《深部高應力環境下充填介質與岩體能量耗散匹配研究》是依託中南大學，由劉志祥擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：深部高應力環境下充填介質與岩體能量耗散匹配研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉志祥
- 依託單位：中南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
為了控制地壓，提高資源回收率，充填技術在深部金屬礦山的套用日趨廣泛。由於充填體是一種多相複合力學介質，其變形與破壞表現出隨機性並伴隨著能量耗散，充填體介質在高應力環境下的力學特性及與深部岩體的耦合作用機理並未被人們充分揭示。深部礦床充填過程中，圍岩變形壓縮充填體並釋放能量，充填體介質被壓縮而蓄積變形能，形成一能量交換的複雜系統，有必要研究充填體介質如何適應深部岩體力學性質即充填體與深部岩體的合理匹配。為此，該項目針對深部岩體特徵，通過力學試驗，用隨機理論和唯象學方法建立充填體隨機能量耗散力學模型，揭示充填體在高應力下的損傷耗能規律，探索深部開採岩體能量釋放特徵，用耗散結構理論研究充填體介質與深部岩體的最佳匹配，得出深部開採所要求的充填體強度與開採深度、岩體力學性質及採礦安全度等隨機變數之間的關係，為深部安全低成本開採資源提供理論基礎。
結題摘要
根據深部開採高應力複雜環境，項目以充填體與岩體能量耗散匹配為研究主題，綜合運用室內實驗、理論分析、數值模擬和現場試驗等多種手段，開展了如下研究。 (a)通過測試大量礦山尾砂力學參數，得出了尾砂容重與其所受壓力、初始容重和孔隙率的回歸方程，研究了尾砂自然安息角與其含水率的關係，並用分形理論探索了尾砂分形級配，建立了充填體強度設計知識庫模型。 (b)通過單軸靜載和動載力學試驗，探索了尾砂膠結充填體受壓和受拉破壞特徵，得出了不同載入速率下充填體動載破壞規律。 (c)對不同配比尾砂膠結充填體進行靜載和動載三軸試驗，得出了不同圍壓下膠結充填體強度特徵，探索了不同載入速率下尾砂膠結充填體的破壞規律。 (d)建立了不同配比充填體損傷力學模型，得出了不同配比充填體損傷破壞耗能規律，並用Weibull分布構建尾砂膠結充填體隨機損傷軟-硬化模型，揭示了尾砂膠結充填體峰後應變軟化和硬化特徵；同時將單軸壓縮損傷本構方程擴展到三維，得出了充填體損傷破壞的三維能量耗損規律。 (e)對深部開採岩層變形進行了監測，用重構相空間混沌理論揭示了深部開採岩層能量耗散規律，建立了金屬礦開採岩層移動安全預警系統。 (f)用突變理論建立了充填體與岩體的損傷災變匹配模型，得出了充填體與岩體匹配條件，並建立了充填體與岩體的一維能量匹配模型，而後擴展至三維，得出了充填體與岩體三維能量匹配模型，並將研究成果套用於安慶銅礦深部開採充填體強度設計。 (g)提出了基於極限狀態超平面的充填體與岩體隨機匹配模型，實現了複雜隱函式計算可靠度。 對照原計畫任務書，項目無論在科學內容還是在預期成果指標上，都圓滿完成。發表標註本基金號論文35篇，其中SCI收錄4篇、EI收錄14篇；獲得國家專利技術5項(已授權4項)；獲得國家科技進步二等獎1項，省部級科技進步特等獎1項、一等獎4項、二等獎2項、三等獎1項；依託項目指導培養研究生10人。
