·1490· 工程科学学报，第40卷，第12期 时，P随α的增大而减小；在y轴（图1）正方向，P 随着h的增大而减小：在y轴（图1）负方向，P随着 h的增大而增大. 在水平方向，即x轴方向，由于聚能槽的存在， 爆破孔壁所受压力P,的表达式会与非聚能方向上 的表达式不同.聚能射流遇到炮孔壁时产生的压 力20]为： 12 P.=4VP (3) 式中，·为聚能槽密度，若聚能槽密度大于炮孔附近 升 煤岩体密度，则ρ选用煤岩体密度：为聚能射流最 大速度 图3钻孔围岩受力图 Fig.3 Force diagram of borehole surrounding rock 煤岩体中炸药爆炸产生冲击波，爆炸应力波压 力P随距爆源中心距离衰减规律可由下式表示： 根据钻孔几何特性，运用极坐标对如上模型进 行分析，可得距离钻孔中心r处围岩上某一点的受 P=P. (4) 力情况如下： 式中，r为距爆源中心距离；a为压力衰减指数.其 取值由下式确定： =a-0a.(-4号+3g c0s20+ a=2±1-μa (5) (a+1a.-)] 式中，心为煤岩体动态泊松比，爆炸载荷为冲击波时 0m=2[1-A)a:(1+3)es20- 等式右边取正，衰减为应力波时取负 2聚能爆破煤岩体影响区分析 (a+m.+)] 关于爆破影响区域界定，在爆破工程中一般采 m=1-A1+2-3) 用经验公式或相似模型进行计算和分析.由于聚能 (7) 爆破装药结构不同于普通爆破，在水平方向上安装 有聚能槽，因此对爆破影响范围的确定存在水平方 式中，·0、0、T分别为该点处的径向、切向和剪切 向和竖直方向上的差异.为便于分析，在确定水平 应力：0为该点与钻孔中心连线和水平线的夹角.由 方向裂隙范围时，采用爆破相关理论进行计算，同时 上式可以看出，当r=R时，0o、T均为0.说明在围 引入聚能影响系数确定水平方向裂隙范围. 岩初始应力场下，钻孔壁边缘处的围岩只受切向应 2.1钻孔围岩初始应力场分析 力作用.由式(7)可得钻孔周边一点切向应力为： 在进行煤层深孔聚能爆破试验过程中，需要在 0。=0.[(1-入)cos20-(1+A)](8) 巷道中向煤层打顺层钻孔，其中一部分钻孔为瓦斯 当爆破孔壁周边切向应力σ。不小于煤岩体抗 抽采孔，另一部分钻孔为爆破孔.在钻孔成型后，钻 压强度时，即认为围岩进入塑性状态.爆破孔壁附 孔壁附近应力状态发生改变.由于试验区无明显地 近塑性区的出现，一方面使应力向围岩深部转移：另 质构造，则视钻孔在垂直方向上受上覆岩层压应力 一方面钻孔壁附近围岩开始卸载直至到残余强度， 作用记为σ：，水平方向受上覆岩层侧向压应力作用 产生裂隙，导致容积增大，围岩向钻孔中心发生位 记为oσ，且存在如下关系： 移.并逐渐解除塑性区的应力状态 (o:=p.gH 2.2聚能爆破粉碎区 (6) 对于不耦合装药结构，在y轴方向上由式(2) (0x=0,=入0： 其中，P,为上覆岩层平均密度；g为重力加速度；H为 可得： 上覆岩层厚度：入为侧向应力系数. 对钻孔围岩初始应力场研究时，以钻孔轴线垂 8(R+ (9) 直的平面为分析对象，如图3所示工程科学学报,第 40 卷,第 12 期 时,Pt随 琢 的增大而减小;在 y 轴(图 1)正方向,Pt 随着 h 的增大而减小;在 y 轴(图 1)负方向,Pt随着 h 的增大而增大. 在水平方向,即 x 轴方向,由于聚能槽的存在, 爆破孔壁所受压力 Pt的表达式会与非聚能方向上 的表达式不同. 