深部複雜應力條件下巷道圍岩分區破裂化機理研究

《深部複雜應力條件下巷道圍岩分區破裂化機理研究》是依託山東大學，由王漢鵬擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：深部複雜應力條件下巷道圍岩分區破裂化機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王漢鵬
• 依託單位：山東大學

中文摘要

我國煤礦開採深度日益加大，千米深礦山不斷增多，在複雜的地應力條件下，巷道圍岩破壞頻繁，支護越發困難，深部觀測到與傳統的鬆動圈理論不同的分區破裂化現象。本項目的宗旨是以若干典型礦山工程為背景，採用現場監測、岩石試驗、模型試驗、理論分析和數值模擬等綜合方法揭示深部巷道產生分區破壞的原因和條件，研究分區破裂化的機理。通過已取得的和補充的現場監測和相似模型試驗資料，考慮地應力大小和方向、圍岩類別、巷道形狀和大小、開挖支護方法以及巷道軸向與主應力夾角等因素，深入研究深部巷道圍岩產生分區破裂化的影響因素和分區破裂的發生、發展及最終破壞模式和特徵，揭示分區破裂化產生的條件和時間演化過程。通過斷裂、損傷力學和能量理論研究建立反映深部巷道分區破裂化圍岩的非線性本構關係和岩體破壞強度準則的力學，並嵌入數值軟體進行驗證，模擬深部巷道圍岩的分區破壞過程及破壞模式。研究結果將對分析深部巷道穩定性有重要意義。

結題摘要

通過原有和補充的現場實測資料，分別在淮南礦區和兗州礦區埋深1000m的岩巷和煤巷監測驗證了深部高地應力條件下圍岩存在分區破裂化現象，給出了分區破裂半徑預測估算公式，並初步揭示了深部巷道圍岩的分區破裂機制。開展了現場岩樣的物理力學參數並研究了高圍壓單側卸載條件下岩石易產生劈裂變形和破壞的特性。研製了新型柔性均布壓力載入裝置和多路高精度液壓加卸載伺服控制系統，以監測巷道為原型，開展了不同條件下深部高地應力巷道圍岩機破壞理相似模型試驗和深部巷道瞬間卸載動力回響模擬試驗，得到巷道軸向方向為最大主應力方向和瞬間卸載是圍岩發生分區破裂的條件。採用數值模擬方法補充了不同條件下巷道圍岩變形破壞規律，得到不同圍岩系統錨噴網支護後在支護層後面形成損傷區和巷道軸向與地應力夾角為25-30°時圍岩的變形破壞產生突變的規律。建立了深部開挖的動力分析模型，導出巷道圍岩體擾動應力、應變和位移的近似解析表達式，很好的解釋深部開挖過程中圍岩體產生的分區破裂化現象。通過FISH語言初步開發了Flac3D分區破裂計算程式，嵌入了基於能量損傷建立的非線性本構關係和破壞強度準則；較好的模擬了深部巷道瞬間開挖卸荷後圍岩內產生的拉壓應力呈波浪分布特性。採用編制的高地應力動態卸載計算程式，系統研究了不同卸載時間、不同卸載路徑、不同隧洞形狀、不同地應力和不同巷道直徑等條件下，巷道圍岩動態卸載的動態回響規律和圍岩破壞機理。最後提出了分區破裂圍岩控制新方法與新技術，並在現場得到驗證。