空區群結構體災變鏈演化機制及誘導干擾控制機理研究

項目摘要

地下金屬礦殘礦資源是我國非常重要的接替保障資源，但是空區群結構體的災害對其開採帶來嚴重威脅。本課題的基本思想是卸荷岩體力學與災變鏈理論。將地震波反射、電磁探測以及空區雷射探測等方法融合，開展空區群及其結構體的精密探測，運用高性能計算平台，構建多尺度精細三維模型；基於岩石卸荷損傷的核磁共振試驗以及礦岩體力學性能劣化的數值試驗，研究空區群圍岩卸荷力學行為及其演化規律；建立災變鏈式效應的結構關係模型和物理力學模型，分析空區群結構體災變鏈演化機制，提出空區群災害斷鏈減災模式；開展殘礦資源開採全過程的多尺度數值模型試驗與礦岩誘導干擾控制相似模擬試驗研究，確立不同擾動條件下礦岩崩落的時空關係，揭示空區群結構體災害誘導干擾控制機制，為殘礦資源的開採提供理論和技術支撐。該項目的成功實施，將對我國空區災害有效治理與殘礦資源安全高效回收具有巨大的工程套用價值。

結題摘要

（1）以MTS 815電液伺服岩石力學試驗機進行了岩石單軸壓縮試驗、三軸壓縮試驗、不同圍壓的三軸卸荷試驗和不同初始損傷的岩石三軸卸荷試驗，對其應力-應變曲線和力學參數進行分析，研究初始圍壓對岩石的三軸壓縮力學參數和破壞特性的影響；探討初始圍壓和初始損傷的不同，對於岩石卸荷破壞力學參數的影響；建立岩石在三軸卸荷作用下的本構模型；對比分析了岩石在三軸載入和三軸卸荷條件下力學參數和破壞特性的不同。（2）岩樣為大理岩，進行了圍壓20 MPa、不同軸壓的常規三軸壓縮試驗和核磁共振測試試驗，測得大理岩在三軸壓縮後的應力一應變曲線、弛豫時間T2譜分布和孔隙度，建立了孔隙度與損傷度之間的函式關係。（3）為研究不同初始損傷下大理岩的卸荷特性，開展相同初始圍壓、不同初始軸壓的常規三軸加一卸載試驗，並進行加-卸載後岩樣的核磁共振(NMR)特性試驗研究，得到岩樣孔隙度、應變、核磁共振圖像及兀譜分布等參量。（4）為研究岩石在卸荷作用下的細觀結構損傷破壞規律，對大理岩岩樣分別進行不同初始圍壓、不同卸荷圍壓比的常規三軸加一卸載試驗，並對卸荷後的岩樣進行核磁共振(NMR)測量，得到不同卸荷圍壓比作用後大理岩的弛豫時問T2譜分布、孔隙度和核磁共振成像圖像。（5）為研究卸荷岩體內部孔隙結構的細觀損傷演化特徵，以大理岩為岩樣，分別進行初始圍壓為10、20和30 MPa，不同卸荷圍壓量的常規三軸卸荷試驗和核磁共振測試實驗，獲得卸荷岩體的應力一應變曲線、橫向弛豫時間T2分布、孔隙度及核磁共振成像圖像. （6）基於因子互動作用影響矩陣及採空區危險度影響因子分析，選取12個採空區危險度主要影響因子，建立採空區危險度多因子互動作用矩陣模型。（7）採用MTS 815電液伺服岩石力學試驗機結合核磁共振測試系統，進行相同圍壓，軸壓為三軸抗壓強度的不同百分比的荷載作用下的三軸壓縮和核磁共振測試試驗，獲取不同軸壓作用下，岩樣內部T2譜分布和核磁共振成像數據，研究岩石在三軸壓縮作用下內部裂隙發育規律。（8）進行不同初始圍壓的三軸卸荷試驗和不同初始損傷的三軸卸荷試驗，並對岩樣進行核磁共振測試，獲取各組岩樣在卸荷不同階段的T2譜分布、孔隙度、譜面積和核磁共振成像數據，研究卸荷作用下，岩石內部裂紋擴展規律以及不同圍壓和不同初始損傷對卸荷岩石裂隙發育的影響作用，並通過核磁共振圖像，觀察岩石在卸荷作用下，內部裂紋空間分布的

空區群結構體災變鏈演化機制及誘導干擾控制機理研究

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