基于HJC强度准则的巷道围岩动态失稳数值模拟研究

摘要

冲击地压是煤矿开采中最为突出的矿井动力灾害之一，严重威胁煤矿的安全生产，造成了巨大的经济损失。但针对冲击地压条件下巷硐稳定的数值模拟分析，大都采用静态本构关系，不能更好的理解围岩破坏机制。本文针对义马跃进矿25110工作面和千秋矿21032回风上山具体冲击事件案例进行分析，通过理论分析和数值模拟等方法对冲击地压条件下巷道围岩的响应规律进行探究，提出了冲击矿压能量判据，进而为煤矿冲击矿压的预测提供新思路。 针对义煤公司跃进矿25110工作面、千秋矿21032回风上山现场冲击破坏状况，结合微震监测数据，分析了大能量事件的频谱特征以及冲击地压产生的原因。采用快速傅立叶变换（FFT）方法分析了上述两个矿的冲击地压频谱特征，结果表明：冲击地压下主震的低频成分所占比例较大，主频主要分布在5~50Hz之间。通过设计一系列静态实验和动态冲击实验，得出了适用于岩石材料HJC模型参数的确定方法。即通过室内单轴岩石力学实验得到其基本力学参数；对于状态方程中压力参数的确定方法可以通过Hugoniot冲击实验数据确定；对于极限面参数和应变率参数的确定方法可以通过霍普金森压杆（SHPB）实验确定；对于损伤参数的确定方法通过在万能试验机上对试件进行循环压缩实验来确定。采用正交数值模拟方法，以塑性应变能量密度分布特征为评判指标，研究了震源冲击位置、波形频率、扰动强度、巷道断面形状及埋深等因素对巷道围岩稳定性的影响。采用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件分析了巷道围岩在静态扩展D-P强度准则和动态HJC强度准则作用下的变形破坏特征，结果表明：扰动强度a=2.0m/s2、频率f=40Hz、埋深H=1000m、冲击位置?=180°、巷道断面形式为马蹄形时，塑性应变能量密度最大，巷道围岩冲击倾向性最高。基于在已有能量密度判据的基础上，提出了冲击矿压能量判据准则，确定以能量判据来衡量围岩能量积聚程度，量化冲击矿压倾向性指标，使得判据更具合理性。

目录

第一个书签之前