尾矿库加高与隧道开挖相互影响的数值模拟研究

以某尾矿库加高与下穿隧道开挖为例,采用有限差分法进行数值模拟,分析了既有尾矿库现状下开挖隧道对尾矿库的影响,以及后期尾矿库加高对隧道的影响。分析结果表明:1)隧道开挖引起的岩体应力重分布范围约为隧道直径范围的3倍左右,不会波及到地表尾矿库,隧道掘进对现有尾矿库影响甚微;2)隧道周边岩体应力分布规律主要由隧道开挖过程形成,尾矿库堆高加载作用对其没有影响,只附加其应力值。隧道处于岩体应力拱保护范围内的低应力区域,周边岩体应力平衡,处于稳定状态;3)数值模拟方法用于研究尾矿库加高与隧道开挖相互影响是可行的,该方法可供类似项目借鉴。     

不同围压巷道开挖应力场演化规律模拟试验研究

在实验室利用自制模具对模型边界进行约束,采用微机控制电液伺服万能试验机进行加载,采取卸除前约束板模拟煤矿井下煤层巷道开挖,得出了不同应力煤层开挖前后轴向应力变化特征,探讨了低应力、中等应力、高应力条件下巷道围岩开挖前后的应力场变化特征。研究结果表明:在低应力条件下,模型开挖造成应力的重新分布,在开挖面附近形成拉应力区,但模型内应力值较小,整体处于弹性状态,围岩抗开挖扰动能力较强;在中等应力条件下,模型开挖造成围岩浅部拉应力区进一步加大,岩体接近或达到屈服状态,围岩受开挖扰动比较强烈,开挖后应力场开始呈现"拉—压—拉"交替现象;在高应力条件下,围岩出现明显的塑性破坏,模型内部整体处于受拉状态。受到开挖扰动,围岩表面迅速恢复到受压状态,并再次向深部转移,形成明显的动态"拉—压—拉—压"交替现象,围岩破坏深度大、抗扰动能力差,呈现深部开采特征。     

巷道围岩破碎区分布特征及其影响因素的数值模拟

基于圆形巷道经典松动圈解析解进一步推导了破碎区范围的分布特征,分析了围岩破碎区与巷道断面、侧压系数、埋深等因素的关系,评价了围岩稳定性。研究结果表明:巷道断面形态对围岩破碎区范围的影响较小;侧压系数<1.0时,巷道的两侧易发生失稳破坏;在侧压系数等于1.0时,巷道围岩破碎区分布最为均匀,巷道处于相对稳定的状态;侧压系数>1.0时,巷道顶底板处则较巷道两侧易发生失稳破坏;围岩破碎区范围随着埋深的增加而增大,在埋深为1 500 m时,巷道围岩达到了极限强度,从而认为巷道开挖存在一个极限埋深。     

浅埋偏压软岩隧道数值模拟及方案比选

围岩的应力应变是分析隧道开挖中围岩稳定性的重要依据。目前比较成熟的隧道施工力学方法主要是对隧道开挖过程进行数值模拟。通过大型有限元软件ANSYS,计算了不同埋深、不同坡度角、不同覆盖层厚度条件下,马鞍形浅埋偏压软岩隧道围岩的应力应变,分析其规律并进行方案比选,确定了此类隧道比较合理的设计方案。分析结果表明:以2倍洞径的埋深作为偏压隧道深埋或浅埋的判断依据是合理的;在保证围岩稳定不发生片帮冒顶的前提下,减小埋深和覆盖层厚度是比较合理的;隧道内壁各点的应力应变规律可以为隧道开挖中支护结构参数的选取提供参考。     

Formation of tension and delamination areas in a long excavation’s roof

The article discusses assessment of geomechanical state and behavior of roof rocks in a long excavation as the production heading is advanced. Initial conditions and propagation of growth conditions of delamination fractures have been found, including dynamic regime.     

Borehole yield and hydraulic fracture initiation in poorly consolidated rock strata—part I. impermeable media

The stress distributions around a circular well in granular elastoplastic impermeable media are calculated. Yielding may develop during drilling as deviatoric stress in increased during cavity creation. Hydraulic injection imposes an unloading action on the existing yielded medium because of reduction of deviatoric stress. Thus, it is unlikely that the stress-strain path returns along the original elastoplastic trajectory; instead, it follows an unloading path which is different from the active loading path followed during drilling. The effects of initial yielding due to excavation or drilling disturbance on the local stress state complicate stress measurements, and may even change hydraulic fracturing mechanisms in such media.A non-associated flow rule is used to calculate the plastic deformation in order to obtain a reasonable deformation field. The final volumetric strain around the borehole is solved as the summation of the incremental strains due to the injection preceding hydraulic fracture, and the existing plastic strains created during borehole excavation.     

