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低透气性煤样爆破致裂的裂纹扩展规律研究

目录

内容综述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2

1.1研究背景与意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4

1.2国内外研究现状．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5

1.3研究内容与方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6

实验材料与方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8

2.1实验材料．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9

2.2实验设备与工具．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10

2.3实验方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14

2.4数据处理与分析方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15

低透气性煤样的制备．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16

3.1煤样的采集与保存．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17

3.2煤样的预处理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18

3.3煤样的标定与分类．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19

爆破试验设计与实施．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22

4.1爆破参数确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22

4.2爆破过程监控．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23

4.3爆破效果评估．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25

裂纹扩展规律分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27

5.1裂纹初始形态观察．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28

5.2裂纹扩展速度与方向．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30

5.3裂纹扩展深度与宽度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31

5.4影响因素分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32

结论与展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34

6.1研究结论总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35

6.2研究不足与局限．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．37

6.3未来研究方向建议．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．38

1.内容综述

低透气性煤样在爆破致裂过程中，裂纹的扩展规律是一个涉及多物理场耦合的复杂问题，其研究对于瓦斯抽采、煤与瓦斯突出防治以及煤矿安全生产具有重要意义。近年来，国内外学者针对低透气性煤体在爆破作用下的裂纹萌生、扩展及贯通机制进行了广泛而深入的研究，取得了一系列重要成果。这些研究主要从煤体力学性质、爆破工艺参数、应力波传播特性以及裂隙网络演化等多个角度展开，旨在揭示低透气性煤样在爆破致裂过程中的裂纹扩展规律及其影响因素。

首先煤体的力学性质是影响裂纹扩展的关键因素之一，低透气性煤体通常具有低孔隙度、低渗透率以及复杂的微观结构，这些特性决定了其在爆破作用下的响应行为。研究表明，煤体的强度、韧性和脆性等力学参数对裂纹的萌生和扩展具有重要影响。例如，高强韧性煤体在爆破作用下更容易形成宏观裂纹，而低强韧性煤体则倾向于产生微裂纹和微孔隙。Zhang等人的研究表明，煤体的抗压强度和泊松比与其在爆破作用下的裂纹扩展路径密切相关。

其次爆破工艺参数对裂纹扩展规律具有显著影响，爆破参数包括装药量、爆破间隔、雷管布置方式等，这些参数直接影响爆破能量的分布和应力波的作用效果。研究表明，合理的爆破参数设计可以有效促进裂纹的萌生和扩展，提高煤体的透气性。例如，通过优化装药量和爆破间隔，可以形成连续的裂纹网络，从而显著提高煤体的瓦斯抽采效率。Wang等人通过数值模拟方法，研究了不同装药