某矿2076工作面矿压显现规律数值模拟研究

本文针对该矿2076E大采高工作面,利用理论分析、数值模拟和现场试验相结合的方法,研究其矿压显现规律。通过利用FLAC3D数值模拟软件,模拟了该工作面在不同条件约束下的矿压显现规律。得到了应力峰值点与回采距离之间的变化关系;采高对超前支撑压力峰值位置的影响变化情况以及顶板的初次来压步距、超前支撑压力有效范围等合理结果。     

祁东矿坚硬顶板破断规律研究

祁东矿坚硬顶板大面积悬顶,为生产安全带来了巨大的隐患。通过对祁东矿3245(上)工作面顶板岩石取芯试验取得岩石力学参数,再利用取得的岩石力学参数对矿3245(上)工作面顶板的初次来压步距和周期来压步距理论计算和数值模拟分析。分析所取得的成果为后续的顶板控制提供重要的依据。同时该研究方法也为其他同类工程的处理提供参考。     

土工合成材料与土界面的细观研究

利用颗粒流程序（PFC2D）对土工合成材料的拉拔试验进行模拟,着重从细观角度来分析土工合成材料与土的接触界面。通过室内拟合试验,选取和校准离散元的细观参数,土工合成材料用平行黏结模拟,土颗粒采用由3个圆形颗粒组成一个椭圆形团进行数值模拟。数值模拟结果表明,接触界面的厚度为6～7倍平均土颗粒直径,接触界面中的颗粒发生较大相对位移,孔隙率增大,接触数减小。PFC2D为从细观角度研究土工合成材料与土的接触界面特性的理想工具。     

三台阶七步法不同施工步距浅析

近年来,随着我国机械化水平的提高,三台阶七步法越来越多的应用于隧道施工中。文章以韶新高速某隧道洞口段施工为依托,运用数值模拟,对三台阶七步法在该隧道施工时的不同步距进行研究,分析了不同步距下围岩拱顶下沉、洞周收敛,随隧道开挖围岩沉降等参数,并提出了适用于该隧道的步距,所得到的结果可以为相似隧道工程提供参考。     

不同粗糙度结构面直剪的颗粒流数值模拟

JRC-JCS模型是预测岩体结构面峰值剪切强度的重要模型之一,然而JRC的选取存在主观性缺陷。鉴于此,基于颗粒流程序PFC2D,采用同一套细观参数对JRC的精准取值及结构面直剪细观过程进行了研究。首先采用单轴抗压强度数值模拟方法获得壁面强度JCS值;然后通过在不同正应力下模拟平直结构面的剪切强度获得同类型岩石的基本摩擦角;最后借助CAD将Barton十条节理轮廓线导入PFC中,进行给定正应力的剪切强度数值模拟,进一步应用JRC-JCS模型可获得JRC值。结果表明(1)该方法获取的JRC值在Barton十条节理轮廓线值的范围内;(2)与Barton试验获得JRC值相比较,该方法是精准描述JRC的有益补充;(3)结构面剪切数值模拟也再现了其破坏过程,为剪切破坏机理分析提供了数值试验数据。     

膨胀土条件下隧道下穿既有地铁车站CRD开挖工法优化

为保证膨胀土条件下新建隧道施工和既有结构的安全,以合肥地铁5号线下穿既有地铁车站工程为依托,考虑膨胀土胀缩性及裂隙性等不良特性,对其采用了袖阀管注浆加固方法。基于CRD工法的开挖工序和循环步距提出了不同优化方案,并通过PLAXIS 3D岩土有限元软件,模拟了计算隧道及周边地层的受力和变形,选择出了最优方案。该研究表明:不同开挖工序对洞周位移有一定影响;1.5 m循环步距情况下的拱顶沉降和净空收敛是0.5 m的1.55~3倍。最后,选定以左上→右上→左下→右下的开挖工序、0.5 m的循环步距作为最优方案并进行现场施工。结合监测数据分析表明,隧道自身和既有地铁车站基本处于安全稳定状态,该优化方案合理可靠。     

隧道施工过程大比尺模型试验系统的研制及应用

 为研究隧道不同开挖方法的施工力学过程,研制大比尺三维模型试验系统,该系统最大外部尺寸为5.2 m×4.5 m×2.7 m(宽×高×厚),结构合理,可任意拆卸,组合拼装,自动液压控制系统具有压力高、保压时间长、可进行稳步梯级加载等特点,能够满足各类地下工程的三维和平面地质力学模型试验的要求。在既有地质力学相似材料的基础上,通过大量的不同材料配比及其力学参数测试,获得满足V级软弱围岩的相似材料配比。基于此开展铁路隧道施工过程的大比尺三维地质力学模型试验,真实模拟隧道在开挖和支护过程中不断变化的力学过程。试验结果表明,该系统稳定可靠,可广泛应用于其他地下工程的地质力学模型试验研究,其研究方法技术及所得结果对类似工程研究具有一定的借鉴和指导意义。     

