大台井岩巷岩爆发生机理及预防措施研究

摘要

岩爆是高地应力条件下地下工程开挖过程中，硬脆性围岩因开挖卸荷导致洞壁应力重新分布，储存于岩体中的弹性应变能突然释放，因而产生爆裂松脱、剥落、弹射甚至抛掷现象的一种动力失稳地质灾害。其危害较大。大台井岩爆类型为巷道围岩表部岩石破碎爆裂弹射的混合应力型。随采深增加岩爆的烈度等级加大。本文根据工程实际，作了以下工作： 根据大台井岩爆现象及其力学参数测试，确定了大台井岩爆发生的主要影响因素，建立了岩爆的尖点突变模型。 通过岩爆平面应变和三维相似模型模拟试验，模拟了大台井岩爆产生过程、产生地点及产生岩爆的岩巷破坏机理及破坏形态，得出发生岩爆的岩巷变形规律。 借助于ANSYS有限元分析软件，对巷道周围应力场进行了三维数值模拟分析，并探讨了超前钻孔应力释放预防岩爆的具体施工措施。

目录

文摘

英文文摘

1.绪论

1.1选题依据和研究意义

1.2国内外研究现状

1.2.1关于岩爆的定义

1.2.2岩爆烈度分级研究现状

1.2.3岩爆形成机制研究现状

1.3本文主要工作

2大台井概况及基本力学参数测试

2.1大台井概况

2.1.1井田概况

2.1.2井田地质构造

2.1.3煤系及煤层

2.2基本力学参数测试

2.2.1实验仪器设备实验原理

2.2.2实验原理

2.2.3实验原始数据

2.2.4大台井岩石物理力学性质测定结果

3大台井岩巷掘进岩爆发生机理

3.1岩爆的发生条件及影响因素

3.2巷道岩爆的发生条件

3.3巷道岩爆的尖点突变模型

3.3.1岩爆尖点突变模型

3.3.2岩石的本构模型(三次曲线软化模型)

4物理相似模拟实验

4.1相似理论

4.1.1相似原理

4.1.2相似概念

4.1.3相似定理

4.2相似材料模型法

4.2.1相似材料模型法的基本概念

4.2.2相似材料模型法的单值条件和相似判据

4.3大台井深部岩巷掘进岩爆平面应变模拟试验研究

4.3.1研究目的

4.3.2-410m巷道模拟基本条件

4.3.3岩巷模拟范围的确定

4.3.4相似模型参数的计算

4.3.5相似材料配比的选择

4.3.6平面加载试验台结构尺寸及模型装填设计

4.3.7平面模型加载计算

4.3.8试验结果及分析

4.4大台井岩巷岩爆三维模型相似模拟试验研究

4.4.1模拟基本条件

4.4.2模拟范围的确定

4.4.3相似模型设计

4.4.4相似模型参数的计算

4.4.5模型上相似材料配比强度的选择

4.4.6模型上煤层和各岩层尺寸的计算

4.4.7相似模型装填设计

4.4.8模型上观测仪器设置

4.4.9模型上载荷计算

4.4.10观测结果及分析

5超前钻孔法的数值模拟

5.1钻孔卸压原理

5.2钻孔卸压法的巷道布置方式

5.2.1基于ANSYS软件的数值模拟

5.3本章小结

结论

致谢

攻读学位期间所发表的论文和参与的课题

参考文献