地下矿山地应力场反演数值模拟研究

掌握岩体初始地应力场,尤其是其三向主应力的大小和方向,是进行地下巷道支护和采场结构参数 优化的基础。根据某铁矿地质资料及矿区内断裂构造,以有限元数值分析为基本手段,提出了考虑矿区 F1、F3、 F4、F9 断层构造运动、岩体自重等多因素的岩体初始地应力场反演思路。采用理论分析、三维地质建模和数值模 拟计算相结合的方法,考虑地层岩性、断层构造等因素,联合使用 Micromine、3DMine 及 Rhino 等几种软件建立矿山 三维地质模型,然后采用 FLAC3D 数值模拟软件对模型进行初始应力场计算平衡,得到初始应力场。该方法可以 较好地满足复杂和极复杂地质条件,特别是深部矿井复杂地质条件的地应力反演分析。     

深部岩体初始高构造应力场的3DEC模拟反演方法分析

深部岩体初始水平构造应力场反演的可靠性对于工程后续计算结果的影响至关重要。为了研究深部矿区岩体初始构造应力场的3DEC模拟反演方法,对比分析了位移边界条件和基于初始应变能理论的反演方法两种地应力反演结果。表明位移边界条件仅能够模拟初始自重应力场,基于初始应变能理论的反演方法能够较好地反演深部岩体初始水平构造应力场,应用该方法对狮子山矿区40号剖面线地应力场进行反演分析,深部各点最大水平主应力迹线水平展布,等值线间隔较好,研究成果对于运用3DEC进行高构造应力型矿山初始地应力场的生成及其开采模拟具有重要的意义。     

充填采矿法引起的地表变形数值模拟研究

胶结充填采矿法开采急倾斜矿体对地表的影响与其他采矿方法不同，有着自己的规律。本研究利用FLAC3D数值模拟软件对金川充填采矿法引起的地表变形进行了研究，提出了金川二矿区地表变形的一般规律，初步得出金川二矿区地表裂缝的产生是由于采矿所引起的结论；并且解释了地表裂缝的出现滞后于开采的现象；对计算结果用GPS测量结果进行了校合，验证了计算的可靠性；最后，研究了充填体弹性模量对地表沉降的影响。     

金川二矿区开采过程中水平矿层内部应力特征分析

金川镍矿二矿区1#矿体由于在垂直方向上两个中段同时回采,故在这两个中段之间形成一个水平矿层。随着水平矿层被回采得越来越薄,其稳定性问题越来越受到重视。作为稳定性分析的一个方面,采用FLAC3D软件对金川二矿区开采过程进行了仿真数值模拟,结果表明,水平矿层在采至32 m时可能发生了整体破坏,且矿层内部剪应力增大,对矿层的稳定性不利。     

三维初始应力场在FLAC~(3D)中的反演与重构实现

为弥补地应力测量不能详尽反映区域地应力场规律的缺陷,基于套孔应力解除法实测地应力资料,提出了改进的多元线性回归理论,对地下岩土工程初始应力场进行了反演分析,探究了利用FLAC~(3D)应力边界组合来重构初始应力场的方法,结合龙门山矿区地应力测量工程实例,建立了三维实体矿岩模型,给出了该区域初始应力场反演的实现步骤。研究结果表明,改进的多元线性回归理论能合理契合实测地应力场,采用应力边界组合重构初始应力场的方法可行。     

金川二矿1150m水平矿柱回采稳定性数值计算研究

采用有限元数值计算方法,对金川二矿区特大型水平矿柱安全回采问题进行了研究。通过建立水平矿柱三维几何模型并进行网格划分,确定模型的初始应力场和材料力学参数,对水平矿柱回采前、回采后和充填后的第一主应力、第三主应力和塑性区进行了模拟计算,并采用安全因子对水平矿柱回采后的稳定性进行了评估。     

金川二矿区地表岩移分析与稳定性预测技术

为方便工程技术人员及时掌握金川二矿区地表岩移现状,基于矿区GPS和光纤监测数据,采用C#语言,在.NET平台下,开发了一套集数据管理、数据分析和可视化、神经网络预测和FLAC3D预测功能于一体的金川二矿区岩移分析与预测系统.该系统具有数据容量较大,功能齐全、便于操作等特点,可为矿区安全生产提供技术支持.     