岩石单轴压缩试验离散元模拟分析

采用二维离散元程序PFC2D,对岩石试样的单轴压缩试验进行了数值模拟。将数值模拟结果和室内试验实测结果进行了比较,发现颗粒流方法能够较好地模拟室内试验,其结果对研究岩石单轴作用下的破坏机理有一定的应用价值。     

PFC及其在矿山崩落开采研究中的应用

介绍PFC的基本原理及其在岩土工程基础理论和工程应用研究中的主要功能，包括描述岩土介质材料基本力学特性的特点；概述PFC目前在国际上应用的现状及其在解决岩土体问题时的适用性和针对性。结合在进行矿山崩落法开采实际工程问题时PFC数值模拟的应用过程，介绍真实问题PFC应用研究的基本思想和工作步骤，包括模型构建与设置、材料模拟的数值试验以确定给定岩体的微力学参数、破裂发生和发展过程的追综记录等；同时，还给出具体工程崩落开采过程中的破坏形态、应力变化、围岩响应等。     

随机介质放矿理论散体流动参数试验

 随机介质放矿理论散体流动参数原有测量方法的不足主要表现在：由于散体颗粒运动表现出不确定性和随机性,散体流动参数测量存在较大误差;标志颗粒与试验矿岩散体流动性能不一样;原有参数求解方法一般采用放出量与放出体高度之间的关系式求解,测量结果与实际差别较大。在试验的基础上,改进标志颗粒的制作方法与放置方法,提出利用放出体方程求解散体流动参数的新方法。对2个矿山的4种不同矿石进行散体流动参数测量对比试验。试验结果表明,利用新方法得到的散体流动参数与实际基本相符。将该方法应用于北洺河铁矿生产中,确定合理的采场结构参数,取得较好的技术经济效果,矿石回采率为90%,贫化率为11%。现场应用表明,随机介质放矿理论的散体流动参数可较好地反映崩落矿岩的流动特性,散体流动参数测量新方法可大大地增强随机介质放矿理论的工程适用性。     

深井巷道围岩主应力差演化规律物理模拟研究

以山东郓城煤矿深井破坏巷道为工程背景,在大尺度(1.0 m×1.0 m×1.0 m)真三轴模拟试验系统上再现其开挖卸荷效应的全过程,通过模型内部切片法获得深井巷道围岩无支护条件下的破坏模式和范围;借助自主研发的三维应力测试元件揭示深井巷道不同深度处围岩真实的加卸载应力路径与开挖前后应力状态,重点分析松动圈内外围岩主应力差的演化规律,并结合围岩破坏范围及模式对其机制进行探讨。     

土压平衡盾构法施工参数的模型试验研究

由于受地质条件和施工工艺的限制,盾构掘削参数的变化难免会对地层产生扰动影响,往往由此而引发一系列的环境病害问题,故而有必要开展土体-盾构系统的基础试验研究。首先进行了盾构模型试验方案的设计,该方案包括直径0.4 m的土压平衡模型盾构、2.4 m×2.4 m×1.2 m的试验土箱、盾构工作驱动系统和数据采集系统等4部分;随后在软硬不同的模型土层中,进行盾构不同工作参数组合的掘削试验,得出一些有用的规律。     

经山寺铁矿优化开采综合爆破技术

 为实现经山寺露天铁矿的高速开采,提出优化开采综合爆破技术,解决矿石块度控制、采场边坡稳定控制和零星矿脉高效开采等技术难点,取得较好的效果。首先,利用Kuz-Ram数学模型建立控制矿石大块率的炸药单耗预测模型,结合实际工程地质条件,计算出经山寺铁矿控制爆破矿石块度合理的炸药单耗;其次,通过将原设计的边坡预裂爆破改为缓冲爆破,减少炸药使用量,并通过调整装药量和装药结构来控制生产爆破对邻近最终边坡的损伤,在降低工程施工成本的同时满足边坡安全的使用要求;最后,针对矿体赋存分散的特点,采用分段爆破开采、原位爆破等技术降低矿石的贫化和损失率,减少资源浪费。多种爆破技术的综合应用为中小型矿山高效开采开辟了一条新的途径。     

不同接触状态下粗糙节理剪切强度性质的颗粒流数值模拟和试验验证

节理表面形貌和接触状态对节理剪切力学性质有重要的影响。用砂浆材料的单轴压缩试验和光滑节理直剪试验得到材料和光滑节理的宏观力学性质参数,对颗粒流数值模拟的节理细观力学性质参数进行标定。用颗粒流离散元数值软件(PFC2D)构建人工粗糙节理表面形貌,对不同表面形貌的节理在不同接触状态下的剪切强度性质进行颗粒流直剪数值模拟试验,获得其峰值剪切强度。同时进行人工材料节理直剪试验,与颗粒流直剪数值模拟试验结果进行对比分析,数值试验与直剪试验结果吻合较好,验证了颗粒流直剪数值模拟试验与直剪试验具有同等的精度,可以作为各种表面形貌的节理在不同法向应力水平下抗剪强度研究的一种补充方法,以解决节理直剪试验中表面形貌损失对其剪切强度的影响,也可以在少量节理直剪试验的基础上,预估相同形貌的节理在不同接触状态下的剪切强度性质,同时还可以在现场测定不同粗糙度的节理表面形貌,预估其在不同接触状态、不同法向应力下的剪切力学性质。从而解决节理直剪试验中在相同形貌节理试件取样和制备困难的问题,且具有经济、方便、快捷、可重复性强等特点。     

