爆破荷载作用对节理巷道围岩损伤实验与数值模拟研究

发布时间：2017-10-08 05:06

  本文关键词：爆破荷载作用对节理巷道围岩损伤实验与数值模拟研究

  更多相关文章： 岩体力学 节理巷道 爆破损伤 数值模拟

【摘要】：随着我国经济的快速发展,矿产资源的需求量越来越大,很多露天矿转入了地下开采,越来越多的巷道将被开挖和使用。地下矿山巷道施工不仅要保证矿产资源开采工作的正常进行,而且还要加强巷道围岩的稳定性,保护施工人员的安全。巷道围岩中存在的裂隙缺陷和爆破开挖扰动会对巷道围岩产生损伤和破坏,直接影响巷道的安全和稳定性。如何减少因爆破开挖产生的围岩变形损伤,使巷道围岩损伤范围被控制在巷道支护要求中,加强巷道围岩的稳定性,成为岩石力学研究的重要课题。因此,开展爆破荷载作用下节理巷道围岩的损伤研究就具有非常重要的意义。为了研究动荷载作用下节理巷道的损伤情况,本文以某矿山为背景资料,用实验研究和数值模拟相结合的方法,开展了爆破荷载作用对节理巷道围岩损伤实验与数值模拟研究。得到如下结论:(1)利用相似理论,分别浇筑完整岩体和节理岩体两个实验模型,对节理岩体进行了循环开挖实验研究,第一阶段人工开挖,第二、三阶段爆破开挖,分析相似模型巷道围岩爆破损伤特征、损伤程度与巷道稳定性之间的关系。爆破荷载对节理巷道围岩的影响具有方向性,爆破产生的损伤裂纹主要以径向裂纹为主;开挖后,节理巷道没有坍塌,锚杆起到了很好的支护作用。(2)用FLAC3D软件模拟了节理和完整巷道中爆轰波的传播特性。爆轰波在传播过程中都产生一定程度的衰减,但是节理的存在增大了爆轰波的衰减幅度,相比完整岩体,爆轰波在节理岩体中衰减的更快。(3)模拟研究了在爆破荷载作用下节理加锚和完整加锚巷道在循环开挖过程中对巷道的损伤范围。岩体完整时,循环开挖对巷道拱顶的最大损伤范围为30 cm,在节理岩体中,循环开挖对巷道拱顶的最大损伤范围为40 cm。(4)巷道开挖后,完整巷道和节理巷道拱顶、两帮、底板的最大位移量变化趋势基本一致,先慢慢增大到最大位移后减小到一定值。爆破循环开挖后,完整岩体的最大位移量为9.2 mm,节理岩体的最大位移量为17.35 mm。相比完整岩体,在节理岩体中的位移量是它的1.87倍。通过对比节理巷道和完整巷道围岩的爆破损伤数值模拟结果,发现在有节理巷道中拱顶的损伤破坏区域明显超过了锚杆的支护范围,建议增加节理巷道拱顶锚杆的长度,以扩大支护范围,加强巷道围岩的稳定性。
【关键词】：岩体力学 节理巷道 爆破损伤 数值模拟
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD353
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 研究背景和意义12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2.1 围岩爆破损伤机理研究现状13-14
• 1.2.2 爆破荷载作用对围岩损伤范围的影响14-15
• 1.2.3 爆破荷载作用对围岩锚固效果的影响15-16
• 1.3 本文研究内容及研究方法16-17
• 1.4 本文的研究思路和创新点17-20
• 1.4.1 研究思路17-18
• 1.4.2 创新点18-20
• 第二章 爆破荷载作用下围岩损伤破坏机理20-26
• 2.1 巷道围岩爆破损伤理论20-21
• 2.1.1 围岩爆破理论模型20-21
• 2.1.2 爆破开挖对巷道围岩的损伤21
• 2.2 巷道围岩爆破损伤模型和损伤变量21-22
• 2.3 围岩损伤破坏的影响因素及变形特征22-24
• 2.3.1 爆破过程高应变率对围岩的损伤影响22-23
• 2.3.2 爆破荷载作用下巷道围岩爆破损伤的形成23-24
• 2.4 本章小结24-26
• 第三章 爆破荷载作用巷道围岩损伤的实验研究26-36
• 3.1 引言26
• 3.2 相似原理和相似系数26-28
• 3.2.1 相似原理26-27
• 3.2.2 相似系数确定27-28
• 3.3 爆破损伤试验研究28-33
• 3.3.1 制作模型28-31
• 3.3.2 巷道围岩的支护设计31-32
• 3.3.3 爆破开挖实验32-33
• 3.4 实验结果分析33-34
• 3.5 本章小结34-36
• 第四章 节理巷道围岩爆破损伤数值模拟研究36-54
• 4.1 数值模拟软件简介36-37
• 4.2 建立数值模型37-38
• 4.2.1 基本假设37
• 4.2.2 基本参数37-38
• 4.2.3 初始条件与边界条件38
• 4.3 节理巷道爆轰波的传播特征38-42
• 4.4 爆破荷载作用下巷道围岩的应力变形特征42-48
• 4.4.1 围岩应力变化特性42-44
• 4.4.2 围岩应变特性44-48
• 4.5 节理加锚巷道的爆破损伤范围48-53
• 4.6 本章小结53-54
• 第五章 完整巷道围岩的爆破损伤数值模拟研究54-70
• 5.1 完整巷道中爆轰波的传播54-55
• 5.2 爆破荷载作用下完整巷道围岩的应力变形特征55-61
• 5.2.1 围岩应力变化特性55-57
• 5.2.2 围岩应变特性57-61
• 5.3 完整巷道爆破损伤范围61-66
• 5.4 节理和完整巷道爆破损伤模拟结果对比66-69
• 5.5 本章小结69-70
• 第六章 结论与展望70-72
• 6.1 结论70
• 6.2 展望70-72
• 参考文献72-80
• 攻读硕士学位期间发表的科研成果80-82
• 致谢82