金川二矿区高应力碎胀蠕变巷道稳定性数值分析

金川镍矿极其复杂的区域地质背景、特殊的工程地质环境以及碎胀蠕变的岩石力学特性受到国内外采矿工程界和岩石力学界学者和专家的关注.目前,金川矿区已进入深部开采阶段.随着采场开采深度的增加,地应力增大,开采范围扩大,采场地压活动日趋剧烈.巷道支护问题十分严峻.本文以金川二矿区1 178m分段道攻关试验巷道为研究对象进行一系列研究,并采用大型离散元软件3DEC进行模拟分析,对几种支护方案进行数值模拟分析与评价,分析不同支护因素对巷道稳定性的影响程度和不同支护形式对围岩变形控制的优劣,为金川矿区深部巷道支护设计提供理论依据.     

潞新矿区构造应力场实测与反演分析

采用小孔径水压致裂法对潞新矿区进行了地应力实测,表明矿区属于构造应力场类型,主应力大小和方向受断层影响较大。运用ANSYS和FLAC~(3D),对构造应力场进行数值反演,显示断层附近的应力量值的变化复杂,端部出现较大的应力集中。多断层对岩体应力状态的影响更为复杂,断层间的相互作用会使应力叠加,增大应力集中的范围和强度。实测和数值反演相结合是构建矿区应力场的有效方法。     

金川二矿机械化盘区充填采矿方法优化及应用

随着开采深度的增大,金川镍矿的开采环境越来越复杂,从而导致机型化盘区充填采矿法难于高效实施.针对金川二矿区开采技术条件,开展了机械化盘区开采方法的革新与应用研究,在大面积连续开采方法、回采进路及断面设计、盘区充填砂浆滤水工艺、盘区通风系统及采掘工程支护技术等方面进行了改进和优化.应用证明,这些改进的技术显著提高了金川二矿区的生产能力和经济效益,也为国内外深部复杂难采矿山的开采提供了宝贵经验.     

铜山铜矿原岩应力场应力边界法拟合研究

基于铜山铜矿地质、地形条件,建立了矿区三维有限元计算模型,借助FLAC3D软件和地应力实测资料,基于应力边界法对铜山铜矿三维初始地应力场进行了拟合,得到的地应力场模拟值与实测值相近,实测点处最大主应力、最小主应力、中间主应力与实测值分别相差0.90,.3,0.2 MPa。分析得知,铜山铜矿原岩应力属构造应力场型。     

矿山深部工程FLAC3D初始地应力场生成的速度-应力边界法

初始地应力场是工程稳定性数值模拟分析的基础。已有较多的岩石地下工程稳定性模拟证明,在FLAC3D模拟时常用的速度边界法和快速应力边界法可以生成与实际较为一致的初始地应力场;但对于矿山深部工程,利用这2种边界条件加载方法,则模拟结果分别存在“地应力与实际不符”、“边界条件施加困难和浅部区域地应力与实际不符”的问题。针对这些问题,综合前述2种边界条件加载方法的优点,提出了矿山深部工程FLAC3D初始地应力场生成的“速度-应力边界法”,探讨了模型速度边界条件与应力边界条件加载范围的确定方式,通过算例分析验证了“速度-应力边界法”生成初始地应力场的合理性。研究表明：采用“速度-应力边界法”构建的矿山深部工程数值计算模型,可以通过多次试计算的方式确定速度边界条件与应力边界条件的加载范围;生成的初始地应力场与矿山深部工程地应力实测数据基本一致;解决了前述2种边界条件加载方法存在的问题。研究成果可为矿山深部工程的数值模拟分析提供参考。     

白龙山隧道地应力场数值模拟研究及岩爆预测

根据静兴高速公路白龙山隧道区域应力场特征,建立三维地质模型,采取有限元数值模拟的方法分析研究工程区的初始地应力场分布规律。通过分析隧道轴线方向上的地应力场特征,发现隧道区初始地应力场以构造应力为主导,区内存在较高地应力场,长度约为3150m。最后,根据地应力资料对高地应力区隧道开挖阶段进行岩爆预测,结果表明隧道计算段岩爆等级为弱岩爆~中等岩爆。     

