拱形洞室围岩内岩爆的计算机模拟与控制方法

借用GDA软件来模拟开挖周边的应力重分布 ,在此基础上 ,重点分析了拱形洞室的拱顶、拱肩、两侧及底角的应力分布与岩爆的关系。并提出如何依据dσ3/(σ1 -σ3)大小与正负来分析和估计岩爆位置 ,因为应力差σ1 -σ3可表征岩石的变形与静态破坏 ,而最小主应力增量dσ3的大小可表征抵抗这种变形与破坏的能力。结果是拱肩与底角会出现岩爆。分析结果得到了加拿大某矿山的岩爆发生位置实际资料所验证。最后 ,提出了如何利用预裂爆破方法使岩爆从拱肩迁移到洞室底角。     

基于围岩劣化诱导的洞室群稳定数值模拟

洞室施工过程的诱导扰动包括应力释放和转移、围岩劣化等,导致洞室群出现加速失稳。利用 RFPA 软件分别建立了水平排列三圆孔和倾斜排列三圆孔数值模型,前者通过邻近圆孔的材质替换模拟围岩劣化诱导研 究圆孔破坏过程,后者研究最大剪应力方向圆孔破坏特征。水平排列条件下,分别利用临近空孔填充石蜡和石膏 等不同扰动诱导程度研究表征稳定性的特征参数,包括拱顶沉降、声发射和应力分布。结果表明,斜孔布置在 45° 方向较易破坏且破坏程度从上圆孔开始,拱顶沉降也最大。通过填充石膏和石蜡模拟围岩劣化诱导程度,石膏强 度高于石蜡,即围岩劣化诱导石蜡高于石膏,诱导程度高,拱顶沉降较大,声发射能量低,围岩劣化越严重,洞室群 易破坏,失稳越快。     

不同侧压系数对软岩巷道的影响

以内蒙古孙家壕矿为依托,运用FLAC~(3D)进行数值模拟,模拟了在不同侧压系数情况下,软岩巷道围岩的塑性区域和变形情况,通过分析、比较,得出侧压系数对巷道的影响规律,为煤矿安全提供一定的理论依据。     

基于深部开拓巷道的岩爆预测及防治技术分析

岩爆是矿山在开采过程中严重的灾害现象,随着矿山浅部资源的日趋枯竭,矿山相继进入深部开采阶段,在“三高”作用的影响下,深部开采使得岩爆问题愈发突出,成为制约矿山安全生产的重大隐患,本文以棋盘井煤矿为研究对象,通过侧压系数进行巷道围岩的岩爆预测,针对该区域岩体具备中级岩爆的可能性,提出岩爆防治技术,通过对工作面前方进行超前卸压、松动爆破卸压及对工作面后方进行深孔卸压,有效地降低了巷道岩爆发生的可能性,在一定程度上,保障了矿山安全施工与开采。     

不同侧压系数下直墙半圆拱巷道底脚受力模拟分析

直墙半圆拱巷道直墙与底板相交的底脚属于应力容易集中的不利部位,巷道的破坏也常发生于底脚处。利用数值模拟软件FLAC3D对不同侧压系数下,巷道底脚受力情况进行了研究。结果表明,直墙半圆拱巷道最大压应力常出现在巷道直墙与底板相交的底脚处。随着侧压系数增大,巷道底脚位置处所受到的压应力呈现出增大的趋势,巷道底脚位置处衬砌的剪力与弯矩也表现出增大的趋势。若实际生产中巷道所在的区域水平应力较大,其底脚部分围岩可能较容易发生破坏,同时,底脚处衬砌也较易产生破坏,从而威胁到巷道支护结构的整体稳定性。     

不同应力环境下巷道开挖卸荷岩爆模拟实验研究

采用Plaxis 3D数值模拟软件,以应力环境对巷道岩爆的影响问题为切入点,从位移云图、应力应变曲线和塑性点分布等方面开展不同应力对巷道岩爆问题的研究工作,为巷道岩爆预防及治理提供研究基础。研究结果表明,巷道开挖卸荷过程中,圆形巷道左右两侧同时出现了应力集中和位移集中,此部位最易发生岩爆。开挖过程中,根据周围岩体距巷道侧壁的厚度的关系,可将开挖操作对周围岩体的影响划分为"开始变大"、"明显增大"、"急剧增加"三个区域。巷道的左右两侧壁会产生高应力集中区和位移集中区,最大应力随着水平应力的增加呈线性增长,巷道发生位移集中区域的面积与水平应力呈指数型正相关关系变化。位移集中区域中心与巷道侧壁的距离是圆形巷道半径的2/5,随着应力的增加,位移集中区域向周围扩张,岩爆的程度及影响范围也随之增大。     

