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采动卸荷下连续开采诱导放顶动力响应模拟研究

雷涛  
【摘要】:地下岩体的开挖引起原岩应力场扰动并使之重新分布,是一个典型的卸荷力学过程。对这一类问题,传统的加载分析方法由于忽略了卸荷效应的影响,导致分析结果与工程实际不相吻合。基于连续采矿的顶板诱导崩落技术具有创新高效的特点,而作为其工程对象的诱导岩体表现出典型的卸荷特征。因此,对诱导岩体进行卸荷分析,探讨岩体系统的稳定性、扰动力学响应以及岩体质量劣化规律,可更好地保障诱导崩落采矿技术的安全实施。以华锡集团铜坑矿92#矿体连续采矿顶板诱导崩落试验采场为研究对象,基于卸荷分析方法,针对地下采矿岩体工程的诱导效应问题进行了研究。主要研究内容包括: 研究了采动卸荷岩体力学参数的劣化规律,基于影响区域理论对诱导岩体的卸荷带进行了划分,探讨了卸荷分析的方法和流程。 构建了铜坑矿92#矿体连续开采的有限元模型,采用岩体动态力学参数开展了卸荷分析。结果显示:卸荷分析的顶板最大拉应力、下沉位移以及等效塑性应变分别达到1.5Mpa、20cm和1.5e10-2,较常规分析的1.0Mpa、13cm和0.9e10-2要大,与实际情况更为接近;连续采矿开采的最大步距为48m,表明在开采两个步距后,应当对顶板进行诱导处理。 根据铜坑矿92“矿体连续开采顶板诱导崩落方案,运用ANSYS/LS-DYNA隐显式序列分析方法,探讨了在初始地应力场和扰动应力场条件下,爆破动载荷对卸荷岩体及其应力场的力学响应规律。 基于岩石动力强度和破坏准则,以H-J-C损伤模型为蓝本,自定义了考虑岩体拉剪破坏的动力损伤材料模型;构建了卸荷岩体的单孔计算模型,研究了诱导岩体受爆破动载荷的损伤及其裂纹的扩展规律;构建了预裂缝的计算模型,模拟了预裂缝的形成过程,并结合现场电视钻孔试验分析了预裂缝形成过程中的力学效应。


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