地下開采中接觸帶復(fù)合巖體非協(xié)調(diào)變形及控制研究.pdf

1、地下開采中接觸帶復(fù)合巖體非協(xié)調(diào)變形導(dǎo)致巷道出現(xiàn)廣泛的剪切破壞和局部冒落，同時松軟破碎接觸帶頂板采場易產(chǎn)生大面積頂板冒落，不僅構(gòu)成礦山開采的重大安全隱患，也極大降低了開采效率。現(xiàn)有的接觸帶巖體控制理論和技術(shù)無法有效解釋和控制接觸帶巖體的非協(xié)調(diào)變形破壞，嚴(yán)重制約了地下礦山的大規(guī)模高效開采。為尋求接觸帶復(fù)合巖體的有效處理方法，實現(xiàn)接觸帶巷道和采場的安全高效運行，論文采用巖石力學(xué)試驗、理論分析、相似試驗、數(shù)值模擬和現(xiàn)場試驗等手段，系統(tǒng)研究了接觸

2、帶復(fù)合巖體的力學(xué)特性和地下開采工程的穩(wěn)定性問題。
　?。?）進行了接觸帶復(fù)合巖樣的單軸壓縮試驗，獲取了不同接觸角復(fù)合巖樣的破壞和強度變化特征；從微觀角度分析了具有不同變形特征的巖石材料在接觸面上的應(yīng)變協(xié)調(diào)及橫向約束應(yīng)力，構(gòu)建了接觸帶復(fù)合巖體宏觀非協(xié)調(diào)變形下的強度模型，可以有效解釋單軸壓縮試驗中接觸帶復(fù)合巖樣的強度變化特征。建立了考慮初始損傷和蠕變損傷的巖石蠕變模型，推導(dǎo)出接觸帶復(fù)合巖體非協(xié)調(diào)蠕變次生約束應(yīng)力同巖石力學(xué)參數(shù)、載荷和時

3、間的關(guān)系式，揭示了復(fù)合巖體次生約束應(yīng)力和強度的時間效應(yīng)特征。
　　（2）借助數(shù)值模擬和相似試驗，系統(tǒng)分析了接觸帶力學(xué)性質(zhì)、接觸帶產(chǎn)狀、地應(yīng)力等因素對接觸帶巷道非協(xié)調(diào)變形及次生剪應(yīng)力分布特征的影響?；趶椝苄粤W(xué)理論，研究了接觸帶巖體非協(xié)調(diào)變形對巷道塑性松動區(qū)的影響。歸納總結(jié)出接觸帶巖體非協(xié)調(diào)變形導(dǎo)致的強度降低、次生剪應(yīng)力集中和塑性松動圈擴大是接觸帶巷道易發(fā)生失穩(wěn)破壞的主要原因。
　　（3）基于斷裂力學(xué)理論，建立了接觸帶巷道非

4、協(xié)調(diào)變形形成的剪應(yīng)力環(huán)境下單個裂隙的擴展判據(jù)、擴展方向及擴展深度函數(shù)，模擬了裂隙組擴展、貫通、連通自由面、最終形成自由塊體冒落的力學(xué)動態(tài)過程，揭示出接觸帶巷道非協(xié)調(diào)變形破壞機理，有效解釋了典型接觸帶巷道的失穩(wěn)破壞特征。
　?。?）提出基于“協(xié)調(diào)變形”的接觸帶巷道穩(wěn)定性控制思路，形成了以“X”抗剪支護、非對稱支護和非均勻分布預(yù)應(yīng)力支護為特征的接觸帶巷道非均勻過渡支護模式，進一步建立了適應(yīng)圍巖應(yīng)力及變形分布的非均勻支護參數(shù)確定方法，降

5、低了接觸帶巷道的非協(xié)調(diào)變形及次生剪應(yīng)力集中，有效減少了原巖裂隙剪切滑移擴展導(dǎo)致的圍巖整體失穩(wěn)破壞。
　?。?）開發(fā)了適用于松軟接觸帶頂板礦床的預(yù)切頂連續(xù)條帶開采廢石尾砂充填采礦方法，形成了生產(chǎn)能力最大化的安全開采條帶寬度確定方法，提出了尾砂柔性接頂?shù)膹?fù)合充填體卸壓技術(shù)，實現(xiàn)松軟接觸帶頂板處理-礦石開采-充填協(xié)同高效進行。
　　研究成果揭示了接觸帶復(fù)合巖體在非協(xié)調(diào)變形下的力學(xué)特性，形成了接觸帶巷道和采場穩(wěn)定性控制的有效方法，為