非对称开采时矿柱岩爆的准则与前兆

本文建立了非对称开来时矿柱岩爆问题的简化力学模型，用计算机符号运算求出了模型的理论解。在此基础上讨论了岩爆准则与前兆，并进一步讨论了岩爆发展过程与前兆规律。文献[1]、[2]、[3]及本文的工作表明，各种条件下的矿柱岩爆问题都具有非恒定变形速率的特点，因此顶板下沉速率趋于无穷作为矿技岩爆前兆具有普遍性。

恒阻吸能锚固岩体动力特性及控制机制

深部围岩动力灾害发生的本质在于围岩积聚能量的突然释放,通过锚固支护实现能量的有效吸收是围岩控制的常用手段,也是围岩动力灾害控制的关键。锚固岩体动力特性及控制机制研究是锚固支护合理设计的前提。基于此,研发了新型高强、高延伸率、高吸能特性恒阻吸能支护材料,开展了恒阻吸能锚固岩体动力试验,分析了锚固岩体的动力学响应特征与能量演化规律。结果表明,与无锚岩体相比,恒阻吸能锚固岩体表面损伤率和体积损伤率分别降低了62.1%和93.1%,中粒、细粒和微粒岩爆碎屑质量减少均在90%以上,总能量、平均能量和最大能量分别降低了87.6%、82.9%、80.3%,岩爆峰值应力增加了54.2%,岩爆时间延后了140.2%。同时对恒阻吸能支护构件的强度、吸能能力、剪切偏移等特征进行了分析,恒阻吸能材料的强度、形变和吸能安全储备率分别为38.8%、94.0%、97.9%,安全性好。试件上端和下端支护构件的上下总偏移量分别为0.886、0.403 mm,岩爆锚固控制应考虑围岩的剪切作用。基于岩爆能量计算模型,研究了岩爆峰值应力与能量释放的规律,明确了预应力锚固支护对岩爆的控制机制。恒阻吸能锚固使岩体岩爆的峰值应力从单轴抗压强度的1.6倍增加到2.5倍,加锚岩体岩爆所需能量是无锚岩体的2.3倍,预应力锚固支护有效降低了岩爆发生的风险。在上述研究基础上,从监测预警、控制方法、支护设计、效果评价等方面提出了岩爆防控的工程建议。

小厂坝矿区岩爆发生机制及岩爆区域划分

以深部开采过程中的岩爆现象为研究出发点,对厂坝铅锌矿的岩爆发生机理进行了研究。采用AE法对矿区地应力进行了测量,掌握了深部地应力的分布及变化规律。建立小厂坝矿区三维可视化模型,根据三维地质、矿体和空区模型进行数值计算,以Barton岩爆准则判别标准建立矿区岩爆倾向性判断准则,对矿区的岩爆危险区域的划分进行了研究。研究结果表明:小厂坝区域的地应力以水平构造应力为主,最大水平主应力为36 MPa,属较高应力状态,水平应力是小厂坝岩爆的主要能量源泉,这与现场顶板岩爆较两帮的岩爆更为严重的现象相一致。数值模拟结果显示,强岩爆区往往出现在空区附近,且埋深越大,强岩爆倾向区域范围越大,随着深度的增加,有弱岩爆倾向区域向中岩爆倾向过渡的趋势。

基于动态莫尔圆的岩爆机制研究

通过将经典的莫尔圆应力分析扩展到岩爆发生过程的静态加载和动态卸载破坏过程的应力状态分析提出了动态莫尔圆的概念,并基于此建立岩爆破坏的动力学Mohr-Coulomb准则以及岩爆破裂角的预测模型。理论分析解释了岩爆等动力破坏中的黏聚力损失现象,并且表明根据静态加载应力可以预测其黏聚力损失值及岩石的破裂角。同时,通过开展花岗岩应变岩爆的物理模拟实验,验证了理论模型与实验值具有一致性。由于静态加载应力可以通过监测或已有的岩体力学知识来确定,因而,研究得到的理论成果具有实用性。