开卸压槽防治岩爆的数值模拟研究

随着岩石工程逐渐向深部发展,高地应力导致的岩爆灾害日益凸显,而开卸压槽或是主动降低围岩高地应力、防治岩爆的有效措施之一。为研究开卸压槽对岩爆的防治效果,本文利用离散元数值模拟方法对巷道中不同开槽卸压方案进行了对比分析。研究结果表明：开挖后的巷道围岩环向应力增大、易发生岩爆,在围岩中开槽可在卸压槽周围形成三角形的应力降低区,并将高应力区转移到卸压槽底部,从而达到防治岩爆的效果。但开槽卸压的效果会受其具体位置影响,且在地应力较高(≥50 MPa)时,单独开卸压槽会造成局部围岩破碎,破坏围岩的完整性,进而诱发岩爆。此外,水平侧压力系数较小时,在不同位置开槽释放的弹性应变能近似相等,水平侧压力系数较大时,在巷道顶板处开槽能量释放效果要优于巷道侧帮开槽。因此,在实际工程中,应根据巷道围岩的地应力条件(地应力大小、侧压力系数等)和围岩稳固性选择合适的开槽方式、开槽位置和支护方式来防治岩爆。     

不同侧压系数下综放切眼围岩变形规律研究

切眼是大跨度、大断面回采巷道,其失稳与巷道围岩变形密切相关。文章以潞安集团某矿7801切眼为研究对象,采用FLAC~(3D)数值模拟方法分析不同侧压系数下,围岩塑性区和位移变形规律,并对变化曲线进行多项式拟合。结果表明,随着侧压系数的增大,围岩塑性区半径、顶板下沉量、底鼓量、顶底板移近量、两帮移近量均增加,围岩变形严重,其变化曲线符合多项式,拟合度分别为0.942 91、0.983 6、0.999 97。     

不同侧压系数对动载诱发巷道底板冲击的影响

为了探讨侧压系数对动载诱发特厚煤层巷道底板冲击的影响,使用岩体力学和FLAC2D有限差分数值模拟软件研究了不同侧压系数作用下应力波诱发特厚煤层巷道底板冲击的动态响应规律及显现过程.研究表明,动力扰动的作用是使处于极限应力下的煤体应力增加并打破平衡状态从而诱发底板冲击;动载作用下,随着侧压系数的增加巷道底板的临界水平应力值和最大应力差呈线性增加,底板最大垂直位移在λ＜2.0期间呈非线性增加,在λ＞2.0后出现微降,说明底板失稳难易程度与底板冲击显现强度不完全呈正相关;底板冲击的显现过程是底板的水平应力瞬间达到临界水平应力,底板塑性破坏区域扩大,致使弹性能瞬间释放,最终导致底板垂直位移发生突然增大产生冲击.研究成果为探索底板冲击机理及防治提供借鉴.     

急倾斜破碎带巷道破裂过程与支护的数值模拟

急倾斜岩层地质破碎带巷道的复修支护是当前困扰矿区生产的技术难题。结合现场实测资料,采用RFPA2D数值计算软件对攀枝花太平煤矿南三运输大巷进行了模拟研究,采用先加载后开挖的顺序,再现了巷道开挖与围岩破坏和垮落过程,分析了破碎带巷道的破坏特征,揭示了巷道变形、破坏的机理是沿着软弱层及层理的拉伸及剪切破坏。据此,提出了合理的支护方案,可为此类巷道的修复支护提供借鉴。     

不同侧压下底板切槽对围岩稳定性影响模拟研究

底板切槽是一种通过改变围岩应力状态抑制底鼓的主动防治措施。采用数值模拟研究不同侧压系数条件下底板切槽对围岩变形及应力演化规律的影响,研究结果表明:底板切槽会引起帮、顶位移的增加,从控制围岩变形的角度,底板切槽更适合于侧压系数较大的巷道;底板切槽对顶板围岩应力分布没有明显影响,随切槽深度的增加,帮、底围岩应力峰值向深部转移同时峰值降低,帮部以应力峰值降低为主,底板以应力峰值向深部转移为主;侧压系数越大,帮、顶应力峰值向深部转移的距离越小。     

基于数值模拟的高压采场卸压方案研究

为了安全开采含有较多采空区的矿体,制定了2种卸压方案,并采用FLAC3D软件对矿体进行建模,模拟并分析了其卸压效果.结果表明,采用方案1(卸压巷道与凿岩巷道呈"非"字形、相邻卸压巷道间隔10 m)时,最小主应力在凿岩巷道两边及顶板附近分别从8 MPa和9 MPa降至5 MPa和8 MPa,最大主应力变化不大;采用方案2...     

