纵向充填采空区群动力响应及失稳控制研究
发布时间：2021-10-21 09:15
地下开采矿产资源过程中,产生大量采空区群,为消除由此诱发的各类安全隐患,矿山通常采用充填技术进行处理,形成充填采空区群。充填采空区群受复杂的静荷载作用,同时受到生产过程中产生的爆破荷载扰动作用,若外力荷载扰动超过了充填体承受能力,极有可能导致其丧失自承载能力,导致充填采空区群整体性失稳。因此,开展充填采空区群爆破扰动失稳与控制研究,保证矿山安全生产,具有十分的重要意义。论文以某钨锡金属矿山某纵向充填采空区群为研究对象,在实际现场调研基础上,采用理论分析、数值模拟、位移监测与工程实践等方法,研究纵向充填采空区群在爆破荷载扰动作用下,系统的稳定状况,提出了减弱爆破扰动工程控制方法。主要工作如下:（1）通过对矿山采空区详实的调研,掌握了充填采空区的分布情况及其赋存环境,分析了影响充填采空区的稳定性因素与主控因素。（2）构建纵向充填采空区群动力响应模型,利用数值模拟与现场监测数据与动力模型计算结果进行了对比分析,验证了该模型的可靠性,研究爆破荷载扰动作用下充填采空区群的动力响应衰减规律。研究结果表明:充填采空区群振动传递具有一定的延时性,充填体的振动频率衰减得最快。（3）借助数值模拟软件与动力...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
顶板冒落
华南理工大学硕士学位论文2图1-1顶板冒落图1-2地表塌陷论文在“国家重点研发计划项目”（2016YFC0600802）与国家自然科学基金面上项目（51974135）支持下，以某钨锡多金属矿为研究对象，通过现场踏勘调查，借助岩石力学、动力学和数值模拟等理论手段，构建了充填采空区群动力响应模型与数值模型，开展了纵向采空区群动力响应研究，分析了爆破落矿时纵向充填采空区群稳定性，探究其结构动力响应规律，提出了工程控制和抑灾措施，指导金属矿山安全高效生产。1.2国内外研究现状1.2.1岩体动力学研究钻爆法是矿山生产作业的常见手段之一，广泛应用于矿山的生产活动，岩体在爆破动荷载扰动下，不可避免产生振动与累积损伤，振动速度超过安全阈值或围岩岩石力学性质损伤弱化到一定程度时，会对矿柱、顶板产生不利影响，严重时，可能导致采空区失稳[13-17]，从而引发一系列的工程灾害事故。长期以来，岩体在爆破动荷载作用的研究一直是国内外研究者关注的焦点与热点，也是矿山开采设计的重要依据。目前国内外研究者主要从岩体损伤规律、动力响应、传递规律等三个方面开展相关研究。（1）岩体损伤规律研究韩森[21]等人在某磷矿地下开采巷道中开展了相关实地实验，采用超声波测试与岩石压缩试验，对比分析了爆破前后的岩石平均波速与抗压强度，研究表明，岩体的平均波速与抗压强度随爆心距增大而增大，从而得出了岩体的损伤规律。张国华等[22]人建立了爆炸损伤相关的计算模型，将现场实测的不同质点因爆炸产生
第一章绪论3的振动速度计算转化为该质点受到的爆炸压力，同时利用UDEC数值模拟软件模拟了岩体在不同的峰值振速荷载作用时，该岩石的损伤范围。朱和玲等[23]人在岩石损伤研究中引入了核磁共振技术，将岩石孔隙度与横向松弛时间作为判断依据，分析了岩石在受到爆破作用后的损伤范围，并采用该技术得到了岩石的孔隙度与该岩体的单轴抗压强度的关系，从而推出了岩体单轴抗压强度的计算预测模型。何理等[24]人从裂纹微观扩展角度出发，建立了质点振动速度岩体损伤计算模型。研究表明，岩体受到爆炸作用后产生的损伤，具有非线性累积特性，岩体损伤的累积增长速度与受到的爆炸作用次数呈负相关关系。闫长斌等人[25-27]在某地下金属矿山开展了大量的原位爆破、爆炸声波测试及相关试验，分析了爆炸声波在各类岩体中的传播特性。研究结果表明，岩体爆炸产生的声波的主频与该频域内的振幅比呈负相关趋势，随着质点与爆炸点距离增加，岩体声波谱变化程度减弱，建立了岩石损伤扩展判别模型。同时，运用小波变换技术，分析了在原位所测得的爆炸声波信号。胡英国[28]等人2012年归纳了我国目前5种常用的岩体损伤变量的定义方法，将这5种典型的爆破损伤模型成功导入了LS-DYNA数值模拟软件，运用该数值模拟软件，对比分析了这5种损伤模型计算结果与实测数据，校正了损伤模型计算结果与实测数据最为接近的一种损伤模型，从而推导得出了岩体的损伤模型（图1-3）。图1-3损伤区最大水平半径比[28]刘亮[29]等人基于岩体受到爆破作用后的破碎机制，提出了岩体在受到爆破作用后存
