爆破扰动下巷道围岩临界破坏深度分析

基于弹性力学分析得出爆破扰动下巷道围岩临界破坏深度的数学表达式,在此基础上结合正交试验分析巷道开挖半径、爆破振动速度、围岩黏聚力等对钻爆开挖巷道稳定性的影响规律,推导出不使围岩发生破坏的临界爆破振动速度。分析结果表明,巷道开挖半径每增大1m,临界破坏深度就相应增加0.365m;随着爆破振动速度增加,临界破坏深度呈对数规律增大;随着围岩黏聚力增大,临界破坏深度呈指数规律减小;黏聚力和爆破振动速度是临界破坏深度的最显著的影响因素。

圆形巷道围岩扰动区及其临界破坏深度的确定

地下工程开挖的扰动区和围岩的临界破坏深度是与稳定性分析和支护设计紧密相关的问题,应用塑性力学折线理论所得应力场新成果对圆形巷道的扰动区和围岩的临界破坏深度进行了研究。一般认为扰动区的大小是井巷或采场最大直线尺寸的3～5倍,但分析表明扰动区范围与外载的大小与作用形式、泊松比和埋深有关,有时会远远超出这个范围。在围岩临界破坏深度的确定中,导出了各向同性均质地层中圆形巷道的临界破坏深度公式,结果表明临界破坏深度与地层强度峰值的黏聚力、内摩擦角、容重和泊松比相关。研究成果可为圆形巷道的稳定性评价及支护设计提供依据。

含弱层巷道围岩滑移破坏规律的模拟研究

为研究弱层对煤矿巷道围岩滑移破坏的影响,基于UDEC岩土模拟软件,建立了含弱层煤矿巷道数值计算模型,对弱层与侧压力系数共同作用下巷道围岩滑移破坏规律展开研究。结果表明:弱层的存在改变了围岩中应力传递路径,减弱了围岩深部向煤帮的应力传递,促进了顶板向煤帮的应力传递,进而加剧围岩的剪切破坏与水平滑移;随弱层厚度增长,围岩临界破坏深度随之增大,煤体的剪切破坏也愈明显,围岩塑性区深度与水平滑移值也会进一步扩大;侧压力系数对含弱层巷道围岩的稳定性也具有重要影响,当侧压力系数为1.0时,煤帮围岩最为稳定,当侧压力系数介于1.0~2.0时,随侧压力系数的增大,围岩塑性区深度也会进一步增长,围岩滑移值呈非线性增长。

圆形地下洞室开挖围岩扰动区及塑性区范围的确定及讨论

地下洞室的开挖将会导致围岩应力重分布,在洞室周围产生扰动区,扰动区包括塑性变形区和弹性变形区。分析了开挖卸荷后围岩应力状态的变化,并利用弹塑性力学原理,探讨了地下洞室开挖导致的局部应力集中对应力重分布的影响规律;在此基础上,利用塑性区单元体应力平衡方程和摩尔—库伦准则建立了塑性区半径计算公式,可用来确定圆形洞室开挖扰动岩体临界破坏深度。