虹梯关隧道围岩岩爆分析

虹梯关隧道隧址围岩以硬质岩为主,该隧道属特长深埋隧道,其附近地质构造也十分发育,工程地质条件复杂,发生岩爆可能性很大。通过对岩爆影响因素的分析,采用水压致裂法地应力测试,经陶振宇判别法、切应力准则等应力判断方法,认为虹梯关隧道隧址部分地段可能会发生轻微～中等岩爆。     

断层条件下开采时矿压显现规律的数值模拟

为了弄清朱集东矿1111(1)综采作业面在断层条件下推进过程中的矿压显现规律,采用RFPA2D-Strata软件,对比模拟分析了工作面从断层上盘、下盘向前推进过程中断层对工作面支承压力的影响。结果表明：在断层条件下,无论从上盘还是下盘开采,工作面离断层较近时,工作面前方都会产生较高的应力峰值,形成冲击危险;相较于在上盘断层开采,工作面位于下盘断层时产生的应力集中系数更高,冲击危险性也更高。     

孔隙压力条件下圆形巷道围岩的应变局部化数值模拟

利用FLAC模拟了不同孔隙压力及围压条件下圆形巷道围岩的应变局部化过程。在计算中,采用了应变软化本构关系及"先加载、后挖洞"的方式。模拟结果表明,当围压增加到一定程度后,孔隙压力较低或等于零时,在围岩中出现了V形坑或"平底锅"形坑,这与开采深度达到一定后,无瓦斯或低瓦斯矿井中的岩爆现象类似;当围压增加到一定程度后,孔隙压力较高时,在围岩中出现了多条平行裂纹及多个不规则的狭长薄片,破坏区的外轮廓类似梨形,这与开采深度达到一定后,在高瓦斯矿井中煤和瓦斯突出后形成口小腔大的孔洞现象类似。     

不同侧压下两种断面形式隧道裂纹演化的流形元法模拟

本文应用二阶流形元程序对不同围压下两种隧道断面形式(圆形和直墙拱形)的裂纹起裂与扩展进行了数值模拟。模拟现象与理论分析相符;隧道裂纹演化规律不仅与侧压系数有关,而且还与隧道的几何形状相关;验证了裂纹演化过程中初始裂纹和远区裂纹的存在。说明流形元法在隧道工程的设计方面是一种可行的方法。     

斜向注浆管棚在侧压力隧道施工中的应用

洞冲里隧道进口处于Ⅴ级围岩地段,该地段地质裂隙发育、地下水丰富,隧道设计在山体的一侧;由于设计未曾考虑偏压的影响,在隧道施工过程中出现隧道边、仰坡面开裂、滑动现象,洞内已经浇注完毕的二衬混凝土出现了开裂、错台;现场监控量测的数据出现拐点,通过研究分析确定为侧压力所致。根据现场的情况经过多个方案的分析、评价、对比后采用了地表斜向注浆长管棚施工方法解决了侧压力问题,取得了很好的效果。     

高压注水防治冲击地压的数值模拟

为了研究高压注水处理顶板的防冲效果,采用RFPA2D软件对高压注水前后上覆岩层冒落情况以及对采场来压的影响进行模拟。研究结果表明高压注水后,工作面煤壁变软,煤体松动,煤体压力减少,矿压显现程度降低,煤体能量得到了释放,降低了冲击地压发生的危险性,使得后期的采掘工作得以顺利的进行,同时保证了全矿井的安全生产。     

基于防冲特厚煤层分层开采工作面巷道支护研究

华亭煤矿存在冲击地压危险倾向。250103工作面为首分层工作面,该工作面的巷道支护就尤为重要。文章通过在试验点调查,包括围岩强度、围岩结构、地应力及锚固性能测试等,进行地质力学评估和围岩分类,为巷道支护设计提供可靠的参数。巷道支护设计采用数值计算和经验法相结合进行,根据围岩参数和已有实测数据确定出比较合理的设计。