构造应力各向异性诱导深部巷道分岔失稳机制与临界阈值研究
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1.四川蜀道矿业集团德阳昊华清平磷矿有限公司, 四川 德阳 618299 ;2.四川蜀道矿业集团德阳昊华清平磷矿有限公司技术中心, 四川 德阳 618202 ;3.四川蜀道矿业集团德阳昊华清平磷矿有限公司研发中心, 四川 德阳 618202 ;4.四川省第二地质大队非金属矿产研究所, 四川 成都 611930 ;5.中化地质矿山总局地质研究院, 北京 100101 ;6.自然资源部矿区生态修复工程技术创新中心, 北京 100083 ;7.中煤科工西安研究院(集团)有限公司, 陕西 西安 710077 ;8.陕西省地质调查院, 陕西 西安 710004 ;9.西安科技大学地质与环境学院, 陕西 西安 710054 ;10.煤矿灾害防控全国重点实验室水害防治分实验室, 陕西 西安 710077 ;11.四川省金河磷矿, 四川 什邡 618409

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通讯作者:

中图分类号:

TD166

基金项目:

全国危机矿山接替资源找矿项目管理办公室“四川省绵竹市清平磷矿接替资源勘查”(项目编号:200751070)、德阳昊华清平磷矿有限公司深部延伸接替工程项目“德阳昊华清平磷矿有限公司100万吨/年磷矿延伸接替工程”、“高地应力区深部磷矿开采岩爆孕育过程中应力迁移及微震活动性研究”、“深部磷矿开采突水机理与突水防治理论、关键技术及工程示范”、“西南高地应力区磷矿深部开采岩体稳定性精细化识别与靶向调控技术集成”、“石亮劳模和工匠人才创新工作室”专项基金等基金项目联合资助


Bifurcation Instability Mechanism and Critical Threshold of Deep Roadway Induced by Anisotropic Tectonic Stress
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    摘要:

    针对深部巷道围岩在构造应力各向异性与几何非共轴性耦合作用下的分岔失稳问题,本文基于高阶Cosserat连续体理论,构建了包含微结构旋转自由度的非线性本构模型,推导了考虑偶应力张量的分岔失稳判据。通过解析与数值方法,揭示了川西清平磷矿邓家火地矿段巷道轴线(N45°E)与最大主应力(N43°W)斜交时的临界失稳阈值。研究表明,当构造应力各向异性系数χ>0.35时,围岩塑性区呈现分岔扩展模式,临界应力阈值为σcrit=0.72σc。该成果为深部巷道稳定性控制提供了理论支持。

    Abstract:

    This paper addresses the bifurcation instability of deep roadway surrounding rock under the coupled effect of anisotropic tectonic stress and geometric non-coaxiality. Based on the higher-order Cosserat continuum theory, a nonlinear constitutive model with micro-structural rotational degrees of freedom is developed, and the bifurcation instability criterion considering the couple stress tensor is derived. Using analytical and numerical methods, the critical instability threshold of the roadway axis (N45°E) and maximum principal stress (N43°W) at an oblique intersection in the Dengjia Fireland section of Qingping Phosphate Mine is revealed. The study shows that when the anisotropic coefficient of tectonic stress χ>0.35, the plastic zone of the surrounding rock expands in a bifurcation mode, with a critical stress threshold of 0.72σc. This work provides theoretical support for deep roadway stability control.

    参考文献
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    引证文献
引用本文

姚毅, 王浩, 石亮, 等. 构造应力各向异性诱导深部巷道分岔失稳机制与临界阈值研究[J].中国矿山工程,2025,54(3):52-58.

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