静态破碎剂开采石材的断裂面导向

本文介绍了用静态破碎剂(以下简称静破剂)开采石材时,在钻孔中放置钢板或开口圆筒等作为导向装置,起到控制断裂面方向、防止岩石内伤和增加孔距的作用。     

新型静态破碎剂的与应用

利用生石灰和水反应产生的膨胀压力在混凝土和岩石中所产生的龟裂来达到破碎的原理研制成一种新型静态破碎剂，本文介绍了该静态破碎剂的主要成份、破碎机理、影响碎的主要因素及应用设计。     

静态破碎中几个问题的探讨

一、问题的提出静态爆破剂亦称静态胀裂剂或破碎剂，是近年来在国内外研制成功的一种新型爆破材料。由于它具有独特的优越性，所以在控制爆破工程中得到了越来越广泛地应用。使用静态爆破剂（以下简称静态剂）的优点是明显的，它无震动、无飞石、无噪音和无毒气污染，破碎膨胀力大，作用效果良好。但是，使用静态剂时的缺陷也是突出的，主要表现在如下两个方面：（1）静态剂的反应速度。现有的静态剂其反应速度很缓慢，一般需要14h以上才能使被破碎体开裂，而且反应速度受环境的气候条件影响，使得反应过程难以控制；（2）被破碎体的裂缝开裂方向     

静态控制破碎技术的研究

通过实验分析了静态破碎剂膨胀压的产生过程及膨胀过随温度变化的规律,把静态破碎剂的应用温度范围分为速效高效阶段,普通高效阶段和“滞死”阶段,为解决“滞死”阶段的药剂失效问题,研制了可回收利用的温控计,在此基础上,进行了控制同步破碎的理论分析及计算方法的研究。     

基于动量平衡密封装置的大孔径静态爆破掏槽试验研究

根据大孔径静态破碎膨胀压力测试结果,分析了大孔径静态破碎剂反应机理。基于动量平衡原理发明了新型大孔径静态破碎密封装置,并成功运用于模拟掏槽实践。结合掏槽实践实测数据,修正了孔间距近似计算公式。该技术对小净距交叉环境下掏槽工程具有一定参考意义。     

单齿冲击作用下破岩机制分析

研究牙齿冲击下破岩机制是提高冲旋破岩效率的理论基础,目前对牙齿低速冲击下的岩石力学研究主要集中在仿真和试验,因此,有必要研究牙齿低速冲击下的破岩机制。首先分析了单齿冲击下岩石破碎坑的形貌,提出了分区建立物理模型和力学模型。考虑到单齿冲击的低速条件和岩石围压效应,得到修正的球形空腔膨胀理论,推导了岩石破碎坑的密实区、开裂区、弹性区3个区域的应力与位移解析解。利用Matlab对各区域解析解进行数值求解,得到了围压、质点运动速度以及岩石物理性质参数等对破碎坑各区域无量纲应力和位移变化的影响,采用仿真试验验证结果的正确性。该模型不仅解释了岩石破碎坑的形成,而且也提供了一种分析牙齿冲击破岩力学模型。     

新型大孔径静态破碎技术的试验研究

在传统静态爆破的基础上,提出了一种新型大孔径静态爆破技术,使用新型扩孔钻头结合机械堵孔器解决了大孔径静态爆破的冲孔问题。由于孔径的增大,使得破碎剂膨胀压力增大,膨胀剂反应速度加快,加大了堵孔难度。设计的新型扩孔钻头和新型堵孔器进行了孤岩块的大孔径静态爆破试验,试验结果证实了该新型大孔径静态爆破技术的可行性,达到了提高爆破能力和缩短破坏时间的预期目的。为今后的敏感地区岩石爆破工程开挖提供了新途径。     

钢筋混凝土试块静态破裂试验研究

正1.引言随着经济社会的快速发展,建筑工程设施的更新越来越快,然而在城市人口密集区,建筑的拆除由于受到地理位置等因素的影响,不宜采用传统的爆破方式,静态破碎技术的应用可以很好地解决这类问题。岳中文等在圆柱体混凝土试样中加入静态破碎剂,并对其破坏形式和数据进行分析和整理,得到静态破碎剂在混凝土中应用后的破坏数     

气温变化对静爆剂的影响

近两年来，我队曾先后在大理石开采、厂房钢筋水泥墩拆除以及地基水泥桩破碎等方面都使用了静爆剂，并取得了良好的效果，如保证了大理石开采切割的规格质量；安全地爆破了水泥墩等。破碎时无噪音、无粉尘等公害的影响，操作简单。现仅就我们在施工中，使用静爆剂的体会简介如下：     

地质钻探新型多功能复合剂研究与应用

采用丙烯酸（AC）和丙烯酰胺（AM）为原料,通过水溶液聚合法制得了降失水剂。用制备得到的降失水剂和其他处理剂作为有机改性剂,采用混炼挤压法制备得到多功能复合剂。用多功能复合剂配制钻井液,研究了其粘度、降失水等性能。结果表明,采用多功能复合剂配制的钻井液,在粘度、滤失量和页岩膨胀降低率方面都有明显改善。多功能复合剂顺利地完成了多个地区野外现场试验,证明其具有较强的抑制性能,较好的悬浮性,适用于水敏性和破碎地层。介绍了该多功能复合剂的性能及试验效果。     

