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冲击矿压巷道围岩控制的强弱强结构力学模型及其应用分析

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文档简介:

冲击矿压巷道围岩控制的强弱强结构力学模型及其应用分析2013年第1期煤矿支护1石家庄中煤杯参评论文冲击矿压巷道围岩控制的强弱强结构力学模型及其应用分析高明仕窦林名卢全体陈曦赵一超[中国矿业大学矿业_T-程学院深部煤炭资源开采教育部重点实验室,江苏徐州2211i6]摘要冲击矿压(岩爆)对矿山安全开采造成了极大的危害,通常会瞬间造成巷道的垮塌、冒落甚至闭合堵塞。论文根据巷道冲击震动破坏的原因和机理,建立了冲击矿压巷道围岩稳定性控制的强弱强(3S)结构力学模型,分析了该力学模型防冲抗震机理,在结构自身强度、应力转移和吸收、变形及能量耗散等方面分别表现出不同的强、弱、强特征,并推导得到了巷道支护体内强小结构发生冲击震动破坏的应力判据和能量准则。最后,对该模型在工程中的应用做了理论分析,提出要通过减小外界震源载荷、合理设置弱结构、提高支护强度等措施来防范巷道冲击矿压动力灾害。关键词采矿工程冲击矿压巷道围岩控制强弱强(3S)力学模型应用分析刖菁冲击矿压(岩爆)对矿山安全开采造成了极大的危害,通常会瞬间造成巷道冒落垮塌甚至闭合堵塞l1。我国煤炭资源开采逐渐转向深部,冲击矿压发生的频次和烈度随采深增加而显著增大,冲击矿压(岩爆)巷道围岩稳定性控制已成为我国矿产资源开采过程中一个急需解决的难题。针对巷道冲击矿压的震源机理,有学者进行了相关研究并取得了一定进展。文献建立了煤层平巷冲击矿压的断裂损伤力学模型,分析了巷道煤壁中预存裂纹尖端产生翼型张裂纹形成薄煤层壳,薄煤层壳屈曲变形压裂失稳形成冲击矿压;文献建立了煤层巷道片帮型冲击矿压的层裂板屈曲模型,认为冲击矿压是煤壁形成的层裂板结构区的局部压屈;文献_7建立了煤岩混凝土冲击破坏的弹塑脆性模型,较好地解释了冲击矿压的发生、载荷的突变对煤岩体破坏的影响、煤岩体从流变到突变的破坏特征;文献j采用双状态变量本构模型模拟了冲击地压系统的粘滑特性和冲击地压系统的动力失稳过程;文献采用应变损伤模型对圆形洞室矿震的发生进行了解析分析,得到了发生矿震的洞室临界塑性区深度和临界作用力。这些研究都是针对巷道发生冲击矿压的震源机理而建立的,未对破坏机理进行解释,而且在模型中未充分考虑冲击震动波与煤岩介质的相互作用,与实际情况有一定距离。1巷道冲击震动破坏机理开挖造成巷道周围岩体应力重新调整分配,局部围岩因应力集中受到一定程度的损伤破坏,若围岩结构还没有被破坏,

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