水平采空区群动力响应的类非线性振动模型

在线性多自由度振动模型的基础上,考虑到围岩对水平采空区群的水平地应力作用及能量耗散影响,引入水平地应力因子a和类非线性因子p,建立适用于水平采空区群的类非线性多自由度振动模型。基于单个间柱微差爆破及间隔间柱单段爆破2个算例,对类非线性多自由度振动模型的合理性进行验证。研究结果表明:水平地应力未对水平采空区群的动力响应造成明显的影响,可忽略水平地应力的作用(a=0);采用标准动载荷S(t)计算水平采空区群各岩体的类非线性因子p是可行的,对于同一矿山,只需计算1次p,便可应用到类似工况,节省了p的取值时间;对比线性模型,类非线性振动模型结果与数值模拟结果更加吻合,较好地揭示了水平采空区群各岩体的动力响应规律。

水平采空区群动态失稳演化过程及工程控制

为研究单层和多层水平采空区群的动态失稳演化过程,采用RFPA岩石破裂过程分析软件,并通过近似重度增加法在数值模型顶部施加增量载荷,表征水平采空区群围岩的折减过程.研究结果表明:对比单层水平采空区群,多层水平采空区群岩体结构具有较强的抗破坏能力;单层水平采空区群的间柱失稳过程较分散,而多层水平采空区群的间柱失稳过程则较集中;单层和多层水平采空区群动态失稳的演化过程具有一定的相似性,即按照从中部间柱(底层)、相邻间柱、顶板(底层)到左右两侧帮壁的顺序失稳破坏.根据单层和多层水平采空区群的失稳演化过程,从间柱、顶板、左右帮壁三个方面提出水平采空区群失稳破坏的工程控制措施.

水平采空区群离散多自由度动力响应模型

为研究水平采空区群的水平动力响应规律,将其转化成有限多自由度离散振动体系,建立水平采空区群离散多自由度动力响应模型。考虑到围岩中的能量耗散(外部阻尼),引入耗损因子p,对动力响应模型进行修正。通过单层水平采空区群间柱爆破及多层水平采空区群顶板矿震2种工况,利用数值模拟对动力响应修正模型的合理性进行验证,并与未修正模型进行对比分析。结果表明,未修正模型和修正模型均能较好地对瞬时性和持续性动荷载做出响应;耗损因子p的取值主要取决于岩体内能量的传递路径和传递距离,单层与多层水平采空区群的赋存条件对耗损因子p的取值影响不明显;修正模型较未修正模型能更好地拟合数值模拟结果,一定程度上揭示了水平采空区群的动力响应规律,为水平采空区群的水平动力响应分析提供了一种新的有效途径。