深部构造复杂区大断面硐室群围岩稳定性模拟分析

以某煤矿-770 m扩容泵房为研究背景,采用理论分析、数值模拟及现场实测相结合的综合研究方法,研究得到深部构造复杂区内大断面硐室围岩的变形破坏原因和稳定性控制对策,运用数值分析软件FLAC 3D 分析了耦合支护后泵房立体交叉硐室群应力场、位移场和破坏区特征,并对硐室稳定性和支护参数的合理性做出了评价。现场工业试验表明：硐室围岩变形量较小,30 d内顶底板移近量仅为12.5 mm,两帮移近量为7.5 mm,硐室围岩的稳定性较好,达到了理想的支护效果。     

A simplified testing method for stress-induced of tunnel surrounding rock

A simple testing method for secondary or induced stress of surrounding rock was presented by laboratory experiment, numerical simulation and in situ testing based on the basic principle of the historical stress restoring method. First, stress equivalent coefficient, which key coefficient of stress restored testing, was obtained by laboratory experiment. Second, experimental results were examined using 3D finite element numerical analysis and the influence factors were analyzed by 2D finite element numerical analysis. The correctness of induced stress measuring results in situ for highway tunnel were proved by elastic mechanics theory solution and single-hole stress rescission method. The new simple method of induced stress measuring has important practical value for underground engineering induced stress field analysis.     

地应力场方向对巷道围岩稳定性的影响

地应力测试结果表明在构造应力场水平应力是垂直应力的1.8～2.7倍,而且两个水平应力之比是1.5～2.5。构造应力场是影响对巷道稳定的主要因素之一。本文运用COMSOL 3D有限元软件在初始应力场轴向变化的情况下模拟了巷道围岩的应力状态,分析得出巷道轴向与最大水平应力方向之间的夹角越大,巷道越不稳定。此时巷道围岩的剪破坏区深入到巷道顶底板。因此在构造应力场掘进巷道时要尽量使最大水平应力方向与巷道轴向一致。     

巷道围岩破坏形式与原岩应力场的关系研究

运用东北大学开发的RFPA2D程序模拟原岩应力变化时巷道围岩破坏过程,了解无裂纹巷道围岩破坏形式与原岩应力的关系。根据模拟结果,在垂直应力大于水平应力的情况下,破坏主要在巷道侧面上发生。反之,在巷道顶板和底板发生。2个应力之比越大,这样的现象越明显。2个应力相同的情况下,在巷道顶底板和两帮都发生破坏。因此巷道破坏形式与垂直水平应力之间的比值有关而与应力大小无关。     

基于Faro-3DMine及Midas-FLAC3D耦合技术的实测采空区群稳定性分析

采用数值模拟法进行实测采空区群稳定性分析存在建模效率低、数值模拟精度差的问题。介绍了一种高效的实测复杂三维采空区群稳定性分析技术,以北辛庄矿区为例,采用Faro激光扫描仪探测采空区群,经3DMine处理生成矿山三维采空区群模型和多组剖面线,再导入Midas中建模,最后在FLAC~(3D)中进行采空区群稳定性数值模拟。结果表明:基于Faro-3DMine及Midas-FLAC~(3D)耦合技术能高效的对复杂采空区群进行精细化建模,准确模拟分析采空区群的稳定性,为采空区群治理提供了理论依据。     

金属矿床地下开采方法三维建模技术研究

三维建模技术在各领域应用广泛。矿业领域中,采矿方法三维建模技术是矿山数字化的基础。一个兼容性良好的采矿方法三维模型能够满足教学演示、三维仿真场景搭建及物理模型输出等多方面要求。工业领域建模技术发展较为完善,矿业领域复杂地质体等矿业领域的建模技术也早有学者涉略,但完整的采矿方法三维建模却缺少一套系统的方法。本文依托三维建模软件,基于工程实践二维图纸,结合工业领域建模经验,就采矿方法三维建模技术进行研究,提出基于三视图的三维模型重构法,采用B-Rep模型和CSG模型组合的方式,实现采矿方法三维模型的快速构建。重构的三维模型能够满足教学演示、三维仿真场景搭建与物理模型输出要求。