以高PH值的单宁酸钠处理济宁地区盐类泥浆效果良好

我队官桥工区在去年采用了泥浆的新处理剂——以工厂出品的单宁酸粉制成的单宁酸钠。在使用过程中,它有用量少、效果好、作用大的优点。比应用煤碱剂、棓碱剂、橡碱剂、青岗剂等优越得多。其主要特点是能迅速的降低泥浆粘度、失水量、静切力、含     

岩体强度对牙轮单齿作用下破碎坑的体积及形态影响研究

借助连续-非连续单元法(CDEM),对牙轮钻单齿压入破岩的机制进行了探讨,研究了加载过程中破碎体积及破碎坑的演化规律,分析了岩体凝聚力和内摩擦角对单齿破岩体积及破碎坑形态的影响。数值计算结果表明,破碎坑基本上呈半椭球体,其宽深比仅受内摩擦角控制,随着内摩擦角的增加,破碎坑的宽深比减小。破碎坑的宽度、深度及单齿破岩体积可用齿压F、钻齿半径r、凝聚力c及内摩擦角? 表征,基于数值计算结果给出了破碎坑的宽度、深度及单齿破岩体积定量表述的公式;基于相关理论公式,考虑各个同时与岩石接触的几个齿轮对岩石的损伤是相互影响的,引入单齿破岩体积的修正系数,建立了牙轮钻的工作参数（轴压、转速、进尺速度等）与岩体凝聚力及内摩擦角的函数关系。在鞍千矿南采区进行了牙轮钻随钻测试的现场试验,获得了不同岩性下的单齿破岩体积,并就近取样测试了岩体的凝聚力及内摩擦角。当修正系数取0.363时,现场测试结果与基于数值计算得到的单齿破岩体积基本一致,从而证明了数值计算及相关理论推导的正确性。研究成果可以为岩体强度的动态测试提供依据。     

基于岩石损伤本构的破碎比功评价模型研究与应用

由于钻头上的牙齿在油气井中是连续破碎岩石的,而传统破碎比功仅能评价牙齿单次加载的破岩效率,不能评价和预测牙齿二次加载及连续加载的破岩效果。基于ANSYS自定义损伤本构的二次开发,建立了试验和仿真的二次破碎比功和总破碎比功模型。选用单齿单次压入破岩工况,结合试验和理论计算验证了损伤本构模型和数值仿真方法的正确性,最后利用二次开发的损伤本构模型对单齿一次、二次和连续总的破碎比功进行了分析。结果表明,基于损伤本构的破碎比功评价模型能够准确地预测二次破碎及连续破碎的效果,且随着载荷增加破碎比功缓慢下降,与单齿一次破碎比相比,在同一处的二次破碎及连续两次破碎的破碎比功将分别减小约80%和60%。     

高压电脉冲破岩试验装置的研制

高压电脉冲破岩钻进在国际上被认为是一种在深部钻探中具有广阔发展前景的破岩方法,但在国内研究还很少。本文设计制造了一套高压电脉冲破岩试验装置,包含伺服电动缸、控制柜、岩石容器等部件,试验装置配套了?60 mm和?100 mm的电脉冲钻头,可选择手动或自动加压放电破碎岩石。在放电电压为120 kV、放电频率为1 Hz的条件下进行了红砂岩等岩石的钻进试验,实现了60 mm口径的钻进碎岩。试验结果表明,该装置能满足电脉冲破岩试验的基本要求,可用于电脉冲碎岩室内研究。     

硬岩隧道高压气体膨胀破岩开挖试验

为了解决传统钻爆法在隧道工程中振动大的问题,引入一种新型破岩技术--高压气体膨胀破岩技术。通过在某隧道掌子面采用该技术进行现场试验,获得该技术试验时的振动速度值和试验后的破岩效果,将获得的结果与传统钻爆法得到的相应结果进行对比分析,结果表明,高压气体膨胀破岩技术在施工时产生的振动比钻爆法小,证明了将该技术应用在隧道工程中是可行的,解决了该隧道采用钻爆法施工振动风险大的问题,为类似工程破岩提供了一种新途径。     

