梯度围岩结构应力波透射模型与传播衰减规律

• Published in: 煤炭学报 Vol. 48; no. 5; pp. 1969 - 1984
• Main Authors: 王爱文, 孙郑齐, 潘一山, 范德威, 李超, 于新河, 王岗, 卢闯
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 辽宁工程技术大学力学与工程学院,辽宁阜新 123000 01.05.2023; 辽宁大学灾害岩体力学研究所,辽宁沈阳 110036%辽宁工程技术大学力学与工程学院,辽宁阜新 123000%辽宁大学灾害岩体力学研究所,辽宁沈阳 110036%辽宁工程技术大学矿业学院,辽宁阜新 123000%吉林省龙家堡矿业有限公司,吉林长春 130504%辽宁大学环境学院,辽宁沈阳110036
• Subjects: 冲击地压; 波阻抗; attenuation factor; 应力波; 梯度围岩结构; gradient structure surrounding rock; 衰减系数; rockburst; stress wave; wave impedance
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2023.0284

TD324%TD325; 锚杆支护与钻孔卸压等方式改变巷道围岩介质属性,形成具有三介质两结构面的巷道梯度围岩结构,增加对应力波的吸收与衰减能力,防止巷道冲击破坏.为揭示巷道梯度围岩结构中应力波传播衰减规律,建立了梯度围岩结构应力波透射模型,从弹性波在介质交界面处的波场分解和能量分配角度出发,分析了卸压带密度以及应力波入射角度对能量系数的影响,发现梯度围岩卸压带的密度和入射角对各折反射波的能量系数具有显著影响,揭示了梯度围岩结构的吸能防冲力学机理.基于不同梯度围岩结构模型的数值计算,综合应力波的波幅衰减系数、波阻抗匹配系数、能量吸收占比、能量衰减系数等参量,对比分析巷道梯度围岩结构对应力波传播衰减的影响规律.研究结果表明:梯度围岩结构卸压带宽度增加,应力波振动频率降低,波幅衰减系数随之增加,能量衰减系数呈上升趋势,提高了梯度围岩结构的缓冲与隔震性能,增强了巷道的防冲能力;卸压带宽度较小时,会引起应力波在梯度结构中的复杂叠加,使得应力波在局部区域幅值激增,合理的卸压带宽度能够避免应力波在三介质两结构面结构中的复杂叠加.卸压带内钻孔间排距减小,梯度围岩结构卸压带中介质的弹性模量与密度下降,能量吸收占比增加,提高了对应力波的吸波性能.梯度围岩结构中"三带"的波阻抗匹配系数越大,能量衰减系数越大,即"三带"的介质性质差异越大,梯度围岩对于应力波的吸收衰减效果越好,通过调控卸压钻孔的深度与间排距改变卸压带的尺寸和物理力学性能,可有效提高梯度围岩结构的吸波、缓冲、隔震性能.结合工程实例分析证实了梯度围岩结构可有效吸收冲击地压产生的应力波能量,避免冲击地压灾害发生.