着水化速率的增大而增加，并且在快速释能初期水化速率对应力场及损伤区影响差异性较小，快速释能后期水化速率对应力场及损伤区影响差异性显著；钻孔布置模型影响水化速率作用机制，其中单孔力学模型下水化速率促进膨胀压差异性，双孔力学模型下水化速率促进应力叠加，导向孔布置模型最为显著，初期水化速率加快应力运移，后期水化速率促进应力叠加，在时间维度和应力维度的共同作用下造成损伤区扩展、贯通；本次数值模拟和现场测试方案中，静态爆破剂水化速率1.8 MPa/min,钻孔直径113 mm,钻孔间距1000 mm,合理的孔间距与钻孔直径比η=9,导向孔布置模型可有效地致裂矿体、产生大量损伤区。该研究为提高静态爆破技术的致裂效果及施工布置提供了参考依据。

关键词

静态爆破技术 / 水化速率 / 力学模型 / 应力场 / 损伤区

基金资助

国家重点研发计划(2022YFC2904002)