深部开采覆岩断裂动载下巷道围岩失稳机理及控制研究

来源 :辽宁工程技术大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:xuefu2008
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针对深部开采覆岩断裂动载致使巷道围岩处于长期、频繁扰动状态,造成巷道动力灾害的问题。本文基于应力波理论、扰动状态概念理论、蠕变理论、室内物理相似模拟、岩石基本力学特性试验、FLAC3D数值分析、正交试验原理和室外现场测试等手段,以深达千米的沈南矿区红阳三矿深部巷道动力扰动为工程背景,研究了覆岩断裂致灾机理、深部巷道围岩变形破坏规律、循环荷载下岩石的力学行为、能量耗散特性及疲劳损伤特性,分析了动力扰动条件下巷道围岩变形影响因素和变形机理,提出了控制围岩变形的支护方案。(1)建立了覆岩断裂力学模型,分析了动载传播机理及巷道围岩的动力响应特征,得出了顶板断裂方式及断距,揭示了巷道动载强度与顶板断裂动载之间的关系,通过相似模拟实验验证了工作面推进过程中覆岩的运动特征、结构特征以及巷道围岩动载响应。(2)利用MTS-815岩石力学测试系统、声发射系统开展循环荷载下砂岩疲劳损伤试验,探讨循环荷载下上限应力和加载频率对砂岩疲劳损伤特性的影响,分析了砂岩在循环加载下应力-应变曲线特征、能量耗散特征、声发射特征以及疲劳损伤演化规律。在蠕变理论及扰动状态概念理论基础上,建立了循环荷载下峰值应变与循环次数之间的理论模型。通过试验数据对建立的基于扰动状态概念理论的砂岩疲劳损伤模型参数进行了辨识,验证了模型的合理性。(3)基于弹性理论和应力波理论,分析了扰动状态下高应力巷道围岩失稳机理,采用FLAC3D软件,在正交优化组合的基础上对动力扰动下影响巷道围岩稳定性的因素(扰动幅值、频率、侧压力系数和扰动时间)进行敏感性分析;利用多元线性回归分析法建立了多因素作用下顶板变形、底板变形、帮部变形、顶板塑性区范围、底板塑性区范围以及帮部塑性区范围的数学公式,并对结果进行回归效果检验。(4)受构造应力以及开采条件影响,红阳三矿西二采区1208工作面推进过程中出现了强烈的矿压显现、片帮以及巷道围岩变形严重等现象。采用微震监测系统、顶板动态监测仪及FLAC3D数值模拟软件研究了深部工作面回采过程中微震活动特征及巷道变形破坏特征,模拟了动载前后巷道围岩及支护体力学响应特性。利用理论分析和数值模拟对原支护参数进行了优化,提高了支护效果,对实际工程具有指导和参考价值。该论文有图92幅,表30个,参考文献191篇。
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