空区群结构体灾变链演化机制及诱导干扰控制机理研究

The underground remnant resources is extremely important replacement support resources in our country，but the goaf masses structural body disasters seriously threaten to mine. The basic idea of this topic is unload rock mass mechanics and disasters chain-styled theory. Integrate seismic reflection, electromagnetic detection and laser precision detection and so on to carry out the precision detection of goaf masses and its occurrence environment, and utilize high performance computing platform to construct multi-scale detailed 3d model; based on NMR experiment of rock unload failure and numerical experiment of orebody and rock mass mechanical property deterioration, to study the unload mechanical behavior and its evolution behavior of goaf masses surrounding rocks; build structural relation model and physical mechanical model of chain effects on catastrophes, to analysis the evolution mechanism of goaf masses structural body disaster chain; launch the multi-scale numerical model tests on whole mining process of remnant ore resources and the similar simulation experiment on ore and rock induced interference control, to establish temporal-spatial relationship between ore dropping out and rock dropping out in different interference conditions, to reveal disaster induced interference control mechanism of goaf masses structural body, and to provide the theory and technical supporting to the mining of remnant ore resources. The successful application of this project will have enormous engineering application value on the efficient management of goaf disaster , safety and efficiently recovery of remnant ore resources.

地下金属矿残矿资源是我国非常重要的接替保障资源，但是空区群结构体的灾害对其开采带来严重威胁。本课题的基本思想是卸荷岩体力学与灾变链理论。将地震波反射、电磁探测以及空区激光探测等方法融合，开展空区群及其结构体的精密探测，运用高性能计算平台，构建多尺度精细三维模型；基于岩石卸荷损伤的核磁共振试验以及矿岩体力学性能劣化的数值试验，研究空区群围岩卸荷力学行为及其演化规律；建立灾变链式效应的结构关系模型和物理力学模型，分析空区群结构体灾变链演化机制，提出空区群灾害断链减灾模式；开展残矿资源开采全过程的多尺度数值模型试验与矿岩诱导干扰控制相似模拟试验研究，确立不同扰动条件下矿岩崩落的时空关系，揭示空区群结构体灾害诱导干扰控制机制，为残矿资源的开采提供理论和技术支撑。该项目的成功实施，将对我国空区灾害有效治理与残矿资源安全高效回收具有巨大的工程应用价值。

（1）以MTS 815电液伺服岩石力学试验机进行了岩石单轴压缩试验、三轴压缩试验、不同围压的三轴卸荷试验和不同初始损伤的岩石三轴卸荷试验，对其应力-应变曲线和力学参数进行分析，研究初始围压对岩石的三轴压缩力学参数和破坏特性的影响；探讨初始围压和初始损伤的不同，对于岩石卸荷破坏力学参数的影响；建立岩石在三轴卸荷作用下的本构模型；对比分析了岩石在三轴加载和三轴卸荷条件下力学参数和破坏特性的不同。.（2）岩样为大理岩，进行了围压20 MPa、不同轴压的常规三轴压缩试验和核磁共振测试试验，测得大理岩在三轴压缩后的应力一应变曲线、弛豫时间T2谱分布和孔隙度，建立了孔隙度与损伤度之间的函数关系。.（3）为研究不同初始损伤下大理岩的卸荷特性，开展相同初始围压、不同初始轴压的常规三轴加一卸载试验，并进行加-卸载后岩样的核磁共振(NMR)特性试验研究，得到岩样孔隙度、应变、核磁共振图像及兀谱分布等参量。.（4）为研究岩石在卸荷作用下的细观结构损伤破坏规律，对大理岩岩样分别进行不同初始围压、不同卸荷围压比的常规三轴加一卸载试验，并对卸荷后的岩样进行核磁共振(NMR)测量，得到不同卸荷围压比作用后大理岩的弛豫时问T2谱分布、孔隙度和核磁共振成像图像。.（5）为研究卸荷岩体内部孔隙结构的细观损伤演化特征，以大理岩为岩样，分别进行初始围压为10、20和30 MPa，不同卸荷围压量的常规三轴卸荷试验和核磁共振测试实验，获得卸荷岩体的应力一应变曲线、横向弛豫时间T2分布、孔隙度及核磁共振成像图像..（6）基于因子交互作用影响矩阵及采空区危险度影响因子分析，选取12个采空区危险度主要影响因子，建立采空区危险度多因子交互作用矩阵模型。.（7）采用MTS 815电液伺服岩石力学试验机结合核磁共振测试系统，进行相同围压，轴压为三轴抗压强度的不同百分比的荷载作用下的三轴压缩和核磁共振测试试验，获取不同轴压作用下，岩样内部T2谱分布和核磁共振成像数据，研究岩石在三轴压缩作用下内部裂隙发育规律。.（8）进行不同初始围压的三轴卸荷试验和不同初始损伤的三轴卸荷试验，并对岩样进行核磁共振测试，获取各组岩样在卸荷不同阶段的T2谱分布、孔隙度、谱面积和核磁共振成像数据，研究卸荷作用下，岩石内部裂纹扩展规律以及不同围压和不同初始损伤对卸荷岩石裂隙发育的影响作用，并通过核磁共振图像，观察岩石在卸荷作用下，内部裂纹空间分布的