探析岩巷快速掘进技术在祁东煤矿的应用

在生产矿井中,岩巷掘进对保持采掘平衡、保证可持续生产具有重要意义.本文在不增加人员、设备等施工条件下,探析制约祁东煤矿岩巷掘进的瓶颈问题,同时借鉴其他煤矿岩巷快速掘进技术,对爆破技术中的掏槽方式、排矸系统、工艺工序等提出了较为合理的改进,对实现岩巷快速掘进有一定的意义.     

磷块岩在动静加载作用下的破坏特性研究

在磷矿掘进开挖过程中,磷块岩在深部围岩开挖的扰动下,处于动静结合的应力状态,呈现不同程度的 开采破坏现象。 通过在室内展开不同预静载作用下的动静组合三轴试验,分析磷块岩在不同加载环境下的应力—应 变曲线与破坏模式,研究磷块岩在不同动静加载作用下的破坏特性。 结果表明:①动力扰动后的,磷块岩三轴抗压强 度比其在常规三轴静荷载试验下测得的强度低;②磷块岩所受围压相同时,随着其所受预静载水平的提高,磷块岩受 动载扰动程度逐渐降低,且变形破坏程度更明显;③磷块岩所受轴向预静载力相同时,随着其所受的围压越大,磷块 岩在动静组合下的抗压强度越大。     

Zonal disintegration of rock mass around an underground excavation

In focus is mathematical modeling of zonal disintegration of rocks around a deep-level excavation. In the framework of the elastic model of isotropic material, the author analyzes the two-dimensional case of stress field in rocks around a circular cross-section excavation. The effective compressive stresses at infinity depend on the depth of the excavation occurrence. The shear stress analysis has shown that in rocks around the excavation, the increased shear stress circle zone appears at the distance \(r = \sqrt 3 R\) from the excavation center. The increased stresses come before the rock mass disintegration and create conditions for next destruction circles. The author dwells on probable influence of initial hydrostatic stress on the disintegration law. In modeling, the zonal disintegration circles appear at larger distance from the excavation center than in the experiment, due to the idealization of the classical problem formulations in rock mechanics.     

巷道快速掘进施工工艺研究

为了提高巷道掘进速度,缓解日益紧张的采掘接替,分析了影响快速掘进的影响因素,主要包括掘进支护失调、施工组织管理和队伍素质、掘进施工工艺、掘进配套设备、巷道地质条件等,然后研究了掘进设备成套装置优化、掘进施工工艺优化,建立了综掘机截割工艺、多工序交叉平行作业、支护工艺优化、优化作业循环方式等巷道快速掘进施工工艺。研究为巷道快速掘进提供了理论支持。     

使用石膏围岩试件模拟巷道开挖卸荷效应的试验研究

为了掌握巷道(隧道)围岩在开挖卸荷条件下的变形规律及破坏机制,实现对巷道开挖卸荷过程中真实加、卸载过程的模拟,采用具有自主知识产权的巷道围岩开挖卸荷模型试验系统,对高强石膏材料制作的小型围岩试件(厚壁圆筒:高290 mm、外径200 mm、内径100 mm)进行了巷道开挖瞬态、缓慢卸荷以及破坏的模拟试验。试验过程中采集到围岩试件轴向和切向2个方向的应变随时间的变化关系,获得了开挖卸荷全过程的应变-时间曲线。试验结果表明:(1)围岩试件的轴向基本都呈现受压状态,部分测点出现拉压变化,轴向应变在缓慢卸荷时可充分展现其弹塑性变形,而在瞬态卸荷时大部分的变形是在卸荷后慢慢释放的,卸荷结束后围岩试件有轻微蠕变现象;(2)围岩试件的内测切向应变大于外侧,即离洞壁距离越远,应变越小,试件在卸荷过程中向内膨胀;(3)同一测点,卸荷过程中切向应变大于轴向应变,切向应变对卸荷过程的反应更敏感,具有瞬时性,在围岩变形中起主导作用;(4)卸荷破坏时,切向应变先于轴向应变发生突变,即围岩试件破坏方向朝向洞内,试件破坏主要是环向剪切破坏伴随有竖向劈裂。     

临近巷道掘进扰动效应下巷道变形监测分析

对淮南朱集矿轨道巷进行两帮收敛、拱顶沉降、底臌和锚索拉力的现场监测,基于监测结果,阐明轨道巷在相邻的胶带巷和回风巷扰动影响下围岩变形和锚索拉力的变化趋势。监测结果表明：轨道巷围岩受到了回风巷和胶带巷的扰动;变形经历较长时间后达到稳定,且底臌值大于两帮收敛和拱顶沉降;胶带巷和回风巷对轨道巷的扰动影响程度和巷道群的空间布置相关,在巷道间距大于5倍硐径情况下扰动仍然存在,而且扰动影响不是突变性的,具有时空效应。     

