巷道围岩流变损伤及应力演变理论研究与数值模拟
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摘要
随着煤矿开采深度的不断增加,矿山动力灾害越发频繁。对矿山动力灾害发生机理、预测预报等进行研究是预防矿山动力灾害的关键。本文采用实验室试验和理论分析相结合的方法研究三轴应力状态下煤岩的流变损伤及应力演变规律。实验室试验采用先进实验设备进行煤岩的力学性能测试,获取三轴应力状态下煤岩压缩和蠕变的力学特性,利用热力学和损伤力学基本理论,对试验结果进行分析,得到考虑围压的三向应力状态下的煤岩应力应变与损伤的相互关系；建立煤岩流变损伤演变模型,并对模型中的参数进行了初步的量化,揭示煤岩蠕变、松驰等动态现象的共同本质,分析各种煤岩动力现象,用动力学理论解释煤岩动力灾害发生规律,为预测预防煤矿动力灾害提供新的理论和方法；编制围岩流变损伤及应力演变数值软件,实现巷道围岩动态损伤演变全过程模拟,即煤岩体从流变到突变的动态演变过程模拟。通过试验、理论、数值模拟,形成完整的统一研究体系,揭示煤岩动力灾害的本质和机理,为煤矿防治煤与瓦斯突出提供理论指导和支持。
With the deepening of depth in coal mining, mining dynamic phenomena occur more frequently. The mechanism of the dynamic phenomena and the methods of prediction have been done in lots of research work, it is a key point to prevent mining dynamic phenomena. In this thesis, the experiments and theoretical analysis are adopted to reveal the law of coal and rock dynamic damage evolution. Advanced experimental equipments are used in the experiments to obtain the mechanics properies of coal and rock which are analyzed under the thermodynamic and damage mechanics theory to achieve the relationship between the damage and stress-strain. It also attributes to establish the model of dynamic damage evolution to reveal the common essence in the creep and relaxation phenomenon. By analyzing kinds of dynamic phenomena in coal and rock with the dynamics theory, it explains the law of dynamic phenomena in coal and rock and provides new theory and method to prevent and predict the dynamic phenomena. Developped a numerical simulation software in stress field of roadway, it can simulate the process of damage which means it can simulate the dynamic process from the creep to the sudden break. The research system is supported closely by the experiment, theory and numerical simulation to reveal the essence of dynamic phenomena of coal and rock, which also give the theoretical guidance and support on the prevention of coal and gas outburst.
With the deepening of depth in coal mining, mining dynamic phenomena occur more frequently. The mechanism of the dynamic phenomena and the methods of prediction have been done in lots of research work, it is a key point to prevent mining dynamic phenomena. In this thesis, the experiments and theoretical analysis are adopted to reveal the law of coal and rock dynamic damage evolution. Advanced experimental equipments are used in the experiments to obtain the mechanics properies of coal and rock which are analyzed under the thermodynamic and damage mechanics theory to achieve the relationship between the damage and stress-strain. It also attributes to establish the model of dynamic damage evolution to reveal the common essence in the creep and relaxation phenomenon. By analyzing kinds of dynamic phenomena in coal and rock with the dynamics theory, it explains the law of dynamic phenomena in coal and rock and provides new theory and method to prevent and predict the dynamic phenomena. Developped a numerical simulation software in stress field of roadway, it can simulate the process of damage which means it can simulate the dynamic process from the creep to the sudden break. The research system is supported closely by the experiment, theory and numerical simulation to reveal the essence of dynamic phenomena of coal and rock, which also give the theoretical guidance and support on the prevention of coal and gas outburst.
引文
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