【参考文献】：
期刊论文
[1]高湿多尘采空区三维激光探测数据误差分析与修正[J]. 徐帅,侯朋远,梁瑞余,杜永亮. 东北大学学报(自然科学版). 2019(09)
[2]黄岗铁矿采空区稳定性评价及治理方案研究[J]. 甯瑜琳,姜凡均,林卫星. 矿业研究与开发. 2019(08)
[3]隧道爆破施工安全控制措施分析[J]. 张成俊. 煤矿爆破. 2019(03)
[4]基于熵权法和模糊理论的采空区稳定性分析[J]. 陈志强,王贻明,陈顺满,牛鹏. 矿业研究与开发. 2019(05)
[5]基于CMS探测技术的房柱采矿法采空区精细化探测及稳定性评价[J]. 杨福斗,李湘洋,刘海科,梁向阳,温世平,李恒. 黄金. 2019(05)
[6]深部岩体力学与开采理论研究进展[J]. 谢和平. 煤炭学报. 2019(05)
[7]白鹤滩坝址柱状节理玄武岩爆破损伤质点峰值振速安全阈值研究[J]. 夏文俊,卢文波,陈明,严鹏,刘达,胡浩然. 岩石力学与工程学报. 2019(S1)
[8]金属矿深部开采现状与发展战略[J]. 蔡美峰,薛鼎龙,任奋华. 工程科学学报. 2019(04)
[9]地下洞室爆破开挖诱发围岩损伤特性及PPV阈值研究[J]. 杨建华,吴泽南,姚池,蒋水华. 振动与冲击. 2019(02)
[10]节理充填岩体爆炸应力波传播规律模型试验与应用研究[J]. 陈雪峰,赵孝学,汪海波,马浪,王长柏. 中国安全生产科学技术. 2018(12)
博士论文
[1]爆炸荷载下围岩损伤断裂主动控制技术及机理研究[D]. 苏洪.中国矿业大学(北京) 2018
硕士论文
[1]基于拱架效应的充填采空区稳定性研究[D]. 陈鹏.华南理工大学 2018
[2]急倾斜薄矿脉采空区稳定性评价及残留矿柱回采方案研究[D]. 黄超.江西理工大学 2017
[3]爆破动载作用下出矿巷道稳定性研究[D]. 韩晓亮.江西理工大学 2016
[4]爆炸作用下裂隙岩体裂纹扩展模拟试验研究[D]. 杨鑫.西南科技大学 2015
[5]微差起爆时间对地下采场爆破效果影响分析研究[D]. 陈英.武汉工程大学 2014
本文编号：3448688
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
顶板冒落
华南理工大学硕士学位论文2图1-1顶板冒落图1-2地表塌陷论文在“国家重点研发计划项目”（2016YFC0600802）与国家自然科学基金面上项目（51974135）支持下，以某钨锡多金属矿为研究对象，通过现场踏勘调查，借助岩石力学、动力学和数值模拟等理论手段，构建了充填采空区群动力响应模型与数值模型，开展了纵向采空区群动力响应研究，分析了爆破落矿时纵向充填采空区群稳定性，探究其结构动力响应规律，提出了工程控制和抑灾措施，指导金属矿山安全高效生产。1.2国内外研究现状1.2.1岩体动力学研究钻爆法是矿山生产作业的常见手段之一，广泛应用于矿山的生产活动，岩体在爆破动荷载扰动下，不可避免产生振动与累积损伤，振动速度超过安全阈值或围岩岩石力学性质损伤弱化到一定程度时，会对矿柱、顶板产生不利影响，严重时，可能导致采空区失稳[13-17]，从而引发一系列的工程灾害事故。长期以来，岩体在爆破动荷载作用的研究一直是国内外研究者关注的焦点与热点，也是矿山开采设计的重要依据。目前国内外研究者主要从岩体损伤规律、动力响应、传递规律等三个方面开展相关研究。（1）岩体损伤规律研究韩森[21]等人在某磷矿地下开采巷道中开展了相关实地实验，采用超声波测试与岩石压缩试验，对比分析了爆破前后的岩石平均波速与抗压强度，研究表明，岩体的平均波速与抗压强度随爆心距增大而增大，从而得出了岩体的损伤规律。张国华等[22]人建立了爆炸损伤相关的计算模型，将现场实测的不同质点因爆炸产生
