深埋巷道動采作用下圍巖穩(wěn)定性研究及應用.pdf

1、巷道工程的穩(wěn)定性是地下礦山安全生產(chǎn)中最重要的問題之一,它影響礦山的生產(chǎn)進度和支護成本并且危及施工人員人身安全。由于巖體的復雜性、地下水作用以及巖體力學理論遠遠滯后于工程實踐,巷道工程的穩(wěn)定性一直是沒能得到很好解決的問題。隨著我國地下資源開采深度的增加,巖體力學理論已經(jīng)遠遠滿足不了巷道工程的需要。在地下礦山巖體內(nèi)開挖巷道后,巷道圍巖松動圈往往是靜態(tài)應力場和爆破地震波場共同作用的結果。然靜態(tài)應力場和地震波場對巷道圍巖的破壞機制和破壞準則是各

2、不相同的,裂紋在巷道圍巖中的分布方式及其本身的形態(tài)與力學性能又千差萬別,回采爆破地震波在巖體中的疊加和傳播規(guī)律也極其復雜,因此地下礦深埋巷道地震波場作用下圍巖松動圈理論也成了目前巷道工程中研究的熱點與難點。為了使理論分析與計算能在決策方面指導巷道的支護設計,控制圍巖穩(wěn)定性,本文對礦山深埋巷道圍巖在靜、動態(tài)應力場作用下引起的松動圈及擴展范圍進行了系統(tǒng)的研究,對巷道施工方法和支護參數(shù)進行了分析,并以平水銅礦運輸巷道為例,對研究結果進行了計算

3、和驗證。本文主要完成了以下幾方面的工作:
　　(1)以圓形斷面巷道為例,在考慮地下水和初始損傷的基礎上研究了巷道圍巖的二次應力場分布規(guī)律,在此基礎上采用彈塑性損傷力學理論研究了巷道圍巖損傷區(qū)半徑與水壓力之間的關系,結果顯示:當水壓力接近臨界水壓時,巷道圍巖就可能發(fā)生突水事故。然后,應用莫爾-庫倫理論,對在地質條件較差的巖體中開挖引起的剪裂區(qū)范圍進行了研究。
　　(2)利用斷裂力學理論及統(tǒng)一強度準則,在考慮地下水壓力和初始損傷

4、的基礎上對巷道圍巖開挖引起的裂紋擴展長度及裂尖塑性區(qū)范圍進行了研究,研究結果認為:巷道斷面、應力場、地下水、初始裂紋尺寸與中間主應力等都與擴展范圍有很大的關系。
　　(3)應用爆破應力波傳播理論,研究了扇形柱狀耦合裝藥同時爆破和微差爆破引起的巷道圍巖質點振動速度及動態(tài)應力場,并通過數(shù)值分析的方法驗證理論結果,最后分析了爆破延遲時間對圍巖質點振動速度的影響。
　　(4)根據(jù)巖石破壞特征的不同,將回采爆破引起的影響范圍分為壓碎區(qū)

5、、裂隙區(qū)和震動區(qū)。根據(jù)爆破沖擊波及應力波的破巖機理,確定了回采爆破引起的壓碎區(qū)和裂隙區(qū)范圍。然后,建立了爆破地震波作用下巷道圍巖裂紋的起裂、擴展和止裂判據(jù),對地震波引起的巷道圍巖裂紋累積擴展長度和累積損傷進行了研究。
　　(5)對地質條件較差地段的巷道三次成巷和一次成巷施工方法進行了模擬,得出了多次成巷施工方法引起的松動圈范圍要小于一次成巷引起的松動圈范圍的變化規(guī)律。綜合錨噴支護的特點,研究了錨桿的支護機理和松動圈支護參數(shù)。最后,