深部开采扰动诱发围岩应力场及能量场演化规律研究

发布时间：2018-01-06 13:07

  本文关键词：深部开采扰动诱发围岩应力场及能量场演化规律研究　出处：《中国矿业大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：深部工程扰动引起的围岩应力场动态调整和能量场积聚耗散是造成深部工程动力灾害的主要原因。目前,国内外对于深部采掘引起的围岩应力场分布规律研究主要集中在支承压力分布等方面,缺少对开采引起的三维应力路径与应力方向演化规律的研究。本文运用理论分析和数值模拟相结合的方法,对深部开采扰动诱发的围岩主应力路径与主应力方向变化以及能量场演化规律进行了深入、系统地研究,取得的主要成果如下:(1)采用应变软化本构模型,建立了回采巷道掘进和工作面回采的三维数值计算模型,得到了采掘过程中超前工作面支承压力的分布规律,数值模拟结果与现场实测数据吻合良好,证明了数值模型的正确性。(2)基于建立的三维数值模型,运用Fish语言编程计算了回采巷道掘进和工作面回采过程中巷道顶底板和帮部煤岩体的主应力分量,系统分析了巷道顶底板和帮部不同位置处主应力大小随采掘推进过程的演化规律,得到了六种不同的深部扰动围岩典型的主应力演化路径。(3)基于推导的空间主应力方向解析公式与建立的三维数值模型,采用Python语言编程计算了主应力方向的方位角和倾角。利用等角度乌尔夫投影图,系统分析了巷道顶底板和帮部不同位置处主应力方向随采掘推进过程的演化规律,得到了四种不同的深部扰动围岩典型的主应力方向演化特征。(4)利用围岩弹性应变能解析公式与建立的数值模型,系统分析了巷道顶底板和帮部不同位置处,围岩弹性应变能随采掘推进过程的演化规律,得到了深部扰动围岩弹性应变能的积聚耗散跟其所处的位置的关系,从能量的积聚与耗散角度揭示了深部开采扰动围岩动力灾害产生的机理。
[Abstract]:Dynamic adjustment of surrounding rock stress field and accumulation and dissipation of energy field caused by deep engineering disturbance are the main causes of deep engineering dynamic disaster. The distribution of surrounding rock stress field caused by deep excavation at home and abroad is mainly focused on the distribution of supporting pressure and so on. Lack of research on three-dimensional stress path and stress direction evolution law caused by mining. This paper uses the combination of theoretical analysis and numerical simulation method. In this paper, the variation of principal stress path and direction of principal stress and the evolution of energy field induced by deep mining disturbance are deeply studied. The main results obtained are as follows: 1) strain softening constitutive model is adopted. The three-dimensional numerical calculation model of roadway driving and mining face is established, and the distribution law of supporting pressure in advance face is obtained. The results of numerical simulation are in good agreement with the field measured data. The correctness of the numerical model is proved. The main stress components of the roof and floor and the coal and rock mass of the roof and the roof of the roadway during the mining process of the roadway and the working face are calculated by programming with Fish language. The evolution law of the principal stress at different positions of roadway roof and floor with the process of excavation and propulsion is analyzed systematically. Six typical principal stress evolution paths of deep disturbed surrounding rock are obtained. Based on the derived analytical formula of spatial principal stress direction and the established three-dimensional numerical model. The azimuth and dip angle of principal stress direction are calculated by Python language, and the equal angle Ulf projection diagram is used to calculate the azimuth and dip angle of principal stress direction. The evolution law of the direction of principal stress in different positions of roadway roof and floor with the process of excavation and propulsion is analyzed systematically. Four typical principal stress direction evolution characteristics of deep disturbed surrounding rock are obtained. (4) the analytical formula of elastic strain energy of surrounding rock and the established numerical model are obtained. The evolution of elastic strain energy of surrounding rock at different positions of roadway roof, floor and side is systematically analyzed, and the relationship between the accumulation and dissipation of elastic strain energy of deep disturbed surrounding rock and its location is obtained. From the point of energy accumulation and dissipation, the mechanism of dynamic disasters caused by deep mining disturbance surrounding rock is revealed.
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD32

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本文编号：1387982