流變擾動條件下深部岩巷長期大變形失穩控制基礎研究

《流變擾動條件下深部岩巷長期大變形失穩控制基礎研究》是依託山東科技大學，由黃萬朋擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：流變擾動條件下深部岩巷長期大變形失穩控制基礎研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：黃萬朋
• 依託單位：山東科技大學

項目摘要

深井岩巷圍岩流變性較強，巷道變形具有非常明顯的時間效應，同時處於流變狀態的圍岩極易受到采動等外部擾動荷載的影響，穩定性變得很差，深部岩巷的長期流變及擾動大變形甚至失穩破壞等動力災害現象是深部安全開採面臨的關鍵問題之一。本項目擬採用岩石流變擾動實驗、力學理論分析結合計算機仿真模擬等綜合研究方法，探討深部岩體自身的流變擾動回響特徵，分析深部岩石易受擾動影響的閥值應力，確定其抗擾動強度；根據深部岩石流變擾動力學特性與圍岩應力場的關係，研究深部岩巷開挖後圍岩應力場隨時間的演變規律及圍岩流變擾動影響區域的動態運移特徵，闡明圍岩在流變擾動條件下的長期大變形破壞機理。最終提出流變擾動條件下深井岩巷保持長期穩定的條件，建立巷道支護準則，並定量研究巷道保持長期穩定所需的合理支護強度。該課題的研究可解決深井岩巷的長期大變形控制問題，為深部礦井的安全高效開採提供理論依據與指導。

結題摘要

深部開採礦井（尤其是-1000m以下的礦井）受到高原岩應力和強烈的開採擾動影響，巷道圍岩的長期流變變形以及擾動變形非常顯著，成為制約深部礦井安全高效開採的關鍵問題。本項目採用岩石流變擾動實驗、理論分析結合仿真模擬等研究方法，主要對受擾動影響的深部巷道長期穩定性控制基礎問題進行了科學系統的研究。主要研究內容包括深部圍岩在流變擾動狀態下的動力回響特徵、巷道的長期大變形失穩機制以及長期穩定性控制對策等。 通過岩石流變擾動實驗發現，不同岩石在流變狀態下對外部擾動載荷存在不同的應力和應變敏感區間，其應力敏感閾值定義為岩石的抗擾動強度，該值與岩石的長期強度大體相當；而應變敏感閾值約為岩石極限應變的80%左右。同時研究發現，外部擾動載荷強度的增加會造成岩石內部損傷量的加劇，隨著擾動載荷的增大，會導致岩石在低靜載應力水平下就開始對外部擾動敏感，使岩石的抗擾動強度下降；而應變閾值雖然亦有所降低，但差別不明顯。通過理論研究得到，深部巷道開挖後，當集中應力超過圍岩抗擾動強度時，在圍岩內會形成擾動影響區，該區域不斷向內部的發展發育是擾動作用下深部岩巷長期大變形失穩的本質。在此基礎上提出了深部巷道的支護準則為：在巷道內給圍岩提供足夠的側向支撐力，通過圍岩破裂區向擾動影響區提供足夠的圍壓，相應提高擾動影響區內圍岩的抗擾動強度，從而限制其向圍岩內部的不斷發展。在理論指導下提出了以鋼管混凝土構件為主體的高強度深部巷道複合支護技術，建立了深部巷道在流變擾動狀態下的承壓環支護理論，初步形成了深部巷道流變擾動支護體系。 該課題研究成果充實了礦山岩體力學體系，完善了岩石流變擾動效應理論；同時對於指導深部礦井在高應力以及衝擊擾動雙重影響下的巷道支護設計具有重要的理論與實踐意義，通過評價圍岩強度、靜載應力水平以及衝擊載荷之間的關係，可以定量設計巷道內的支護強度，減少巷道返修量，大大節約深部巷道的支護成本，實現深部礦井的安全高效開採。