优化矿柱冲击载荷下的力学响应与垫层厚度研究

本文主要探讨了冲击载荷作用下矿柱的力学响应分析，以东升庙铜矿11号矿体850水平以上的采空区围岩冒落引发的冲击灾害为研究背景。通过工程类比法，研究者将冒落体简化为一个圆柱形冲击垫层，矿柱则被视作梁结构，运用材料力学理论和应力扩散理论来建立模型。具体来说，研究了垫层厚度对矿柱内部最大拉应力、剪应力和挠度的影响。 首先，研究发现随着垫层厚度的增加，冒落体对垫层的最大冲击力和垫层内部的位移呈现出相反的趋势：冲击力减小，位移增大，但这种减小和增大的幅度随垫层厚度的增大而逐渐减小。这表明垫层的增加在一定程度上可以缓解冲击力的传递，但也可能增加自身的变形。 其次，对于矿柱的力学响应，最大拉应力、最大剪应力和最大挠度同样随着垫层厚度的增加而降低。这种减小的幅度同样会随着垫层厚度的增加而减小，意味着适当的垫层厚度可以有效分散和吸收冲击载荷，降低矿柱的内部应力集中，从而提高其稳定性。 最后，从经济性和安全性考虑，通过对理论分析得出的最佳垫层厚度进行FLAC3D数值模拟验证，研究表明设置约18米左右的垫层厚度最为合理。这一厚度既能有效地减轻冲击载荷，又能控制成本，确保采矿过程中的安全运行。 总结来说，本文通过详细的数学建模和数值模拟，深入剖析了冲击载荷条件下矿柱的力学行为，为优化冲击灾害预防措施提供了科学依据，有助于提升矿山开采的安全性和经济效益。