基于改进损伤本构模型的中深部难动用铁矿回采累积损伤规律研究

摘要

随着地下矿山中难动用矿产资源回采的持续推进，多次爆破作用所引起的采场岩体的累积损伤问题日益凸显，且中深部较高的地应力会进一步影响多次爆破作用下采场围岩的累积损伤，采空区的稳定性将会因此而降低，进而会危及在采空区作业的施工人员和设备的安全并影响回采施工的进度。因此，本文以程潮铁矿西区保安矿柱爆破回采工程为研究对象，通过改进损伤本构模型比选出最佳回采方式和最优回采顺序，分析复杂采空区中多次爆破回采作用下采场岩体的累积损伤规律，并探讨了不同地应力下动静力组合作用对于岩体累积损伤规律的影响，从而根据累积损伤规律为实际爆破回采工程提供指导性建议。本文的主要研究内容及结论如下：
　　（1）现有损伤本构模型大多难以同时反映岩体爆破开挖过程中的高应变率效应与损伤程度，故本文基于损伤变量形成了改进的拉伸-压剪损伤本构模型，并通过岩石爆破破坏分区理论成果及现场观测成果对其进行了验证。
　　（2）基于自定义损伤本构，从矿区岩体损伤的角度评估了不同回采方式下矿区的稳定性，并结合经济性的原则比选出了最佳的回采方式，而后利用多次爆破回采下采场岩体的累积损伤情况综合选出了最优的回采顺序。
　　（3）通过分析多次爆破对于岩体损伤的影响，得出了复杂采空区中多次爆破作用对中远区及爆破近区岩体累积损伤影响的规律以及损伤较大、需要重点监测或支护的区域，并根据对累积损伤影响较大的因素，即爆心距及空区，给出了在需保护区域与爆心之间预先钻孔的方式来减小累积损伤。
　　（4）在动静力组合作用下，采场岩体总损伤量和爆破近区岩体损伤范围都随地应力的增大而先减小后增大，而中远区岩体的累积损伤效应随地应力的增大却越来越显著。故在实际施工中应因地制宜，针对不同埋深调整单段药量、开挖进尺等参数，并优化爆破设计，从而使地应力对多次爆破下岩体累积损伤的影响降到最低。
　　（5）当地应力不断增大时，因围岩夹制作用的增强会抑制损伤发展，地应力重分布会加剧损伤发展，爆炸荷载造成的岩体累积损伤增量先减小后增大。但当地应力增大到一定程度后，地应力多次重分布对于爆炸荷载所引起的岩体累积损伤增量会起主导作用，故此时为保证采空区的稳定性应严格控制每次爆破开采的矿石量。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容及技术路线

第2章 岩石爆破破坏理论及爆破作用下岩体累积损伤特性

2.1 岩石爆破破坏机理及破坏分区

2.2 爆破动载荷作用下岩体裂纹的萌生与发展

2.3 爆破作用下岩体累积损伤机理分析

2.4 本章小结

第3章 改进的岩体损伤本构模型

3.1 改进岩体损伤本构模型损伤演化机制

3.2 自定义拉压损伤本构嵌入动力有限元程序

3.3 基于岩石爆破破坏分区理论的损伤模型验证

3.4 基于工程实例的损伤模型验证

3.5 本章小结

第4章 基于KUS-RDA损伤本构模型的回采方案优化研究

4.1 不同回采方式下单次爆破引起岩体损伤对比分析

4.2 不同回采顺序下多次爆破引起岩体累积损伤对比分析

4.3 复杂采空区中多次爆破作用下岩体累积损伤规律研究

4.4 本章小结

第5章 考虑不同地应力条件的动静力组合作用诱发围岩累积损伤规律研究

5.1 动静力组合作用下岩体累积损伤机理

5.2 不同地应力下爆破回采引起的岩体累积损伤规律分析

5.3 地应力多次重分布引起的岩体累积损伤规律分析

5.4 不同地应力下各次爆破引起岩体累积损伤增量的分析

5.5 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

硕士期间发表的学术论文及参与的主要科研项目