第一章绪论3的振动速度计算转化为该质点受到的爆炸压力，同时利用UDEC数值模拟软件模拟了岩体在不同的峰值振速荷载作用时，该岩石的损伤范围。朱和玲等[23]人在岩石损伤研究中引入了核磁共振技术，将岩石孔隙度与横向松弛时间作为判断依据，分析了岩石在受到爆破作用后的损伤范围，并采用该技术得到了岩石的孔隙度与该岩体的单轴抗压强度的关系，从而推出了岩体单轴抗压强度的计算预测模型。何理等[24]人从裂纹微观扩展角度出发，建立了质点振动速度岩体损伤计算模型。研究表明，岩体受到爆炸作用后产生的损伤，具有非线性累积特性，岩体损伤的累积增长速度与受到的爆炸作用次数呈负相关关系。闫长斌等人[25-27]在某地下金属矿山开展了大量的原位爆破、爆炸声波测试及相关试验，分析了爆炸声波在各类岩体中的传播特性。研究结果表明，岩体爆炸产生的声波的主频与该频域内的振幅比呈负相关趋势，随着质点与爆炸点距离增加，岩体声波谱变化程度减弱，建立了岩石损伤扩展判别模型。同时，运用小波变换技术，分析了在原位所测得的爆炸声波信号。胡英国[28]等人2012年归纳了我国目前5种常用的岩体损伤变量的定义方法，将这5种典型的爆破损伤模型成功导入了LS-DYNA数值模拟软件，运用该数值模拟软件，对比分析了这5种损伤模型计算结果与实测数据，校正了损伤模型计算结果与实测数据最为接近的一种损伤模型，从而推导得出了岩体的损伤模型（图1-3）。图1-3损伤区最大水平半径比[28]刘亮[29]等人基于岩体受到爆破作用后的破碎机制，提出了岩体在受到爆破作用后存
【参考文献】：
期刊论文
[1]高湿多尘采空区三维激光探测数据误差分析与修正[J]. 徐帅,侯朋远,梁瑞余,杜永亮. 东北大学学报(自然科学版). 2019(09)
[2]黄岗铁矿采空区稳定性评价及治理方案研究[J]. 甯瑜琳,姜凡均,林卫星. 矿业研究与开发. 2019(08)
[3]隧道爆破施工安全控制措施分析[J]. 张成俊. 煤矿爆破. 2019(03)
[4]基于熵权法和模糊理论的采空区稳定性分析[J]. 陈志强,王贻明,陈顺满,牛鹏. 矿业研究与开发. 2019(05)
[5]基于CMS探测技术的房柱采矿法采空区精细化探测及稳定性评价[J]. 杨福斗,李湘洋,刘海科,梁向阳,温世平,李恒. 黄金. 2019(05)
[6]深部岩体力学与开采理论研究进展[J]. 谢和平. 煤炭学报. 2019(05)
[7]白鹤滩坝址柱状节理玄武岩爆破损伤质点峰值振速安全阈值研究[J]. 夏文俊,卢文波,陈明,严鹏,刘达,胡浩然. 岩石力学与工程学报. 2019(S1)
[8]金属矿深部开采现状与发展战略[J]. 蔡美峰,薛鼎龙,任奋华. 工程科学学报. 2019(04)
[9]地下洞室爆破开挖诱发围岩损伤特性及PPV阈值研究[J]. 杨建华,吴泽南,姚池,蒋水华. 振动与冲击. 2019(02)
[10]节理充填岩体爆炸应力波传播规律模型试验与应用研究[J]. 陈雪峰,赵孝学,汪海波,马浪,王长柏. 中国安全生产科学技术. 2018(12)
博士论文
[1]爆炸荷载下围岩损伤断裂主动控制技术及机理研究[D]. 苏洪.中国矿业大学(北京) 2018
硕士论文
[1]基于拱架效应的充填采空区稳定性研究[D]. 陈鹏.华南理工大学 2018
[2]急倾斜薄矿脉采空区稳定性评价及残留矿柱回采方案研究[D]. 黄超.江西理工大学 2017
[3]爆破动载作用下出矿巷道稳定性研究[D]. 韩晓亮.江西理工大学 2016
[4]爆炸作用下裂隙岩体裂纹扩展模拟试验研究[D]. 杨鑫.西南科技大学 2015
[5]微差起爆时间对地下采场爆破效果影响分析研究[D]. 陈英.武汉工程大学 2014
本文编号：3448688
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