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爆破动载下锯齿状岩-充界面胶结充填体损伤规律研究
煤炭学报
网络首发时间:2024-04-24 11:22:42
93
作者
邱泓杰
邱贤阳
张舒
史秀志
陶明
曹日红
曹铭宇
单位
中南大学资源与安全工程学院
摘要
地下矿山采矿和充填作业过程中形成的胶结充填体在爆破动载作用下的损伤失稳与岩-充界面形态有直接关系。以往研究常将岩-充界面简化为平面状,但根据采场空区探测结果,岩-充界面往往具有锯齿状特征。本文运用连续介质理论和有限差分法数值模拟软件,建立了3种不同形态的锯齿状岩-充界面胶结充填体模型为实验组,1种平直状岩-充界面胶结充填体模型为对照组;推导岩体爆破等效腔腔壁上的爆炸荷载,并将其添加到数值模型中以模拟二步骤采场边孔爆破;结合充填体破坏损伤判据,研究了爆破动载作用下胶结充填体动力损伤响应,获得了岩-充界面锯齿宽度(SW)、灰砂比(CSR)、孔边距(SHD)、垂直应力(σh)等因素对充填体损伤范围和破坏模式的影响规律。结果表明:(1)平面状岩-充界面下胶结充填体的损伤区域形状近似于矩形,而锯齿状岩-充界面的锯齿宽度越大,胶结充填体的损伤区域形状越接近菱形,更易发生楔形破坏;(2)当σh相近时,对于CSR不同的两层相邻胶结充填层,CSR越大,充填体各质点的峰值振动速度衰减越慢,损伤区域面积也随之越大,相邻两层充填体之间越容易因振动速度不一致而诱发层间错动;(3)当CSR相同时,σh越大,损伤区域面积越小;此外,胶结充填体的损伤区域面积与SHD呈明显负相关,在工程实践中,当边孔药量不可减小时,应选择合理的SHD以维持胶结充填体矿柱稳定。
关键词
爆破动载
胶结充填体
岩-充界面
动力响应
损伤
文章目录
1 工程背景
2 数值模拟
2.1 数值模型与模拟方案
2.2 等效爆炸荷载
2.3 动力阻尼和边界条件
3 模拟结果分析
3.1 胶结充填体振动安全判据
3.2 不同锯齿宽度岩-充界面对胶结充填体损伤的影响
3.2.1 不同锯齿宽度下各监测点振动速度变化
3.2.2 不同锯齿宽度岩-充界面对胶结充填体损伤的影响
3.3 灰砂比对不同锯齿宽度胶结充填体损伤的影响
3.4 孔边距对不同锯齿宽度胶结充填体损伤的影响
3.5 垂直应力对不同锯齿宽度胶结充填体损伤的影响
4 结论
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