采空区群顶板动静稳定性研究

发布时间：2020-06-17 01:01

【摘要】：采空区群的顶板属于矿山相对薄弱的部位,也是金属地下矿山最主要的灾害源之一,通常表现为顶板冒落,严重甚至采空区贯通。一旦发生事故,往往会造成大量的人员伤亡和财产损失。采空区稳定性影响因素有很多,最主要的两个因素是围岩自重应力荷载和爆破生产作业所产生的爆破震动。因此,本文主要从静力作用和动力冲击作用两个方面,利用理论分析和数值模拟相结合的方法,分析研究采空区顶板在岩体自重应力作用下和爆破振动动力荷载作用下的稳定性。主要研究内容有:(1)通过查阅大量文献分析总结了自重状态下采空区顶板的破坏类型和失稳机理及稳定性影响因素,建立采空区顶板失稳破坏力学模型;在动力方面,对爆破地震波的形成、传播和作用机理,探讨其对采空区稳定性影响。(2)利用弹性力学理论与矿山工程实际相结合,将顶板简化为两端固定的固支梁模型,并通过理论分析计算固支梁在均布荷载作用下的受力情况,推导出其应力、位移解析式。并在此基础上,结合MATLAB软件分析顶板的垂直位移曲面和应力曲面的变化规律,并探讨了顶板厚跨比对垂直位移和应力的影响规律,最后将顶板厚度计算结果与工程实例相结合得到该矿山合适的顶板厚度。(3)在完成弹性固支梁的物理模型计算后,应用3DMINE-MIDAS/GTS-FLAC 3D等多个软件相互耦合技术建立复杂采空区三维力学数值计算模型,并模拟开挖了一、二号采空区,计算分析仅在自重状态下的位移、应力、塑形区、地表沉降等变化情况以及顶板厚度对采空区稳定性影响。(4)在模拟了矿体开挖后静力荷载的基础上,在二号采空区每一层空区底板施加简谐波动力荷载,分析动力荷载作用下,空区顶板的位移、应力、塑形区及质点速度变化情况,并与静力荷载作对比,来说明动力荷载对顶板稳定性的影响程度。
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD327.2
【图文】：

路线图,路线,研究技术

研究技术路线

传播形式,应力波,介质

；空区顶板的随着跨度增大，顶板受到的拉应力会减小，但受到的压应力会增容易发生折断垮落；还有，矿山开采作业时，频繁使用爆破作业所产生的地震顶板会产生动荷载冲击作用，顶板累积损失达到一定程度时会发生失稳破坏。爆破震动对顶板的影响.1 爆破地震波的形成炸药在岩体中爆炸时，其少部分能量以弹性波的形式传播出去，所引起的一系动称为爆破地震效应[49]。根据查阅大量文献资料表明，当炸药在岩体中爆炸时量高温高压的气体瞬间对药包半径的 3～7 倍的岩石产生极高的冲击荷载，形击波，占爆破能量的 60%。而后压力、速度、能量又急速下降衰减为爆炸应力破能量的 30%，其传播范围为药包半径的 8～150 倍，对爆破中区的岩石自由面拉伸作用。最后，能量继续衰减为地震波，只占爆破能量的 10%，其传播范围径的 150 倍以上，对岩体产生弹性震动。

【参考文献】