基于MatDEM的TBM滚刀破岩机理研究

全断面隧道掘进机(TBM)以其高效、安全、环保等诸多优势被广泛地应用于隧道工程建设中,其中滚刀破岩机理是TBM设计阶段和施工阶段的核心问题。由于岩石与滚刀相互作用时会发生断裂破碎,离散元法(DEM)成为研究滚刀破岩机理的有效手段,但采用一般离散元软件构建的模型尺寸相对较小,且多简化为二维侵入问题,尺寸效应明显。采用基于离散元法的MatDEM软件构建滚刀破岩大尺寸三维模型,模拟真实滚刀破岩过程。采用团簇单元模拟刚性滚刀,实现双滚刀在不同条件下的破岩动态过程。监测破岩过程中滚刀的受力特征,计算分析不同刀间距/贯入度比(S/P)下的滚刀受力模型和比能变化。模拟结果表明,滚刀破岩时的滚刀力是一种复杂无规律的冲击荷载,其值与滚刀切割参数、岩石性质等因素有关;贯入度和刀间距的增加导致滚刀需要更大的力来破碎岩石;对于一种岩石材料,存在最优刀间距/贯入度比值,使得破岩比能最小;MatDEM软件能较好模拟滚刀的破岩过程,与室内线性切割试验相结合,有利于深入、全面地探索滚刀破岩机理。     

考虑围岩软化特性和应力释放的圆形隧道黏弹塑性解

将围岩的塑性应变软化特性引入到考虑应力释放的圆形隧道黏弹塑性解中,并且在围岩的软化和残余强度阶段考虑围岩的塑性体积膨胀特性,提出了考虑塑性软化以及塑性体积膨胀和围岩应力释放的圆形隧道弹塑性解。当软化系数k = ∞、膨胀系数h = s时,该解转化为黏弹-脆塑性解;当k = 0、h = s时,则转化为黏弹-理想塑性解,进一步令h = s = 1,则转化为不考虑塑性体积膨胀的黏弹-理想塑性解。通过具体实例计算,分析了掌子面与研究断面间距x、围岩的软化系数k、膨胀系数h和s、支护结构等对围岩塑性区、破碎区半径和变形的影响。当开挖面与研究断面间距x在(0~4)D（D为隧道直径）范围内,随着时间增加塑性圈和破碎区迅速增大;超过4D,塑性区和破碎区半径增量逐渐变小,趋于稳定值;围岩中包含塑性区和破碎区时,二者半径的比值只取决于围岩的性质,与支护结构无关,但支护结构可以限制塑性区及破碎区的范围;考虑应变软化和塑性体积膨胀时,围岩径向位移和塑性区及破碎区半径均大于不考虑应变软化和塑性体积膨胀时的结果;软化系数k增大,围岩位移、塑性区和破碎区半径增加、塑性区半径和破碎区半径之间的比值变小。得到的结果对于隧道工程设计和施工具有一定的指导性和参考价值。     

不同双向侧压作用下TBM滚刀侵入破岩特征及效率研究

为研究不同双向围压条件下TBM滚刀破岩特征及效率,基于真三轴试验平台进行了滚刀顺次侵入试验,并利用形貌扫描仪对滚刀侵入后形成的破碎坑形态及体积进行了分析。结合裂纹发育及滚刀破岩效率分析,结果表明:当较小围压(Sig_1)一定时,随着围压差的增大,虽然TBM滚刀侵入过程中的侵入能量逐渐增大,但其形成的破碎坑体积也随之增大,进而导致其破岩效率的增大。当较大围压(Sig_2)一定时,随着较小围压的增大,其侵入能量也随之增大,但其破碎坑体积随之减小,进而导致其破岩效率降低。     

煤层气井清洁压裂液破胶剂的筛选

为解决清洁压裂液在煤层气井中的破胶问题,通过考察破胶剂的种类、温度、用量及pH值对破胶时间的影响,筛选了4种适合于不同压裂深度的煤层气井的新型温敏化学破胶剂——PJJ-25、PJJ-30、PJJ-35和PJJ-40。结果表明:这4种破胶剂用量为0.02%~0.03%;破胶时间在0.5~5 h之间可控制;破胶后体系粘度小于3 mPa.s;表面张力低于30 mN/m;残渣低于0.1%。实践证明,这4种破胶剂均有良好的破胶效果,破胶液与地层的配伍性良好,且对煤层伤害较轻。      

动静组合作用下刀具破岩机制数值分析

基于细观损伤有限元方法,模拟分析了刀具在单一动载、动静联合荷载、静态围压条件下动静联合荷载3种情况下岩体破碎的全过程。模型采用黏弹性人工边界剔除了边界应力波反射对模拟结果准确性的影响。数值模拟结果表明：在弹性情况下,静压的存在对岩体内部最小主应力值影响不大,却显著提高了材料内部最大主应力水平,增大了剪应力的大小,导致剪切破坏可能性增加;当有围压存在时,岩体内部受拉区域减少,岩体强度有所提高。单一动载和动静联合荷载破岩时,岩体内部除刀头附近呈现少量压破坏外,破坏均以拉破坏为主;而围压条件下,岩体破碎面积相对减小,裂纹在围压的作用下向两侧自由面延伸,岩体内部破坏形式则趋于多样化,压破坏比重明显增大,整体表现为拉压复合作用。模拟结果还表明,刀头侵入量主要受动载力大小影响,在相同幅值增量下,动载力增加导致的刀头侵入量远大于静压增加所导致的侵入量。相对单一动载和静压作用下的岩石破碎机制来说,动静组合加载破岩的研究还需更为深入的探讨。研究结果可望对岩体破坏机制以及地下工程作业等实际应用提供一定的参考。