随着煤矿开采步入深部阶段,高应力岩体开挖卸荷呈现出新的力学特征,如何掌握强动载作用下高应力巷道开挖卸荷效应的规律,保证巷道围岩的稳定性,对深井开采工程意义重大。但针对高应力巷道开挖卸荷效应的机理及其影响因素仍需深入研究,开挖卸荷效应的相似试验研究还需开展和加强,开挖后围岩内的能量场与巷道稳定性之间的内在联系等问题也亟待解决。本文以淮北芦岭矿Ⅲ13高抽巷段为研究对象,综合运用岩石动态冲击和静态加载试验、多学科理论交叉、室内相似试验、计算机语言与数值模拟技术、以及现场工业性试验的方法,首先建立高应力岩体的动态损伤本构模型,利用冲击试验和数值冲击试验验证其合理性;推演卸荷应力公式,探究高应力岩体开挖卸荷效应的机理及其影响因素;自主设计和研发高应力巷道开挖卸荷系统,分析循环开挖下围岩的应力场变化和损伤分布规律;构建三维爆破开挖数值模型,深入研究爆破开挖下巷道围岩的破坏规律以及能量分布情况,提出以围岩内存留的弹性应变能作为高应力巷道开挖完成后是否稳定的判据;最后进行现场工业性试验,验证数值分析结果的可靠性。主要进行以下研究工作:1)高应力岩体的动态损伤本构模型的建立。在芦岭矿Ⅲ13高抽巷段中钻取岩芯,制备岩石试件,利用霍普金森压杆(SHPB)冲击系统和RMT150C试验机分别进行岩石的动态冲击试验和静态试验,获得岩石动态力学性能和相关力学参数;引入ZWT粘弹性模型和统计损伤模型,建立一维的岩石动态损伤本构模型,运用Matlab将其与动态冲击试验得到的应力应变曲线相拟合,初步确定本构模型的材料参数;借助Ls-dyna二次开发平台,运用Fotran语言编制三维动态损伤本构模型子程序,引入dyna中开展SHPB数值冲击试验,与SHPB冲击试验相比较,进一步完善和修正其动态力学参数,最终确立高应力岩体三维动态损伤本构模型。2)高应力巷道开挖卸荷效应的机理研究。基于弹性动力学的卸荷理论,运用留数定理和拉普拉斯逆变换,针对均匀应力场中圆形巷道开挖卸荷效应的机理进行研究,引入拉压强度准则,探讨均匀应力场中巷道围岩的稳定性及其影响因素;建立高应力巷道有限元模型,基于二次开发的动态损伤本构模型,研究非均匀应力场中不同开挖断面下巷道的动态开挖卸荷效应,掌握围岩损伤的分布规律与初始地应力的内在联系,以及开挖断面对围岩损伤的影响。3)高应力开挖卸荷系统的构建和巷道开挖卸荷效应的相似试验研究。应用三连杆放大系统和动荷载的理论,设计研制高应力巷道开挖卸荷系统;基于相似理论,利用自主研制的开挖卸荷系统开展高应力圆形巷道动态循环开挖相似模拟试验,研究非均匀应力场中动态循环开挖下围岩应力场随掘进面推进而变化的规律,以及围岩的破坏情况。4)高应力巷道爆破开挖下围岩的损伤规律和稳定性分析。建立三维高应力巷道爆破开挖有限元模型,重点研究非均匀应力场中爆破开挖下围岩的损伤和弹性应变能分布情况,掌握影响损伤分布的主导因素,提出保留围岩内存留的弹性应变能是高应力巷道可能失稳的诱因之一。5)高应力巷道循环开挖下围岩损伤的现场工业性试验。针对芦岭矿高抽巷研究段循环爆破开挖下的围岩,分别采用地质雷达和超声波进行现场探测,通过雷达剖面图和声速变化两种不同研究方法分别获得高应力巷道循环开挖下围岩损伤的分布特征,对比相同应力条件下,数值模拟结果与现场实测的差异,验证数值分析结果的可靠性。图[88]表[9]参[190]