高地应力作用下大理岩岩体的TBM掘进试验研究

滚刀破岩效率的研究主要集中在室内线性试验机破岩试验和数值分析2个方面,在工地开展TBM掘进试验尚不普遍。锦屏二级水电站采用3台TBM开挖隧道群,3台TBM在不同洞深(不同地应力)条件对大理岩岩体进行TBM掘进试验、岩石渣片筛分试验及大渣片统计分析,研究岩体条件、TBM机器参数、TBM运行参数对TBM掘进速度的影响及高地应力作用下岩体可掘性指数的变化。研究结果表明:在高地应力条件下,尽管TBM掘进速度随推力增加而增大,但推力超过一定值后,TBM并不在优化状态下运行,TBM的运行需与岩体条件及地应力条件相匹配。     

官庄铁矿深埋破碎矿体开采岩体变形测试分析

 以大量实测资料为基础,分析官庄铁矿北区深埋破碎厚矿体开采引起的围岩变形和地表移动规律。实测结果表明,官庄铁矿北区地表下沉属于连续下沉,岩层破坏主要是缓慢型破坏。分析过程中,把几种实测分析方法和数值分析法有机结合在一起,形成岩体移动变形综合研究方法,对地下开采引起的岩体移动机制进行具体分析。分析中所采用的实测分析类方法包括蠕变试验分析、地表移动观测分析、围岩变形监测分析、原岩应力量测分析;数值分析类方法包括ANSYS和FLAC。结合官庄铁矿工程实例,通过具体测试分析,探讨深部开采岩体移动变形规律及特点,即深部开采覆岩移动变形具有均匀、整体压缩变形等特点,地表移动连续且周期较长。实践证明,所采用的综合研究方法是分析岩体移动和地表下沉机制的有效途径。     

重大水利工程下矿产开采对其安全影响评价及加固措施研究

针对我国矿产资源开发给相关重大水利工程的安全带来隐患这个严重的现实问题,结合实际工程,首先根据相邻矿区开采沉陷现场监测曲线,运用数值模拟方法对杨村矿区岩土体力学参数进行反演分析;然后利用数值模拟软件中的弹塑性模型和流变模型及概率积分法开展煤层开采对西淝河左大堤安全的影响评价。根据现行国家相关规程和我国40多年堤下开采实践经验,初步提出西淝河左大堤受采动影响的抗变形控制指标和折减指标。在上述研究成果的基础上,最后推荐方案3（距堤600 m）为正式开采方案及提出综合防护措施,为解决类似工程,如南四湖、南水北调工程中线总干渠压煤开采等提供一定的借鉴。     

位移反分析法在梅山铁矿巷道工程的应用

以梅山地下-420 m铁矿巷道工程施工监测项目为依托,进行岩体力学参数的弹塑性反分析,由实测的位移反分析计算得到围岩的力学参数,并采用ANSYS有限元软件计算开挖面前方的变形值。研究表明,采用的反分析计算方法是行之有效的,为同类工程施工积累了宝贵经验。     

Stability analysis of large-scale stope using stage subsequent filling mining method in Sijiaying iron mine

To improve mining production capacity, a stage subsequent filling mining(SSFM) method is employed for Sijiaying iron mine. The height of the stage stope is approximately 100 m. As there are farmlands and villages on the surface of the mine, the surface deformation should be controlled when the ore is mined out for the purpose of stope stability and minimizing surface subsidence. In this paper, according to the site-specificgeological conditions, the self-stability of the stagefi lling body was analyzed, and the failure mechanism of back filling body was defined. Thus the relationship between the exposed height of filling body and the required strength was obtained. Next, the stability of back filling body and the characteristics of surface subsidence due to mining of 450 m level were analyzed using physical modeling.Finally, a three-dimensional numerical model was established using FLAC3 D, with which the surface subsidence and the stability of stope were achieved. The results show that the stope basically remains stable during the two-step recovery process. The maximum magnitude of the incline is 10.99 mm/m, a little larger than the permissible value of 10 mm/m, and the horizontal deformation is 5.9 mm/m,approaching the critical value of 6.0 mm/m, suggesting that the mine design is feasible for safety mining.     

大理岩三轴压缩试验的颗粒流模拟

进行了大理岩在不同围压下的三轴压缩颗粒流模拟,通过试验对比分析,发现经由颗粒流单轴压缩试验模拟得到的微观参数可以较好地应用到三轴压缩试验模拟中;颗粒流程序可以较好地模拟大理岩在单轴、三轴压缩试验中的强度变形特性,得到的强度参数与试验值差距较小,但弹性模量无法反映实际试验中的变化过程,泊松比存在较大差距。