聚能射流遇到炮孔壁时产生的压 力[20]为: Pt = 1 4 v 2 籽 (3) 式中,籽 为聚能槽密度,若聚能槽密度大于炮孔附近 煤岩体密度,则 籽 选用煤岩体密度;v 为聚能射流最 大速度. 煤岩体中炸药爆炸产生冲击波,爆炸应力波压 力 P 随距爆源中心距离衰减规律可由下式表示: P = Pt ( R ) r a (4) 式中,r 为距爆源中心距离;a 为压力衰减指数. 其 取值由下式确定: a = 2 依 滋d 1 - 滋d (5) 式中,滋d为煤岩体动态泊松比,爆炸载荷为冲击波时 等式右边取正,衰减为应力波时取负. 2 聚能爆破煤岩体影响区分析 关于爆破影响区域界定,在爆破工程中一般采 用经验公式或相似模型进行计算和分析. 由于聚能 爆破装药结构不同于普通爆破,在水平方向上安装 有聚能槽,因此对爆破影响范围的确定存在水平方 向和竖直方向上的差异. 为便于分析,在确定水平 方向裂隙范围时,采用爆破相关理论进行计算,同时 引入聚能影响系数确定水平方向裂隙范围. 2郾 1 钻孔围岩初始应力场分析 在进行煤层深孔聚能爆破试验过程中,需要在 巷道中向煤层打顺层钻孔,其中一部分钻孔为瓦斯 抽采孔,另一部分钻孔为爆破孔. 在钻孔成型后,钻 孔壁附近应力状态发生改变. 由于试验区无明显地 质构造,则视钻孔在垂直方向上受上覆岩层压应力 作用记为 滓z,水平方向受上覆岩层侧向压应力作用 记为 滓x、滓y,且存在如下关系: 滓z = 籽rgH 滓x = 滓y = 姿滓 { z (6) 其中,籽r为上覆岩层平均密度;g 为重力加速度;H 为 上覆岩层厚度;姿 为侧向应力系数. 对钻孔围岩初始应力场研究时,以钻孔轴线垂 直的平面为分析对象,如图 3 所示. 图 3 钻孔围岩受力图 Fig. 3 Force diagram of borehole surrounding rock 根据钻孔几何特性,运用极坐标对如上模型进 行分析,可得距离钻孔中心 r 处围岩上某一点的受 力情况如下: 滓r0 = [ 1 2 (姿 - 1)滓z (1 - 4 R 2 r 2 + 3 R 4 r 4 )·cos 2兹 + (姿 + 1)滓z (1 - R 2 r 2 ) ] 滓兹0 = [ 1 2 (1 - 姿)滓z (1 + 3 R 4 r 4 ) cos 2兹 - (姿 + 1)滓z (1 + R 2 r 2 ) ] 子r兹0 = 1 2 (1 - 姿)滓z (1 + 2 R 2 r 2 - 3 R 4 r ) ì î í ï ï ï ï ï ïï ï ï ï ï ï ïï 4 (7) 式中,滓r0 、滓兹0 、子r兹0分别为该点处的径向、切向和剪切 应力;兹 为该点与钻孔中心连线和水平线的夹角. 由 上式可以看出,当 r = R 时,滓r0 、子r兹0均为0. 说明在围 岩初始应力场下,钻孔壁边缘处的围岩只受切向应 力作用. 由式(7)可得钻孔周边一点切向应力为: 滓兹 = 滓z[(1 - 姿)cos 2兹 - (1 + 姿)] (8) 当爆破孔壁周边切向应力 滓兹不小于煤岩体抗 压强度时,即认为围岩进入塑性状态. 爆破孔壁附 近塑性区的出现,一方面使应力向围岩深部转移;另 一方面钻孔壁附近围岩开始卸载直至到残余强度, 产生裂隙,导致容积增大,围岩向钻孔中心发生位 移. 并逐渐解除塑性区的应力状态. 2郾 2 聚能爆破粉碎区 对于不耦合装药结构,在 y 轴方向上由式(2) 可得: Pt1 = 籽0D 2 ( 8 r0 R + ) h 6 浊 - 3N Pt2 = 籽0D 2 ( 8 r0 R - ) h 6 浊 - 3 ì î í ï ï ï ï N (9) ·1490·