论文部分内容阅读
随着浅部煤炭资源的逐渐枯竭,深部开采已成必然趋势,而深部高地应力环境下的巷道开挖带来的各种问题也随之而来,非连续破裂化现象就是其中之一;除此,在一些地质条件复杂地应力较大的区域巷道围岩也会出现非连续破裂。所谓非连续破裂,是指在高地应力环境下在进行巷道开挖时围岩出现非破裂区与破裂区相互交替的现象。而采用传统的连续介质理论并不能够完全解释这一现象,因此科学揭示高地应力环境下巷道围岩非连续破裂机理已成为国内外学术讨论热点。本文采用数值模拟、理论分析和现场验证相结合的研究方法,基于Hoek-Brown强度破坏准则,对高地应力巷道围岩非连续破裂化形成机理进行研究,获得主要成果如下: (1)基于Hoek-Brown强度破坏准则,对高地应力巷道围岩不同破裂展布时应力分布进行研究,推演各破裂带半径以及径向应力的表达式,揭示不同破裂带形成后巷道围岩应力分布规律; (2)建立非连续破裂起裂判据。利用应力、应变偏张量与球形张量,求解损伤耦合条件下Hoek-Brown破坏准则的损伤驱动力和拉压剪切状态下的应力强度因子,得到高地应力环境下巷道围岩发生非连续破裂的起裂判据,认为当其达到围岩起裂判据时,非连续破裂开始发生; (3)揭示地质强度指标GSI、Hoek-Brown常数mi、扰动系数Dext、初始地应力σ0、单轴抗压强度σci等变量参数对高地应力巷道围岩非连续破裂的影响;采用FLAC3D模拟软件,建立数值模型,并在模型中中随机设置弱面进行数值计算,结果表明:GSI、mi、σci、σ0越大,越容易产生第二破裂带;Dext越大愈不容易产生分区破裂; (4)本文以良庄矿9202轨道巷测试结果作为验证,对9202轨道巷钻孔探测结果进行分析,将9202轨道巷顶板岩层划分为4个破裂分区:“完全破坏区”位于巷道顶板上方0~0.6m范围内;“松动破碎区”位于顶板上方0.8~1.6m范围内;“裂隙区”位于顶板上方2.2~3.6m范围内,平均裂隙宽度3.3mm;“裂纹与离层共存区”位于顶板上方4.4~4.8m范围内,平均离层间距为7.95mm。