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土木建筑与环境工程 2015年第3期37卷 79-85页

作者：唐治潘一山朱小景崔乃鑫辽宁工程技术大学矿山安全技术装备研究院力学与工程学院辽宁阜新123000

为得出直墙拱形巷道围岩应力分布规律,应用复变函数弹性理论推导了直墙拱形巷道围岩应力分布的解析表达式。对直墙拱形巷道边界的围岩应力和巷道水平线方向的围岩应力分布规律进行分析,并考虑直墙拱形巷道断面高宽比和侧压系数对其影响... 详细信息

为得出直墙拱形巷道围岩应力分布规律,应用复变函数弹性理论推导了直墙拱形巷道围岩应力分布的解析表达式。对直墙拱形巷道边界的围岩应力和巷道水平线方向的围岩应力分布规律进行分析,并考虑直墙拱形巷道断面高宽比和侧压系数对其影响规律。研究表明:在不同巷道断面高宽比、侧压系数下,直墙拱形巷道围岩应力集中区域主要集中在直墙底部底角处、拱形顶板中点附近和底板中部3个位置。不同巷道断面高宽比下,直墙拱形巷道沿水平线的应力分布规律基本相同。侧压系数大于1时,采用巷道断面高宽比小于1较有利于巷道稳定;侧压系数小于等于1时,采用巷道断面高宽比大于1较有利于巷道稳定。

关键词：直墙拱形巷道复变函数围岩应力

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深部直墙拱形巷道围岩板裂破坏的试验研究

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采矿与岩层控制工程学报 2024年第4期6卷 111-125页

作者：司雪峰张子龙宫凤强南华大学资源环境与安全工程学院湖南衡阳421001 衡阳华研工程科技有限公司湖南衡阳421001 东南大学土木工程学院江苏南京211189

为了研究深部直墙拱形巷道围岩板裂破坏特征,利用TRW-3000岩石真三轴电液伺服诱变试验机,对含直墙拱形贯穿巷道的立方体花岗岩试样进行了三向不等压加载试验,并借助微型摄像机实时监控围岩破坏情况。试验结果表明,花岗岩直墙拱形巷道围... 详细信息

为了研究深部直墙拱形巷道围岩板裂破坏特征,利用TRW-3000岩石真三轴电液伺服诱变试验机,对含直墙拱形贯穿巷道的立方体花岗岩试样进行了三向不等压加载试验,并借助微型摄像机实时监控围岩破坏情况。试验结果表明,花岗岩直墙拱形巷道围岩产生平行于直墙的板裂化结构,呈明显的拉伸破坏特征。随着板裂破坏沿巷道两侧围岩逐渐向深部发展,最终在围岩两侧距拱底(0.20~0.25)h(h为直墙拱形巷道的高度)处形成对称的V型槽。在相同应力条件下,与花岗岩圆形巷道破坏特征相比,直墙拱形巷道围岩初始破坏应力较高,主要表现为静态破坏,产生的岩片较大,呈细长条状,具有明显的层裂现象;而圆形巷道围岩破坏较为剧烈,属于动态破坏,产生的岩片相对较小,但是两种断面产生的岩片均表现出中间厚两边薄的特征。通过对比不同岩性直墙拱形巷道围岩破坏特征发现,花岗岩的破坏较为剧烈,红砂岩的较弱。对于千枚岩直墙拱形巷道,随着层理角度的增加,围岩的破坏模式从平行于层理面的拉伸破坏转变为平行于层理面的剪切滑移破坏,再到穿越层理面的剪切破坏,最后转化为穿越层理面的拉伸破坏。

关键词：直墙拱形巷道板裂破坏真三轴试验三维高应力岩性

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直墙拱形巷道岩爆卸-锚-充协同解危效应研究

直墙拱形巷道岩爆卸-锚-充协同解危效应研究

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作者：王宇晨山东理工大学

学位级别：硕士

随着地下矿山采掘深度不断增加,岩爆灾害愈发频繁,巷道岩爆问题亟需解决。针对深部巷道岩爆灾害频发且单一岩爆控制手段效果不佳的问题,提出了卸-锚-充协同解危方法,通过室内试验、数值模拟、理论分析以及工程现场实例相结合的研究方法... 详细信息

