矩形巷道矿震应力波扩散规律谱元法分析*

唐杰兵,鞠文君,焦建康,陈法兵

(1.煤炭科学研究总院 开采研究分院，北京 100013；2.中煤科工开采研究院有限公司，北京 100013；3.天地科技股份有限公司 开采设计事业部，北京 100013)

0 引言

矿震应力波触发巷道冲击是一种常见的现象[1]，研究矿震应力波传播特性的方法较多，由于应力波在介质中传播是一个入射、折射、反射、散射及它们之间相互干扰等的复杂过程，当传播过程中遇到异质性岩体，应力波会发生叠加、产生角波、P波转化为S波以及振幅增大等复杂现象[2]，在理论分析上，采用数学、力学等学科较难建立相应的冲击地压复杂现象的数学模型，较难捕捉到应力波传播过程特征[3-4]。实验室试验也是如此，霍普金森杆试验研究动载应力波的比较多[5]，也有相似材料模拟的动载应力波研究[6-7](震源激发采用爆炸物或摆锤)，其无法真实模拟原岩应力条件和介质的力学环境，或离心试验模型[8](人造重力场)框架周边橡胶垫层只能减轻边界效应，所以这些现场或实验室试验无法解决应力波的边界影响问题，且不便进行参数敏感性分析，现场或实验室试验中只能设置有限的监测点，震源模拟的可靠性缺乏可依靠的研究。在定量化研究中，主要的研究手段还是数值模拟方法，可用于应力波传播的数值模拟软件：FALC2D[9]，UDEC[10]，PFC[11]，ABAQUS[12]等，可以合理地设置应力波的吸收边界条件及数据监测等，但是这些数值模拟及理论分析中常用的是简谐二维波，SPECFEM2D程序包谱元法数值模拟在模拟应力波传播上的应用，弥补了上述几种数值模拟、现场或实验室试验以及理论分析的不足，谱元法的破裂震源更接近于现场实际情况，且SPECFEM2D可用于模拟煤矿巷道等小尺度范围内的矿震应力波扩散[13]。……