資源的深部開采是未來礦業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì),也是我國(guó)“深地”規(guī)劃戰(zhàn)略的重要發(fā)展方向。眾多研究資料表明,深部巖體在高地應(yīng)力的地質(zhì)環(huán)境中表現(xiàn)出高度的非線性,受強(qiáng)擾動(dòng)開采時(shí)會(huì)誘發(fā)巖爆、微震等一系列動(dòng)力災(zāi)害,這些災(zāi)害的本質(zhì)是能量非線性演化至災(zāi)變的過程,因此,從能量角度出發(fā)研究巷道失穩(wěn)問題更加有效。本文采用理論分析、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬和井下試驗(yàn)相結(jié)合的研究方法,對(duì)深部巷道失穩(wěn)破壞過程中圍巖體能量場(chǎng)演化機(jī)制及高阻尼吸能錨桿的動(dòng)態(tài)吸能特性開展了系統(tǒng)研究。（1）圍巖變形破壞本質(zhì)是能量積聚、耗散和釋放綜合作用結(jié)果。在彈性力學(xué)理論框架下,根據(jù)Hoek-Brown強(qiáng)度準(zhǔn)則,推導(dǎo)距臨空面不同位置巖體彈性應(yīng)變能積聚和釋放分布規(guī)律;由線彈性斷裂力學(xué),采用壓剪滑移模型研究裂紋擴(kuò)展的摩擦熱能和表面能。考慮到高應(yīng)力環(huán)境下,巖體裂紋尖端塑性變形所耗散塑性能越發(fā)凸顯,根據(jù)雙剪統(tǒng)一強(qiáng)度理論確定Ⅰ-Ⅱ復(fù)合型裂紋尖端的塑性區(qū)邊界曲線方程,據(jù)此結(jié)合彈塑性力學(xué)獲得了塑性變形的塑性能�；诹鸭y擴(kuò)展能量平衡,結(jié)合算例分析各部分能量空間展布。（2）對(duì)于巖爆災(zāi)害時(shí)空演化規(guī)律復(fù)雜性,開展了不同硐徑比的圓形模型巷道雙向加載試驗(yàn)再現(xiàn)巖爆現(xiàn)象。試驗(yàn)時(shí)輔... 

【文章來源】：北京科技大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：174 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１－１世界上幾處開釆深度超過２５００?ｍ的金屬礦井??－１?－??

開采深度??達(dá)１４００ｍ、山東玲瓏金礦采深１１５０ｍ、山東三山島金礦開采深度接近１０５０ｍ、??金川二礦區(qū)采深ｌ〇〇〇ｍ，此外會(huì)澤鉛鋅礦、六苴銅礦、文峪金礦、憧關(guān)中金??礦、阿舍勒銅礦等礦山都己逐步進(jìn)入深部開采階段［８１。按目前的開采進(jìn)度，??我國(guó)金屬礦山幵采深度每年以１０？２５ｍ增加，在未來１０？１５年內(nèi)，預(yù)計(jì)有三??分之一的金屬礦山達(dá)到或超過１０００ｍ，其中最深開采深度可達(dá)２０００ｍ以上，??金屬礦山超千米開采是未來發(fā)展的必然趨勢(shì)［９］。我國(guó)采深ｌ〇〇〇ｍ以上金屬礦??山統(tǒng)計(jì)如圖１－２所示。??－２。。－?■■■■■■■■■■■■■■■■??Ｈ年■皮礴■■■■瓜西舍山…約長(zhǎng)??－４００－?ＩＩＩ??－ｒ梓■＊■■■■■銅醒銅金礦洲鐵??＾?－６００－?Ｉ??￥＝?Ｈ?Ｉ，？??－１４００－?■?■■■■??－１６００－?■??圖１－２我國(guó)采深１０００ｍ以上金屬礦山統(tǒng)計(jì)??大量工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，隨著采礦作業(yè)不斷向深部發(fā)展，巖體所處地質(zhì)力學(xué)??環(huán)境環(huán)境愈加復(fù)雜，即高地應(yīng)力、高孔隙水壓、高地溫及動(dòng)力擾動(dòng)環(huán)境，使??巖體的基本力學(xué)特征、組織結(jié)構(gòu)及工程響應(yīng)發(fā)生根本性變化，進(jìn)而誘使巖爆、??冒頂、巖塊彈射等動(dòng)力災(zāi)害發(fā)生頻率愈加頻繁、破壞強(qiáng)度急劇加大，且時(shí)常??造成工作面、設(shè)備損壞，威脅工作人員生命安全以巖爆為例，最早記錄??可追溯到１８世紀(jì)３０年代英國(guó)萊比錫煤礦。此后世界上２０多個(gè)國(guó)家，如南非、??美國(guó)、前蘇聯(lián)、印度、智利、瑞典等各地的硬巖礦山等相繼發(fā)生各種強(qiáng)度不??等的巖爆。南非采礦是世界上擁有深部豎井最多的國(guó)家，開采深度可達(dá)??２０００？４５００ｍ。據(jù)統(tǒng)計(jì)在１９８７？１９９５年，因巖爆事件引起的死亡率占南非采礦??

