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立井井筒掘进爆破超动态应变测试试验

分类:应力应变测试    关键词:应变测试

为研究矿山立井井筒掘进过程中爆炸应力波对周围岩体的作用机理,针对立井直眼掏槽爆破的掏槽眼和崩落眼,设计了二圈和三圈炮眼爆破模型。这次试验采用电测法,就是将非电量(如:应力、应变等)的变化通过转换元件即传感器转换为电量(如电阻、电压等)的变化。仪器采用JHDY-C超动态应变测量分析系统,最高采样率200KHZ,具有较高的精度和极强的抗干扰能力,能够满足测试要求。

模型尺寸确定

以混凝土为模型介质设计了多圈炮眼爆破模型。立井井筒多圈炮眼爆破模型试验以相似理论为依据,并以岩石性质、炸药用量及不同爆破方案为初始条件,研究不同条件下爆炸应力波对炮眼周围岩石介质的作用,从而优化爆破参数。

在进行爆破相似模型试验时,模型几何相似常数的确定既要考虑到试验条件的限制,也要考虑模型的边界条件。最终确定混凝土模型几何尺寸:长*宽*高=1000mm*1000mm*600mm。

以矿山立井掘进爆破为原型,设计了二圈和三圈炮眼爆破模型。二圈炮眼爆破模型有10个炮眼,内圈直径60mm。均匀分布4个炮眼,炮眼深度180mm;外圈直径120mm,均匀分布6个炮眼,炮眼深度180mm。三圈炮眼爆破模型是在二圈炮眼爆破模型的基础上增加第三圈炮眼,圈经200mm,均匀分布10个炮眼,炮眼深度160mm。

由于采用电雷管代替炸药进行爆破模型试验,为保证耦合装药,混凝土模型炮眼直径应与电雷管直径相匹配,为8mm。采用预埋钢筋方法预留炮眼,炮眼位置由定位模具控制,在混凝土模型终凝前拨出钢筋成孔,期间应每隔2h左右转动钢筋几次,以免钢筋凝固与混凝土中。预留炮眼法与混凝土模型成型后钻孔法相比,具有炮眼成形速度快、成孔质量好、炮眼一致性好、炮眼深度和角度控制和定位准确等优点。

应变测点布置

在距离多圈炮眼圈心180mm、260mm、340mm和420mm处依次布置测点A、B、C、D,每个测点布置径向和横向两个应变片。4个测点的应变片粘贴于同一块应变砖上,方便混凝土浇注时应变砖的定位。应变片应采用环氧树脂绝缘防潮,以保证应变片不会在混凝土浇注过程中损坏。应变砖基体材料为水泥砂浆,基体材料的波阻抗和刚度与模型混凝土的波阻抗和刚度相匹配。应变砖尺寸为:350mm*70mm*40mm。应变砖的埋置深度为160mm,使应变测点与电雷管中心处于同一水平面。

应变信号的采集

爆破模型试验使用C40混凝土,混凝土配合比为水泥:砂:石:外加剂:水=1.00:1.49:2.89:0.08:0.43(质量比)。

试验时采用耦合装药方式,炮眼内装6号毫秒延期电雷管,用粘土封堵,堵塞时尽可能捣实。

根据超动态应变测试系统的标定参数,将试验记录到原始波形信号转换为测点处的应变信号。第一圈炮眼I段6号毫秒延期电雷音,第二圈炮眼装Ⅱ段6号毫秒延期电雷管时,二圈炮眼爆破模型试验测点A处实测应变波形信号如下图。

9.png

二圈炮眼爆破模型微差起爆后,混凝土模型内测点电阻应变片先后捕捉到两端不连续的波形信号,应变波形信号的段数和段间时差分别与电雷管的段别和起爆延迟时间相对应,且应变波形信号由压缩相和拉伸相构成。

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