充填体-矿柱系统力学模型构建及破坏机制研究

【摘要】：充填开采过程中充填体与预留矿柱共同承载,在阻止地表下沉的同时,确保了地表建筑物的安全。为探究地下矿山充填体和矿柱的作用机理,针对充填体-矿柱共同承载的关系,建立充填体-矿柱力学模型,运用理论分析、物理试验分析及数值模拟的手段,系统地对充填体-矿柱力学系统开展系列研究。揭示充填体-矿柱系统的承载作用关系及其宏细观破坏演化规律。取得如下主要研究成果:1)运用弹性力学半逆解法力学理论建立充填体-矿柱力学模型,揭示该模型在不同厚度或高度下充填体对矿柱的水平应力和剪切应力变化规律。2)通过开展充填体-矿岩力学系统试验,分析得出充填体对矿柱的侧向支撑作用使得矿柱在承载能力上有较大的提升,并能够在矿柱破坏后具有较大的承载能力;在加载前期,刚性较大模型(花岗岩系统)的充填体声发射信号较弱,承载作用较弱,矿柱为主要承载体;随着应力的增加,刚性较小模型(砂岩系统)在破坏过程中充填体承载作用更为明显。因此,得出随着矿柱刚性的增加,充填体对矿柱的支撑作用逐渐弱化。3)对充填体-矿柱系统模型进行数值模拟,在接触面产生声发射拉信号极为明显;随着矿柱刚性的增加,矿柱的承载作用越来越明显;水平和剪切应力变化与理论推导趋势相近。