开挖扰动下矿柱损伤破裂失稳细观机制研究

为揭示开挖扰动下矿柱损伤破裂失稳的细观机制, 以盘龙铅锌矿采场间柱破裂为原型, 运用PFC^2D对其破坏机理进行反演分析, 建立基于声发射累计数的尖点突变失稳判别模型。研究结果表明:采空区上方形成压力拱, 拱内岩体自重转移到附近围岩和矿柱, 产生应力集中; 矿柱受压逐渐产生损伤, 其损伤破裂失稳演化过程分为3个阶段:弹性阶段、屈服阶段、失效阶段; 矿柱内部以拉裂纹为主, 细观破坏形式主要为拉伸破坏, 宏观表现为剪切滑移破坏。经验证, 基于声发射累计数的尖点突变模型能够有效判别矿柱失稳状态。     

截齿顺次破岩机制的细观数值模拟及截线间距优化研究

为优化镐型截齿在截割头上的布置以提高掘进机截割效率, 借助PFC^3D颗粒离散元数值模拟软件构建了两把截齿顺次截割岩石的三维模型, 对不同截割深度和截线间距组合工况进行了模拟试验, 分析了镐型截齿顺次破岩机制和最优截线间距与截割深度的比值(s/h)。结果表明, 岩石在截齿作用下的破坏模式以张拉破坏占主导, 并伴随挤压和剪切的综合破坏; 截齿顺次截割时, 两相邻截齿之间存在明显的协同作用, 前刀在岩石内残留的裂纹使得岩石易于截割, 可以提高后刀的截割效率; 在模拟试验范围内, 随着s/h值增加, 比能耗呈先减小再增加的变化规律, 模拟结果表明最优s/h值约为3。该研究可为掘进机截割头排布设计提供参考依据。     

考虑水平荷载的采空区群系统灾变失稳模型

为了研究采空区群系统的灾变失稳,将顶板简化为弹性薄板,矿柱简化为在长期荷载作用下会产生蠕变损伤的Poynting-Thomson体,考虑水平荷载和竖直荷载的共同作用,结合流变理论和燕尾突变建立采空区群顶板—矿柱系统灾变失稳模型。计算出模型突变时顶板中心的下沉量,矿柱有效支撑面积与顶板面积的比值,以及模型从开始到发生突变的时间,以广西盘龙铅锌矿为工程实例进行验证,得出盘龙矿采空区群系统的稳定时间与实际情况相符,验证了该模型的可靠性和实用性。同时,研究了各影响因素对采空区群系统稳定性的影响,为采空区群系统稳定性分析提供了新思路和新方法。