高地應力環(huán)境下巷道圍巖非連續(xù)破裂形成機理研究.pdf

1、隨著淺部煤炭資源的逐漸枯竭，深部開采已成必然趨勢，而深部高地應力環(huán)境下的巷道開挖帶來的各種問題也隨之而來，非連續(xù)破裂化現(xiàn)象就是其中之一;除此，在一些地質(zhì)條件復雜地應力較大的區(qū)域巷道圍巖也會出現(xiàn)非連續(xù)破裂。所謂非連續(xù)破裂，是指在高地應力環(huán)境下在進行巷道開挖時圍巖出現(xiàn)非破裂區(qū)與破裂區(qū)相互交替的現(xiàn)象。而采用傳統(tǒng)的連續(xù)介質(zhì)理論并不能夠完全解釋這一現(xiàn)象，因此科學揭示高地應力環(huán)境下巷道圍巖非連續(xù)破裂機理已成為國內(nèi)外學術(shù)討論熱點。本文采用數(shù)值模擬、理

2、論分析和現(xiàn)場驗證相結(jié)合的研究方法，基于Hoek-Brown強度破壞準則，對高地應力巷道圍巖非連續(xù)破裂化形成機理進行研究，獲得主要成果如下:
　　(1)基于Hoek-Brown強度破壞準則，對高地應力巷道圍巖不同破裂展布時應力分布進行研究，推演各破裂帶半徑以及徑向應力的表達式，揭示不同破裂帶形成后巷道圍巖應力分布規(guī)律;
　　(2)建立非連續(xù)破裂起裂判據(jù)。利用應力、應變偏張量與球形張量，求解損傷耦合條件下Hoek-Brown破壞

3、準則的損傷驅(qū)動力和拉壓剪切狀態(tài)下的應力強度因子，得到高地應力環(huán)境下巷道圍巖發(fā)生非連續(xù)破裂的起裂判據(jù)，認為當其達到圍巖起裂判據(jù)時，非連續(xù)破裂開始發(fā)生;
　　(3)揭示地質(zhì)強度指標GSI、Hoek-Brown常數(shù)mi、擾動系數(shù)Dext、初始地應力σ0、單軸抗壓強度σci等變量參數(shù)對高地應力巷道圍巖非連續(xù)破裂的影響;采用FLAC3D模擬軟件，建立數(shù)值模型，并在模型中中隨機設(shè)置弱面進行數(shù)值計算，結(jié)果表明:GSI、mi、σci、σ0越大，越

4、容易產(chǎn)生第二破裂帶;Dext越大愈不容易產(chǎn)生分區(qū)破裂;
　　(4)本文以良莊礦9202軌道巷測試結(jié)果作為驗證，對9202軌道巷鉆孔探測結(jié)果進行分析，將9202軌道巷頂板巖層劃分為4個破裂分區(qū):“完全破壞區(qū)”位于巷道頂板上方0～0.6m范圍內(nèi);“松動破碎區(qū)”位于頂板上方0.8～1.6m范圍內(nèi);“裂隙區(qū)”位于頂板上方2.2～3.6m范圍內(nèi)，平均裂隙寬度3.3mm;“裂紋與離層共存區(qū)”位于頂板上方4.4～4.8m范圍內(nèi)，平均離層間距為7