露井联采台阶爆破对地下巷道稳定性影响研究

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露井联合开采条件下,两种开采方法的采动影响域的相互重叠表现为一种采动效应对另一个平衡体系的干扰或作用,使得两种开挖体系之间相互诱发或相互制约,从而组成一个复合动态变化系统。由于井工与露天矿之间的特殊布置关系,导致露天与井工复合采动巷道稳定性问题较为复杂。在已采露天边坡下布置的采区大巷的围岩中形成由露天台阶爆破和地下开采相互影响的应力场,巷道围岩将在两种采动域相互重叠或包含的过程中,产生两种开挖体系的相互诱发与扰动响应,使围岩的应力场、变形场与破坏场等多次叠加、调整和分布,致使围岩的强度多次被损伤、弱化,此外,露天开采使大巷垂直应力减少,开采产生的卸荷应力使大巷围岩稳定变得十分敏感,导致井工回采影响对大巷围岩的稳定影响较一般大巷明显,由此造成巷道围岩失稳的概率逐渐增大。虽然采用露井联合开采取得了很好的绩效,但生产过程中也遇到了种种挑战。在安家岭露天矿采掘过程中,借助了大量的台阶爆破进行开挖,而爆破所产生的地震波相当于给巷道围岩增加了一种具有致滑作用和井工矿煤岩层的动态荷载。依托安家岭煤矿露井联采为背景,基于现有的爆破波动理论,重点开展了爆破振动下的巷道稳定性研究,探寻爆破振动对既有巷道的影响机理,并通过数值模拟,开展地震波对巷道围岩松动圈、既有衬砌和锚杆造成的受力位移分析计算,最终以现场收集到的实际数据验证分析理论计算,得出了露井联采台阶爆破振动对既有巷道的影响规律。主要研究工作与重要结论如下:1、明确地提出了爆破振动的积累效应是爆破振动引起巷道围岩失效的基本原因。用爆破振动积累效应的突发特性和存储特性解释了巷道围岩失稳机理,阐明了问题的本质。2、量化了相隔时间为τ的爆破振动关联程度,得到了两次爆破振动关联程度与其对围岩破坏作用的关系,这一关系揭露了爆破载荷诱发巷道围岩失稳的关键。3、通过小波包频带能量分析法分析了爆破震动累积效应对围岩物理力学性能的弱化作用,发现了爆破振动信号主频向低频发展呈多频带多振型特点。4、边坡岩体的剥离引起巷道围岩应力释放,围岩最大拉应力增大且其改变幅度与剥离岩体的重量及其相对巷道的位置有很大关系。5、指出了爆破震动累积效应的起因、作用过程以及作用结果。关联函数Rz反应了相隔时间为τ的爆破振动关联程度,表明了爆破振动累积效应的起因;小波分析表明爆破振动往低频发展呈多频带多振型的特点,揭示了爆破振动累积效应的作用过程以及表现特征;利用PFC验证了爆破振动引起围岩损伤的发展累积过程,指出了爆破振动累积效应的作用结果。6、爆破振动的累积效应对巷道稳定性的影响作用不可忽视,爆破方案设计及爆破作业时应重视爆破累积效应。
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