随着地下矿山采掘深度不断增加,岩爆灾害愈发频繁,巷道岩爆问题亟需解决。针对深部巷道岩爆灾害频发且单一岩爆控制手段效果不佳的问题,提出了卸-锚-充协同解危方法,通过室内试验、数值模拟、理论分析以及工程现场实例相结合的研究方法对直墙拱形巷道岩爆卸-锚-充协同解危效应开展了研究,主要获得以下成果和结论:(1)对选用花岗岩试样进行了成分分析、岩爆倾向性测试及超声波测试,明确了试样的主要矿物成分。测试结果表明:试样具有中等以上的岩爆倾向性,均质性较好,满足岩爆内因要求。(2)对四组花岗岩试样(直墙拱形巷道试样、卸压孔试样、卸-充试样及卸-锚-充试样)开展了双轴压缩试验,并通过超声波、应变仪、声发射、高清摄像等监测方法进行综合对比分析。结果表明:施工卸压孔后试样所能承受的最大载荷下降,卸压孔两侧产生的翼裂纹贯穿试样是导致整体破坏的主要原因,卸压孔对围岩的破裂演化起到了关键性控制作用;使用卸-锚-充协同解危方法后,巷道两侧帮围岩片剥、弹射现象得到控制,试样的整体强度及残余强度获得提升;施工卸压孔使能量释放前移,直墙拱形巷道试样、卸压孔试样、卸-充试样、卸-锚-充试样在到达峰值时的能量释放占比分别为57%、24%、25%、24%,充填柔性材料以及加装锚杆对卸压孔的卸压效果基本无影响。(3)采用高性能离散元软件Mat DEM模拟了柔性填充材料的缓冲、支撑效果,并对其破裂演化全程的颗粒动态进行了分析。结果表明:柔性材料在围岩破坏进程中发挥了缓冲和支撑作用,岩石颗粒的弹射、崩落现象明显减少,岩石颗粒的飞射速度降低了30%以上,减轻了弹射岩粒的危害。(4)使用FLAC3D软件分别建立了室内试验试样尺度和现场大尺度数值模型并进行模拟。结果表明:卸压孔处会出现不均匀变形,容易导致围岩局部损伤破裂,耗散弹性应变能;卸压孔处应力集中现象明显,在大尺度模拟中卸-锚-充模型的最大主应力值提升可达134%,有利于应力释放;在大尺度模拟中卸压孔模型的塑性区体积提升可达4100%,塑性区体积较大,围岩破碎程度较高,使用卸-锚-充协同解危方法后拉伸塑性区体积减少约17%,卸-锚-充协同解危方法在维持卸压孔卸压水平、降低岩爆风险的同时弥补了卸压孔可能导致巷道系统支护失效的问题。(5)引入损伤理论,建立了巷道围岩损伤变量表达式,对巷道围岩的损伤演化进行了分析。结果表明:无卸压、支护措施时,巷道围岩的损伤演化与临空面内部发生剪切破坏的损伤演化进程基本一致,其破裂演化接近于完全剪切破坏,岩爆风险高;施加卸压孔后,巷道围岩的破裂演化向完全劈裂方向演化发展;使用卸-锚-充协同解危方法后,巷道围岩的损伤演化与围岩临空面发生劈裂破坏的损伤演化进程非常接近,其破裂演化接近于完全劈裂破坏,岩爆风险降低。可以通过劈裂和剪切损伤演化进程来预测岩爆的发生。(6)建立了考虑应力释放的巷道围岩切向应力计算公式,对其应力释放情况进行了分析。结果表明:卸-锚-充协同解危方法可有效降低巷道围岩切向应力,使浅部围岩应力得到释放,减少弹性应变能的积聚,而且在围岩发生破坏后可以继续提供有效支护,锚固破碎岩体,减少破坏事件,维护巷道稳定。(7)结合两处工程岩爆案例对卸-锚-充协同解危方法的应用效果进行了验证。结果表明:卸-锚-充协同解危方法使巷道浅部围岩应力值明显降低,应力集中区域向远离巷道方向转移,最大主应力值分别提升133%、80%;塑性区体积提升分别为827%、516%,围岩中的弹性应变能得到释放,降低了岩爆风险。卸-锚-充协同解危方法在工程现场案例的应用中具有较好的岩爆解危效果。

关键词：直墙拱形巷道岩爆协同解危数值模拟损伤理论

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基于图像分析的直墙拱形巷道岩爆片剥试验

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山东理工大学学报（自然科学版） 2023年第1期37卷 48-53页

作者：刘啸张晓君王宇晨山东理工大学资源与环境工程学院山东淄博255049 山东理工大学矿山工程技术研究所山东淄博255049

针对岩爆片剥研究的不足,基于ImageJ图像分析软件,开展了具有岩爆倾向性的直墙拱形巷道岩爆片剥试验研究,制作了可清晰观测巷道围岩临空面的试样;通过透明亚克力板材对试样进行约束,得到了全巷道临空面片剥现象。结果表明,随载荷增加,... 详细信息

针对岩爆片剥研究的不足,基于ImageJ图像分析软件,开展了具有岩爆倾向性的直墙拱形巷道岩爆片剥试验研究,制作了可清晰观测巷道围岩临空面的试样;通过透明亚克力板材对试样进行约束,得到了全巷道临空面片剥现象。结果表明,随载荷增加,灰度孔隙率总体呈现下降趋势,表明巷道临空面超过灰度阈值的面积范围不断增加,灰度值在持续升高,应力在持续增加;随载荷增加,巷道临空面灰度均值总体上在增加,巷道临空面片剥前灰度值升高明显,说明应力在升高,达到临界应力后巷道临空面产生片剥;总体上来看,颗粒数量是在逐步减少。巷道临空面片剥前灰度孔隙率、灰度均值、颗粒数量均有明显变化,可通过这些参数来综合反映巷道岩爆片剥的演化规律及前兆,并通过图像分析来揭示岩爆片剥问题。

关键词：岩爆直墙拱形巷道片剥图像分析临空面

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