光面爆破在快速掘进中的应用

光面爆破是一种使爆出的新壁面保持平整而不受明显破坏的爆破技术,是岩巷快速掘进工艺的重要环节,它严格影响着巷道的质量和成巷速度。本文介绍了目前主要的光面爆破机理及各个爆破参数的计算原则,并结合峰峰新三矿的现场试验情况,提出适合该矿的光爆方案,为该矿快速掘进提供了依据。     

一次爆破成井技术在自然崩落法聚矿槽施工中的应用

在自然崩落法开采中,聚矿槽主要采用机械钻进盲天井提供爆破自由面,施工成本较高,效率低,安全性差。为解决自然崩落法矿山盲天井的施工问题,以普朗铜矿为例,从盲天井施工的关键参数选取、爆破设计、设备选型等方面出发,通过理论分析与现场试验验证相结合的方法,提出一种一次爆破成井的盲天井施工方法。在普朗铜矿进行试验获得成功,并实现推广。与传统方法对比,聚矿槽盲天井的施工工期缩短了70%,成本降低了80%～90%,成井质量效果良好。在普朗铜矿实施的高效中深孔爆破一次成井实例,不仅施工安全,节约成本,更可为国内外自然崩落法类似矿山的聚矿槽施工提供重要参考借鉴经验。     

重复采动对地表移动变形的影响

本文通过对翟镇煤矿一采西翼2#、4#煤层采出后地表移动变形情况的对比,分析了重复采动对地表移动变形影响的规律,提出了对策和建议,对今后矿井多煤层开采活动具有一定的借鉴和指导作用.     

开挖扰动对断层上下盘围岩稳定性的影响研究

为研究采动应力对断层上下盘围岩稳定性的影响,采用相似模拟实验的方法,对开挖扰动作用下断层上下盘的围岩移动和破坏机制展开研究,结果表明：随开采工作的不断进行,断层在采动应力的影响下,位于断层下盘的围岩系统失稳垮落现象明显,基于覆层空间结构思想,对下盘围岩冒落规律展开分析,将断层下盘围岩冒落过程分为裂隙发育、覆层快速失稳、覆层逐渐稳定、覆层突变冒落四个阶段。相对于下盘围岩,上盘围岩位移变化微弱,应力增长显著,引入断层稳定性评估的应力比状态量,应力比计算值均在稳定区间内,上盘围岩系统保持稳定,受开挖扰动影响小。     

糯东煤矿底抽巷快速掘进影响因素分析及实践

巷道掘进是煤矿开采过程中的重要环节,影响煤炭开采的整体进度。针对糯东煤矿采掘紧张的局面,以12000工作面底抽巷为工程背景,对影响巷道掘进因素进行了分析,认为地质条件、掘进设备、作业方式、人员综合素质、管理水平是影响巷道快速掘进的重要因素。为了实现巷道的快速掘进,提出具有针对性的改进措施,从底抽巷的掘进设备、巷道布置层位、支护方式选取、施工组织设计的合理性等方面入手。现场实践表明:底抽巷快速掘进效果明显,提高了岩巷掘进的单循环进尺,有效地降低了掘进成本,改善作业环境,实现了12000工作面底抽巷的快速掘进,保证了工作面的安全回采,可为其他巷道的掘进提供借鉴。     

某大跨度地下厂房开挖过程变形监测研究

结合白山水电站抽水蓄能工程地下厂房施工实例,介绍了地下厂房开挖过程中的变形现场监测过程。监测地下厂房变形的仪器包括多点位移计和收敛计。随着同一施工层的继续向前开挖,引起地应力的进一步释放,导致地下厂房岩壁的向内移动,现场变形观测数据对于及时修改支护参数和开挖计划起到了关键的作用。     

煤矿岩巷快速掘进技术研究与应用

结合焦家寨煤矿岩巷的快速掘进技术实践,研究了采用液压钻车配套新型侧卸式装岩机的岩巷机械化掘进作业线、中深孔光面爆破和湿式喷浆系统在岩巷掘进中的关键技术.实践表明,这套岩巷综合掘进技术,大大降低了工人劳动强度,减少了巷道超欠挖、降低了材料消耗,改善了作业环境,作业粉尘不到10 mg/m3,掘进尺由原来的60 m/月提高至100 m/月,初步实现了岩巷高效安全掘进.     

Effects of the rock mass parameters on the dragline excavation performance

This paper investigates impacts of rock mass properties on dragline performance. Performances of two draglines operated in different rock formations in Tuncbilek Coal mines were analyzed using modified geological strengths index (GSI). Results showed that draglines’ performance change with the rock mass properties. Based on the available data, an empirical relationship was generated to estimate dragline production capacity. The estimated excavation amount by the proposed model was found to be consistent with the excavation amount obtained from the field data.