【论文推荐】李春元等:深部开采砌体梁失稳扰动

创新点

基于压力拱、损伤力学理论及离散元数值计算获得了不同采深下砌体梁失稳扰动底板变形破坏的力学行为，结合采动力学试验全过程应力-应变曲线以应力值及其破坏作用界定了砌体梁失稳扰动底板强扰动破坏的塑性屈服区、卸荷破坏区及触矸破坏区;并得出:随采深增加，底板塑性屈服区和触矸破坏区的压应力增量及卸荷破坏区的卸荷反弹力不断增大，深部开采高围压造成底板压应力峰值及卸荷反弹力非线性增加，促使了扰动岩体由浅部脆性向深部延性的转变，并导致其强扰动破坏的分区范围扩大，变形破坏深度增加，深部开采底板的非线性强扰动破坏行为在底板浅部最突出。

作 者

李春元1,2，张 勇2，左建平1，唐世界3，刘世峰3

作者单位

1. 中国矿业大学(北京) 力学与建筑工程学院;2. 中国矿业大学(北京) 共伴生能源精准开采北京市重点实验室;3. 河南能源化工集团 焦煤煤业赵固(新乡)能源有限公司

摘 要

深部开采的强扰动附加属性导致底板煤岩破坏加剧,易沟通底板承压水导升带而诱发突水灾害,故研究砌体梁失稳扰动底板破坏的力学行为可为实现矿山岩层控制提供重要的理论基础。

根据弹塑性力学理论分析了深部开采砌体梁失稳扰动底板破坏的动载源特征,基于压力拱及损伤力学理论研究了砌体梁失稳扰动底板压剪破坏和卸荷破坏的力学行为,应用离散元软件计算分析了不同采深下砌体梁失稳扰动底板的应力变化及变形破坏行为,结合采动力学全过程应力-应变曲线获得了深部开采底板强扰动破坏的分区特征,并应用深部开采微震监测数据进行了验证。

结果表明:砌体梁失稳后,梁端煤壁端部及触矸区域底板应力增高并形成了塑性屈服区和触矸破坏区,两者之间则形成了压力拱形式的卸荷破坏区。

随采深增加,底板塑性屈服区和触矸破坏区的压应力增量及卸荷破坏区的卸荷反弹力不断增大,并使得底板岩体最大变形量在采深700m以浅时近似线性增加,而采深700 m 以深的深部开采却表现为非线性突变增长。

深部开采高围压造成底板压应力峰值及卸荷反弹力非线性增加,促使了扰动岩体由浅部脆性向深部延性的转变,并导致其强扰动破坏的分区范围扩大,变形破坏深度增加,深部开采底板的非线性强扰动破坏行为在底板浅部最突出。

作者简介

李春元，男，1986年11月8日生，河南永城人，博士，注册安全工程师，现为中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院师资博士后。主要从事深部煤炭安全高效开采、矿山压力与岩层控制等研究工作，参与973计划/国家重点研发计划子任务2项、省部级重点实验室开放课题1项，校企联合横向课题10余项，曾荣获中国煤炭工业协会科技进步三等奖。在《煤炭学报》、《岩土工程学报》、《岩土力学》等国内外学术刊物上发表论文10余篇。

研究方向

矿山压力及控制及工程力学

主要成果

致力于深部煤炭安全高效开采、矿山压力与岩层控制、采动裂隙演化及灾害防治技术研究，建立了基于卸荷岩体理论的深部底板裂隙岩体卸荷损伤破坏模型，研究了基本顶失稳与顶底板裂隙扩展破坏的关系，提出了采空区瓦斯宏观流动通道的高位钻孔抽采技术，取得了多项创新性成果，为煤矿高效、安全生产提供了一定技术支持。

部分图片

砌体梁失稳扰动底板破坏力学模型

底板卸荷应力分解示意

塑性屈服前岩石试件卸荷破坏演化过程

塑性屈服区底板应力增量特征

文章来源：《中国矿业大学学报》 网址: http://www.zgkydxxbzz.cn/zonghexinwen/2020/1022/394.html