?北京科技大學(xué)博士學(xué)位論文???弱，新舊裂紋擴(kuò)展所耗散表面能、塑性熱能、摩擦熱能和輻射能大幅度增加；??應(yīng)變軟化階段（Ｖ），裂隙沿最大主應(yīng)力方向快速貫通，前期積聚彈性能??釋放出來，轉(zhuǎn)化為表面能、熱能、碎塊彈射能等。各種能量間轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖??３－１所示。??外力做功??局部應(yīng)力集中?？灘方育??，＿＿ｖ＿＿?ｍ????裂散?丨應(yīng)變“存Ｉ?｜斷＾能｜?ｃ＝＞新｜｜Ｓ散??｜?１Ｓ?｜?Ｉ裂ｌｉｇ敢Ｉ丨麵放Ｉ??，５??摩擦織｜?｜獅｜丨聲織｜?ｊ謝能??圖３－１巖石變形破壞過程中能量轉(zhuǎn)化關(guān)系??３．２圍巖破裂過程能置積聚與釋放??３．２．１彈性能分布特征??深部金屬資源開采前巖體處于三維受力狀態(tài)分別為尸、ｇ和Ｏｚ，其中戶和??＜７為水平向應(yīng)力，〇ｚ，為垂直向應(yīng)力。假設(shè)巖體開挖前為均質(zhì)、連續(xù)和各向同??性的彈性體，且沿硐室掘進(jìn)方向不產(chǎn)生變形，即可視為平面問題。硐室力學(xué)??計(jì)算模型如圖３－２所示。??ｆ?ｔ?Ｉ?Ｉ?｜?Ｉ?Ｉ?；?１??：＾１：??ｒ?暑—??？?：：??Ｉ??＂１?￣￣ｆ￣ｆ￣ｉ￣￣ｔ￣ｆ￣ｆ￣ｒ??圖３－２硐室應(yīng)力計(jì)算模型??圍巖內(nèi)彈性應(yīng)變能是一個(gè)標(biāo)量，可以衡量單位體積內(nèi)巖體儲(chǔ)存能量大校??由胡克定律可以獲得彈性應(yīng)變能計(jì)算公式為：??－１９－??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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[7]高地應(yīng)力條件下圍巖劈裂破壞的力學(xué)機(jī)理及其能量分析模型研究[D]. 劉寧.山東大學(xué) 2009
[8]溫度載荷作用下花崗巖力學(xué)性質(zhì)演化及其微觀機(jī)制研究[D]. 徐小麗.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008

碩士論文
[1]加載速率影響的巖石變形場(chǎng)演化及聲發(fā)射特征實(shí)驗(yàn)研究[D]. 邢同振.北方工業(yè)大學(xué) 2017



本文編號(hào)：3105640