冬瓜山铜矿频繁爆破开采下围岩变形与破坏机理研究

摘要

在大规模开采的深部矿山中，采场底部结构通常处于高静应力和频繁的爆破开采动力扰动状态，其围岩稳定性很难保障。本文结合“多盘区多采场大规模高应力动力扰动复杂条件下岩层破坏机理及其控制技术研究”科研课题，以冬瓜山铜矿为工程背景，通过理论分析、现场监测、室内试验和数值模拟等方法，对冬瓜山铜矿出矿巷道围岩的变形与破坏机理进行研究。主要研究内容和成果如下:
　　(1)通过冬瓜山铜矿现场爆破监测得到围岩振动速度，结合理论模型，验证了冬瓜山采场爆破可对中远区围岩产生破坏，并计算了多次爆破作用下的累积损伤。
　　(2)在室内进行了岩石高静应力下的循环动力扰动试验，得到了高应力下，平均应力和循环应力幅值的改变对岩石的寿命具有明显影响，它们与破坏时的循环次数之间呈负指数关系;高应力下，随着循环冲击次数的增多，岩石的弹性模量先增大后减小，最大应变先减小后增大;岩石在循环冲击作用下，呈碎裂呈碎裂化破坏，而在循环加卸载下呈单斜剪切破坏，并伴有许多纵向张拉破裂面。
　　(3)运用FLAC3D建立了冬瓜山铜矿开采空间状态动态模型，同时对每步爆破开采下围岩参数进行劣化处理。得到了冬瓜山铜矿围岩在开挖应力重新分布过程和爆破振动的影响下的应力、位移和塑性区变化规律。
　　(4)运用数值模拟和现场调查，分析了冬瓜山铜矿出矿巷道支护效果，得出现有支护主要问题是:局部围岩应力高，锚杆强度不够;巷道整体位移大，变形大，浇筑混凝土支护能达到强度要求但不满足刚度要求;围岩受爆破振动碎胀化破坏严重。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 问题的提出及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 岩体工程多次爆破对围岩影响研究

1．2．2 室内岩石循环加卸载、循环冲击试验研究

1．2．3 深部围岩变形、破坏机理研究

1．3 主要研究内容与技术路线

1．4 主要创新点

2 冬瓜山铜矿频繁爆破开采扰动机理

2．1 引言

2．2 频繁爆破作用围岩损伤机理

2．2．1 岩石爆破作用机制与分区

2．2．2 爆破作用下围岩裂纹产生与扩展

2．2．3 频繁爆破作用下围岩损伤累积特性分析

2．3 高应力开挖卸荷对围岩扰动

2．3．1 瞬态卸荷扰动

2．3．2 准动态卸荷扰动

2．4 冬瓜山铜矿爆破作用监测

2．4．1 爆破振动测试系统

2．4．2 监测点布置与测试

2．4．3 现场监测与监测结果

2．4．4 围岩爆破监测结果损伤分析

2．5 本章小结

3 高应力循环动力扰动试验研究

3．1 引言

3．2 高应力循环加卸载试验

3．2．1 试验设备及准备工作

3．2．2 试验方案

3．2．3 试验结果及分析

3．3 高应力循环冲击试验

3．3．1 试验设备及试验方案

3．3．2 试验结果

3．3．3 矽卡岩试验结果分析

3．4 本章小结

4 高应力矿山频繁爆破开采数值模拟

4．1 引言

4．2 冬瓜山铜矿开采方法与计算模型

4．2．1 冬瓜山铜矿开采概况

4．2．2 数值模拟计算区域选择

4．2．3 数值计算几何模型

4．3 数值计算

4．3．1 爆破开挖作用下岩体参数劣化

4．3．2 静力边界条件与初始应力

4．3．3 计算条件与计算方案

4．4 计算结果分析与讨论

4．4．1 应力变化过程

4．4．2 位移变化过程

4．4．3 塑性区变化过程

4．5 本章小结

5 冬瓜山铜矿采场出矿巷道支护研究

5．1 引言

5．2 冬瓜山出矿巷道现有支护分析

5．2．1 冬瓜山出矿巷道支护概况

5．2．2 出矿巷道围岩支护数值分析

5．2．3 现场破坏调查与数值模拟综合分析

5．2．4 支护破坏模式总结

5．3 频繁爆破开采高应力复杂巷道强化支护改进要点

5．4 本章小结

6 结论与展望

6．1 全文主要结论

6．2 不足与展望

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文及成果

致谢