沖擊載荷作用下礦柱力學響應特征分析

董川龍，寧掌玄

（山西大同大學 煤炭工程學院，山西 大同 037003）

0 引 言

向深部發展是井工礦的必然發展趨勢，深部開采面臨著巨大挑戰，如典型的“三高一擾動”特征，特別地諸如瓦斯爆炸、沖擊低壓等災害頻繁發生［1－4］，嚴重制約著礦山高效發展。 金屬礦回采是通過分階段進行的，在垂直方向上階段之間通過礦柱隔離，為保證下階段回采的安全，往往要在礦柱上留有一定厚度的碎石墊層，當采空區圍巖發生大面積冒落時，墊層可以起到吸收沖擊能和消波的作用［5－9］。 由于礦體采出后存留采空區高度比較大，因而冒落體從采空區頂部滾落到底部具有很高的動能，對礦柱形成強烈的沖擊，因此有必要分析礦柱在沖擊載荷作用下的力學響應，為防災提供理論指導。

對于采空區冒落體機械沖擊災害，國內外學者鮮有人研究，但有學者研究了山體落石對結構物（例如棚硐、公路、擋土墻、混凝土梁等）的沖擊響應。 何思明等［10］以實際滾石棚洞結構為原型，采用動力有限元對滾石沖擊過程進行了數值仿真，研究滾石在不同沖擊角度下棚洞結構的動力學響應，為滾石防護工程設計提供理論基礎。 劉成清等［11］以鋼筋混凝土棚洞為原型，通過ANSYS／LS－DYNA 有限元分析軟件，考慮不同能量的落石沖擊不同位置的情況下，分析了鋼筋混凝土棚洞的動靜力響應及其沖擊動力系數，得到了彈塑性狀態下棚洞沖擊動力系數的變化規律。 劉土光等［12］采用能量原理和剛塑性材料本構模型對沖擊載荷作用下的矩形加筋板結構的塑性動力響應進行了分析，認為動力響應的變形模態與靜力極限變形模態相同。……