高地力环境下聚能爆破动、静作用对岩石内裂纹起裂与扩展机理研究

作者：王凯飞; 张昌锁^*; 郝兵元; 张胜利

来源：煤炭科学技术, 2023, 51(S1): 50-64.

DOI：10.13199/j.cnki.cst.2022-1042

• 地应力
• 聚能爆破
• 爆炸动静作用理论
• 裂纹扩展

深部硬岩深孔爆破弱化是一个爆炸动静荷载与地应力耦合作用下的无自由面爆破过程，地应力对爆破裂纹扩展具有很强的抑制作用，这极大地限制了深孔爆破在工作面硬岩的预弱化及切顶卸压等工程中的应用。为了探索地应力影响下的无限岩石爆破中应力波与爆生气体二者对裂纹起裂与扩展的作用机理，采用爆炸力学与断裂力学理论推导了聚能爆破动作用阶段的裂纹长度，利用LSDYNA软件研究了地应力作用下聚能爆破动、静作用下的岩石内裂纹起裂与扩展过程。结果表明：(1)数值模拟结果指向动、静作用的时间分界点为32μs，聚能爆破动作用阶段对裂纹的起裂及初始扩展占主导地位，爆生气体静作用对裂纹的后期扩展占主导。(2)无地应力作用时，静作用阶段裂纹扩展长度是应力波动作用阶段的11倍。地应力为20 MPa时，聚能爆破中动作用阶段裂纹长度被抑制了12.4%，静作用阶段裂纹长度被抑制了86.3%，地应力主要对后期爆生气体静作用阶段的裂纹扩展起抑制作用；侧向地应力垂直于裂纹扩展方向时，其抑制作用随侧向地应力增大而减弱；(3)依托古城矿N1302工作面切顶卸压工程背景，在考虑现场地应力及施工条件下，通过数值模拟最终确定最佳不耦合系数为1.3，孔间距为1 000 mm。爆后工程检验效果良好，孔内形成定向预裂缝。

• 单位
  太原理工大学