下向分层胶结充填采场失稳机理及顶板垮塌模式研究

以某矿下向分层胶结充填法采场发生大面积失稳事故为工程背景,通过分析地表及井下工程破坏情况得出采场顶板发生了“下部充填体散体冒落+上部充填体及覆岩整体陷落”的复合垮塌模式,并进行了理论计算验证。数值模拟研究结果表明,随着采场中采空进路数量的增加,各间柱上的垂向压力不断叠加,若有一个间柱因承压达到极限而失稳,压力便向周边间柱转移导致其他间柱失稳,进而引发“多米诺效应”式的间柱连锁失稳现象,空区顶板在拉应力作用下发生散块冒落,空区边缘部位在集中剪应力作用下发生整体剪切滑落,最终发生直通地表的大规模垮塌事件。结合矿山实际生产问题,提出了一系列采场失稳风险防控措施,可为类似矿山提供借鉴。     

建下煤体充填开采数值模拟分析研究

结合FLAC3D数值模拟软件,对杨庄煤矿3642采面Ⅲ64采区充填开采过程进行模拟分析,得出充填开采中充填体起到了支撑覆岩和为煤柱提供侧限的保护作用,从而很大程度上减小因煤层开采对地面建筑物的影响。     

基于混沌优化的高阶段充填体可靠性分析

对高阶段充填体进行了力学分析,推导了分层充填力学计算公式,用可靠性理论研究了高阶段充填体稳定性。考虑高阶段充填体可靠性分析的状态函数求导困难,提出了基于混沌优化的可靠性计算方法,为工程中复杂函数计算可靠性指标提供了一种新的方法。高阶段充填体力学研究表明:缩短采场长度和增大采场宽度有利于充填体稳定性和降低充填成本。为了评价高阶段充填体稳定性,分别在实验室配制充填料浆和采场取样试验了尾砂胶结充填体强度,分析了采场原位充填体强度与实验室试验强度的差异。研究认为:采用实验室力学参数进行充填设计,最小设计安全系数为1.6～1.8,最小可靠性指标为1.8～2.0比较合理。用本文方法对安庆铜矿3号高阶段采场充填体进行了可靠性分析,并评价了充填设计的可行性。     

浅谈高承压水体上似膏体充填开采技术与工艺

对于高承压水上煤炭开采,充填开采为一项有效防治水技术。本文对似膏体充填开采技术与工艺进行了论述。     

沿空留巷围岩结构模型的建立及其稳定性分析

综合考虑沿空留巷围岩变形、采场覆岩运动规律及巷旁支护结构的特点,将沿空留巷顶板结构简化为采空区矸石、巷旁充填体及巷帮煤体共同作用的弹性力学模型,计算了该条件下的支护反力,利用控制变量的方法分析了影响支护反力的主要因素是充填体宽度和充填体弹性模量,得出了巷旁充填体压缩量计算公式。在此基础上,通过UDEC数值模拟方法,模拟了沿空留巷顶板关键岩块在弹性支撑条件下的应力状态,分别得出了充填体宽度及弹性模量与顶板下沉量的关系。     

特殊膏体材料充填对开采沉陷控制的数值分析

提高充填体接顶率和减小充填体压缩量是控制地表沉陷的关键因素。针对此因素,通过数值模拟详细比较了垮落开采和具有膨胀特性的膏体材料充填开采下地表及顶板的移动变形,并分析了不同方案下围岩的稳定性。结果表明,采空区未充填时,表征地表移动变形的各指标均超过建筑物I级破坏允许值,并且顶、底板出现严重的拉伸、剪切破坏。各充填方案中,随着膏体材料中膨润土含量的增加,充填对地表沉陷及顶、底板变形的控制效果呈现先增强后减弱的趋势。当膨润土与水泥质量之比为40%时,地表最大下沉值、倾斜值和水平变形值均最小,岩层移动和地表沉陷控制效果良好。     

基于FLAC3D数值模拟的某矿山不同采矿方法对比

以云南某缓倾斜薄至中厚磷矿体露天转地下开采为工程背景,根据赋存条件、矿体厚度、矿层倾角和地质勘探线剖面,确定主要两种采矿方法为崩落法和充填法,采用有限差分软件FLAC3D数值模拟方法对采场出现位移的变化规律进行研究,得出了充填法开采沉降位移影响范围明显减小,对于缓倾斜薄至中厚矿体,开采方法也是露天转地下,为其选择及优化提供依据。     

深基坑三维降水理论及其面向对象有限元程序实现

介绍深井降水条件下，考虑土体粘弹性压密特征和土-耦合作用的深基坑渗流场分析模型。在此基础上，运用有限元法对其进行数值模拟。为提高计算精度，对含水层非饱和带和自由面问题进行了适当考虑。设计了基于Microsoft Windows95／98平台的面向对象有限元软件、给出了基本的程序框架和有关的程序段。     

沿空留巷采场围岩力学特征数值模拟研究

为揭示沿空留巷采场上覆围岩的力学特征,以谢桥煤矿12418工作面地质和开采技术条件为背景,采用数值模拟进行了计算和分析。研究表明:工作面上覆围岩存在应力壳(高应力束组成)和老顶岩层承载结构,共同承担、传递和转移上覆岩体的荷载,工作面位于两者保护的低应力区内。工作面围岩破坏场发育在高应力集中区下的卸压区内,而破坏造成的离层区域位移量最大。沿空留巷的刚性充填体导致其自身和覆岩处于高应力状态,形成完整未破坏区域,降低了采空区上方破坏区的高度和范围,使本工作面采空区上方破坏区不能与临近破坏区贯通,瓦斯得不到有效释放和卸压。在倾向方向,工作面中部垂直位移大于上部和下部,对充填体产生向巷道内的水平推力,充填体水平位移较大,不利于巷道围岩稳定性控制。因此,合理控制充填体的强度和刚度是沿空留巷开采取得最佳效果的关键。     

黄土-废石胶结充填体抗压强度试验研究

宝山矿2^#砂页岩矿体采用黄土-废石胶结充填法回采。为了确定其合适的配合比,采用RMT-150B岩石力学试验机对七种配合比的黄土-废石胶结充填体的标准试样进行了抗压强度测试,利用测试结果选择C组配合比的黄土-废石胶结充填体应用于该矿工业性试验采场进行充填,并对该试验采场的充填体进行了应力测试。研究结果表明:黄土-废石胶结充填体的破坏过程分为五个破坏阶段;黄土-废石胶结充填体的强度随黄土加入量的增加而减小,随水泥加入量的增加而增加;初期强度随水泥加入量的增加而提高;选用C组配合比的黄土-废石胶结充填体充填试验采场的应力为2.25 MPa,其龄期为60 d时为原岩体的抗压强度的47.4%,满足该矿对充填体强度的要求;研究成果为其它采场选用合适的胶结充填体的配合比提供了依据。