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 华庆;巷道掘进施工与机械化研讨会论文选集[J];建井技术;1992年Z1期

2 秦忠诚，，翟德元;巷道掘进率逐步回归模型及其应用[J];中国煤炭;1996年12期

3 邹喜正,李华祥;平行相邻巷道间距的确定[J];江苏煤炭;1997年01期

4 赵传卿;巷道掘进中处理破碎塌方区的实践[J];有色矿山;1999年01期

5 路增祥;含水构造的巷道通过方法探讨[J];黄金;2000年12期

6 姚凤林,张忠良,刘景林;夹角给向法在巷道掘进中的应用[J];河北煤炭;2003年01期

7 赵士喜;付英俊;;宽幅巷道掘进及支护在新立矿二井的应用[J];黑龙江科技信息;2003年10期

8 王子雄,燕子彪;如何提高掘进巷道的质量[J];同煤科技;2004年01期

9 王立新,崔宣存,任平来;浅谈立面交叉点巷道的施工[J];水力采煤与管道运输;2004年03期

10 安福龙,姚玉红;影响巷道掘进的原因及防范措施[J];科技情报开发与经济;2005年11期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 廖健康;;水体下巷道掘进安全性评价[A];中国煤炭学会矿井地质专业委员会、中国煤炭工业劳动保护科学技术学会水害防治专业委员会2005年学术交流会论文集[C];2005年

2 徐颖;孙勇;;巷道掘进爆破震动对围岩影响的数值模拟研究[A];矿山建设工程技术新进展——2009全国矿山建设学术会议文集（上册）[C];2009年

3 钱沛云;;巷道掘进设备的现状与发展[A];加入WTO和中国科技与可持续发展——挑战与机遇、责任和对策（上册）[C];2002年

4 王启锦;;巷道掘进的超欠挖控制[A];创新推动新型煤炭工业体系建设和安全健康发展——2010年湘赣皖闽苏等多省（市）煤炭学会学术交流暨湖南省煤炭科技论坛论文集[C];2010年

5 许世银;李志康;;巷道穿泥石流型断层破碎带施工技术[A];全国矿山建设学术会议论文选集（下册）[C];2004年

6 马炳镇;李貅;;井下直流电法超前探测-巷道影响研究[A];陕西地球物理文集（十）--资源与灾害地球物理[C];2011年

7 陶文猛;;底车场“近”突出煤层顶底板巷道层位控制与预测[A];2010年度淮南矿业集团煤炭学会学术交流会论文汇编（二）·地质专业[C];2010年

8 杨海波;林雪华;;不同风速下盲中段独头巷道掘进通风数值研究[A];2010'中国矿业科技大会论文集[C];2010年

9 孙玉超;;巷道工作面预注黏土水泥浆[A];全国矿山建设学术会议论文选集（下册）[C];2003年

10 张晓峰;贺华;代晓峰;;掘进巷道超前探放水工程技术探讨[A];煤矿水害防治技术研究——陕西省煤炭学会学术年会论文集（2013）[C];2013年

中国重要报纸全文数据库 前6条

1 洪浪;四台矿提高巷道掘进效率[N];中国矿业报;2014年

2 高文明 中煤五建一处屯留矿南风井项目部;巷道掘进防治水技术[N];科学导报;2014年

3 ;煤矿安全生产知识问答（二）[N];中国矿业报;2002年

4 高国民邋刘绍栋;宋朝龙的“安全掘进工作法”[N];经理日报;2008年

5 田玉龙;大山深处“淘金”人[N];张掖日报;2006年

6 欧阳宝塔　褚遵强;五大保障提升安全“支撑力”[N];中华合作时报;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前9条

1 李潇旋;断层带瓦斯突出对巷道围岩动力效应及防护研究[D];郑州大学;2015年

2 贺致芬;掘进巷道瓦斯扩散的三维可视化仿真[D];中国矿业大学;2015年

3 王红星;深部硬岩巷道侧帮钻孔爆破卸压数值模拟研究[D];西安建筑科技大学;2016年

4 徐华清;爆破荷载作用对节理巷道围岩损伤实验与数值模拟研究[D];南华大学;2016年

5 张智华;旧采区二次掘进巷道围岩控制机理研究[D];太原理工大学;2015年

6 葛亚飞;火灾时期地下矿巷道系统风流状态仿真方法研究[D];西安建筑科技大学;2009年

7 王斌;锚固长度对巷道围岩支护作用的数值模拟研究[D];安徽理工大学;2015年

8 张朝波;独头巷道掘进风流场分析及通风优化[D];中南大学;2014年

9 王亮亮;巷道超前支护液压支架的研究[D];河北工程大学;2014年

本文编号：992120