基于渗流-应力场耦合的地下连续采矿围岩稳定性仿真实验

富水条件下,地下采矿工程的稳定性必须要考虑渗流作用的影响。以某矿山为研究对象,采用有限元连续介质分析法,模拟渗流场-应力场耦合作用下采区围岩的动态损伤规律。结果表明,随开采步距的增加,渗流场向掘进面方向发展,采场顶板的水压力和沉降量均增大,在开采步距84 m之前,增长较为缓慢,之后增长迅速。通过等效数值模型计算,确定最终的合理充填步距,设计合理的充填方案为:开采步距为84m时充填步距为72 m,至开采步距为144 m时充填步距为48 m,至开采步距为180 m时,充填步距为36 m。

冲击载荷下石墨矿石动力学特性的层理效应及宏微观破坏机理

为探究冲击荷载作用下层理对石墨矿石动力学特性的影响规律,采用直径为50 mm的分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB)系统,对0°、 45°和90°层理角度的石墨矿石开展了不同冲击荷载(0.3、 0.4和0.5 MPa)下的动态压缩实验,并结合高速摄影和电子扫描技术分析了不同层理角度石墨矿石的动态力学特性和冲击破坏模式。研究结果表明:石墨矿石中矿物多呈同形粒状定向排列,接触界限不规则,白云母和石英含量较高,与石墨伴生,沿层理面富集;层理面的存在对石墨矿石的力学性质存在劣化作用,45°层理劣化作用最强;能耗特性随层理角度增大呈U形变化,与强度特征相似;同一应变率下,矿石破碎尺寸与能耗密度具有明显的相关性,0°层理破碎平均尺寸较小,能耗密度较大,45°层理破碎后块度最大,能耗密度最小;受外力作用时,石墨鳞片不仅从内部断裂,也易被伴生矿物撕裂,随层理角度的增大,试样破坏形式可归纳为张拉破坏—剪切破坏—张拉劈裂破坏的演化过程。冲击荷载作用下,石墨鳞片破坏程度主要受压力大小和作用方向控制,拉伸破坏可减少石墨鳞片内部断裂,低应变率可减少岩粉产生。因此,可通过调整冲击波传播方向、降低峰值应力和增大矿石拉应力破坏区域,以减少爆破冲击对石墨鳞片的破坏作用。