高應力巷道圍巖系統(tǒng)動力變形破壞效應模擬.pdf

1、煤礦動力擾動作用下的動力災害防治隨礦井向深部延伸越發(fā)突出。本文分高應力巷道圍巖動力擾動為瞬態(tài)卸壓擾動和應力波擾動,以砂巖為研究對象,以理論計算、數(shù)學建模和數(shù)值分析為手段,研究巷道掘進面不同高應力狀態(tài)巖體爆破成單自由面的卸壓擾動過程和單自由面巷道邊幫巖體在不同高應力狀態(tài)下受爆炸應力波擾動過程巖樣的變形破壞特性,揭示高應力巷道圍巖系統(tǒng)動力作用下變形破壞規(guī)律,提出高應力工程巖體施工注意事項。通過研究,取得了如下進展:
　　1)構(gòu)建高應力

2、巷道圍巖動力環(huán)境。利用“三準則”理論和應力評價體系,研究并認為砂巖接近高應力狀態(tài)并具有沖擊破壞性,將其物理力學參數(shù)賦予數(shù)值巖樣。同時,分析了巖體中爆炸應力波產(chǎn)生及傳播過程,并將應力波簡化為三角形波。另外,在分析了巖石加載動力學評判準則基礎(chǔ)上,根據(jù)現(xiàn)有瞬態(tài)卸壓研究資料和簡化壓縮彈簧卸壓過程產(chǎn)生的加速度場,提出巖石“卸載動力學”概念,并初步分析巖石“卸載動力學”需解決的關(guān)鍵問題。
　　2)開展了數(shù)值巖樣瞬態(tài)卸側(cè)壓成單自由面過程實驗研究

3、。為了確定瞬態(tài)卸側(cè)壓過程,討論并計算了砂巖爆破過程卸壓時間,確定了線性卸壓方式,建立了不同應力狀態(tài)下真三軸模型,在計算其三軸抗壓強度的基礎(chǔ)上確定了峰前卸側(cè)壓值。實驗結(jié)果表明:瞬態(tài)卸載3后,巖樣軸向應力1跌落和橫向應變3突跳,且3隨著初始應力的增大而增大,并對2較敏感。根據(jù)能量理論,定性分析了含高彈性應變能的數(shù)值巖樣瞬態(tài)卸側(cè)壓過程能量的耗散途徑。另外,對比分析了現(xiàn)場高應力工程巖體爆破開挖瞬態(tài)卸壓過程巖體大變形實例,發(fā)現(xiàn)其大變形有突變性特點

4、,與本文研究結(jié)果吻合,也證實數(shù)值模擬軟件的在研究巖石動力學方面的可行性。
　　3)進行了單自由面數(shù)值巖樣應力波擾動實驗研究。為了選擇平衡穩(wěn)定性較好的單自由面數(shù)值巖樣進行應力波擾動實驗,建立了不同應力狀態(tài)單自由數(shù)值巖樣,并進行了平衡計算。同時,確定了相等梯度增大的不同應力波峰值,以模擬爆炸應力波對遠近不同巷道邊幫巖體的作用。經(jīng)過多次擾動實驗,在對平衡數(shù)值巖樣初始發(fā)生不可恢復變形、發(fā)生最大變形和塑性區(qū)擴展范圍的變量分析中發(fā)現(xiàn)巖樣初始應