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高地应力深部巷道围岩分区破裂机理及实验研究

潘海洋  
【摘要】:随着我国经济的快速增长,使我国的能源消耗不断增加,而煤作为我国主要能源也亦逐年递增。随着浅部煤层的消耗殆尽,使得我国煤炭行业的开采深度在不断的增加,部分煤矿的开采深度已经超过了1000m。而对于深部岩体工程来说,由于地应力超过了岩石的单轴抗压强度,将会产生不同于浅部巷道围岩破坏的现象即分区破裂化现象。由于深部开采是未来发展的趋势,故解决深部开采所遇到的岩石分区碎裂化问题具有十分重要的意义。本文以淮南丁集煤矿为工程背景,通过地质力学模型实验和FLAC3D数值模拟软件来研究分区破裂的形成机理和破坏特征,本文的主要内容如下所示: (1)介绍和分析了采用模型实验来分析现场实际情况的的科学依据,并介绍了相似三定律及其之间的关系,最后通过地质力学模型实验相似关系的推导,得到模型实验应满足的相似关系; (2)通过加工改造实验台、选择符合要求的相似材料之间的配比、选用能满足要求的加载系统来模拟工程岩体的实际情况,并使用全站仪和应变仪分别对巷道周围的位移和应力变化情况进行监测和分析; (3)通过对应力变化的分析得出:巷道周围应力存在波峰与波谷间隔分布的波浪形变化,且出现围岩应力的拉压变化,这些都是围岩分区破裂化现象的重要特征,同时也肯定了地质力学模型试验能够模拟出巷道围岩的分区破裂现象; (4)通过数值模拟软件FLAC3D内置的应变硬化/软化模型重现了围岩分区破裂化现象,研究指出围岩分区破裂化现象与模型的网格划分、初始地应力和侧压系数有关; (5)从深部巷道围岩的弹塑性应力场进行分析,推导出支撑压力区集中力作用下的岩石在较小的侧压力作用下发生劈裂破坏,这种破坏是产生分区破裂化现象的重要原因。


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