开采扰动下深部含断层构造巷道围岩损伤演化特性

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作者万入祯
来源贵州大学
出版年2021
摘要
喀斯特地区开采地质条件复杂,矿山动力灾害频发,有关喀斯特地区金矿床开采巷道围岩采动致灾机理的研究相对较少,有待进一步深入探讨。本文以黔西南烂泥沟金矿深部含断层构造巷道为研究对象,为探究开采扰动下深部含断层构造巷道围岩的损伤特性,综合采用了现场调查、数值模拟、理论分析和现场监测等研究方法,对开采扰动下巷道的变形破坏特征、围岩裂隙演化规律及其分形演化过程展开研究,并基于微震监测手段对其演化规律进行验证。研究成果如下:(1)通过对井下巷道破坏情况进行现场调查,了解巷道破坏情况,在巷道原有支护条件下,其变形破坏特征主要为:巷道顶板开裂垮落、两帮岩体破碎松散、断面存在不同程度收敛;分析其破坏变形破坏模式主要为弯曲折断破坏与剪切滑移破坏。(2)使用3DEC数值软件分析了深部含断层构造巷道在开采扰动前后巷道及围岩的应力应变塑性区分布以及巷道破坏情况。巷道右侧拱肩部分穿过岩层交界面,极易造成破坏,应对其过交界面的部位进行加固。而巷道掘进至断层内时,因其内部填充物强度不高,粘结较弱且极其松散,需时刻注意巷道支护结构稳定性,可适当补打锚杆增加支护强度。(3)根据数值模拟结果发现的两个易破坏的危险断面,并在巷道所处岩层中部补充一断面作为对照组,采用UDEC数值软件对三个断面进行开挖至破坏的模拟,研究这一过程中裂隙演化规律,并引入分形维数用以评价巷道损伤度:若岩性较好,损伤度达到11%以上时巷道断面以及围岩体发生破坏;若围岩体岩性较差,当损伤度达到8%左右时巷道断面及围岩体便发生破坏。另一方面,若裂隙的盒维数值达到1.4左右,巷道断面也极有可能发生破坏。(4)对30#中段巷道东段脉外道及穿脉巷道掘进施工过程与微震事件时空分布特征之间对应关系进行分析,发现微震活动高峰期与施工活动相对应,而微震事件的时空分布图,与数值模拟结果中巷道断面裂隙分布区域相符合,可根据微震事件的密集程度等微震活动性指标对巷道围岩损伤及稳定性进行评价,从而指导生产。

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