冲击动载下锚固节理岩体剪切破坏模拟研究

为探究冲击动载下不同节理角度对锚固节理岩体剪切破坏的影响规律,基于ABAQUS软件开展了动载冲击下不同节理角度锚固岩体的动态剪切数值模拟研究,系统分析了动载冲击下锚固节理岩体的剪切破坏演化过程及锚杆发生剪切破坏时的切应变、切应力与剪切位移,并依据理论分析提出了最优锚固角方案。研究结果表明：动载冲击过程中,锚杆与岩体在不同冲击时期分别提供了不同程度的锚固系统抗剪力;当锚固岩体节理角度为60°时,锚杆发生剪切破坏所产生的切应变、切应力与剪切位移最大,90°次之,45°最小;通过最佳锚固角估算公式验证了最优锚固角在60°至70°范围内。研究成果对动载巷道节理岩体的加固工程具有一定的指导和借鉴意义。     

基于界面模型的煤岩体冲击破坏特性研究

煤岩两体结构是煤岩体发生冲击破坏时的基本结构,采用RFPA数值软件探讨煤岩体中界面倾角与深部开采条件下围压对煤岩体冲击失稳破坏的影响。模拟结果表明:煤岩体的声发射能量特性与抗压强度呈现相同的变化规律,倾角越大,冲击破坏的危险性越低,界面滑移破坏的危险性越高;煤岩体在高地应力大倾角下抗压强度大小主要由围压来决定。煤岩体的破坏模型以45°倾角为界限,分为压剪破坏和界面滑移破坏2种,当α<45°时,煤岩体呈现压剪破坏特征;当α≥45°时,破坏模式转变为以煤岩交界面的滑移破坏为主。     

岩石冲击破坏分析及其数值模拟研究

采用一级轻气炮驱动飞片撞击实验技术,对石灰岩在冲击载荷作用下的应力波传播效应和破坏特性进行了研究。结果表明,岩样中传播的应力波有明显的弥散效应和衰减特性;切片观测发现,冲击后岩样存在头部破损区、中部拉压破坏区和尾部裂隙区3个不同的破坏区域。在此基础上,对冲击破坏过程进行了数值模拟,其结果与实验结果比较吻合。     

煤－岩组合体冲击倾向性三维数值试验分析

运用FLAC3D对河南某矿的煤－岩组合体冲击倾向性进行三维数值试验研究,分别通过改变煤－岩体高度比例（1∶1、1∶2、2∶1）和夹角（0、30°、45°）来进行模拟,分析煤－岩体不同的组合模式对冲击倾向性的影响。三维数值试验结果表明：岩石高度所占比例越大,煤－岩体的冲击能量指数越大,弹性能量指数越大,冲击倾向性也就增强;煤岩夹角越大,煤－岩体的冲击能量指数越小,弹性能量指数也越小,冲击倾向性也就减弱。     

煤岩体冲击倾向性指标评价

通过对近年来国内在煤岩体冲击倾向性方面研究的总结,并根据其研究和应用情况,对各冲击倾向性指标进行了评述。本文有地在冲击地压的研究中对煤岩体冲击倾向性指标的合理选择和冲击倾向性的判定。     

煤岩体冲击倾向性指标评价

通过对近年来国内在煤岩体冲击倾向性方面研究的总结 ,并根据其研究和应用情况 ,对各冲击倾向性指标进行了评述。本文有利于在冲击地压的研究中对煤岩体冲击倾向性指标的合理选择和冲击倾向性的判定。     

岩体边坡渐进破坏的物理模拟和数值模拟研究

为了揭示岩体边坡渐进破坏的机理,在对边坡渐进破坏进行物理模拟的同时,应用ＦＬＡＣ软件对边坡渐进破坏过程进行了数值模拟。研究表明,只有将物理模拟和ＦＬＡＣ数值模拟相结合,才能既从表象上又从本质上揭示出边坡渐进破坏的机理。     

岩体边坡渐进破坏的物理模拟和数值模拟研究

为了揭示岩体边坡渐进破坏的机理,在对边坡渐进破坏进行物理模拟的同时,应用FLAC软件对边坡渐进破坏过程进行了数值模拟。研究表明,只有将物理模拟和FLAC数值模拟相结合,才能既从表象上又从本质上揭示出边坡渐进破坏的机理。     

深部煤岩体卸荷损伤变形演化特征数值模拟及验证

为研究保护层开采过程中下伏煤岩体卸荷损伤变形演化特征,运用FLAC~(3D)数值模拟方法及现场实验测量手段,以山西保德煤矿实际情况为研究背景,对保护层开采过程中下伏煤岩体应力、变形、塑性演化规律进行了研究及验证。研究表明:保护层开采过程中,被保护层应力呈增大—减小—增大的变化规律,下伏煤岩体应力在空间上呈现出明显的"O"形应力分布规律;受保护层采动影响,下伏煤层测点经过原岩应力、应力集中、采动卸压、应力恢复4个阶段;最大应力集中系数与最小卸荷比为固定值,且出现时间相同,工作面前方应力集中系数与工作面后方卸荷比均呈往复性变化,变化周期与工作面来压周期相关;本文实例中,最大应力集中系数约为1. 32,此时测点受到的z向应力值达到最大;最小卸压比约为4. 4%,此时测点受到的z向应力值达到最小,卸压效果最好;受应力变化影响,被保护层呈压缩—恢复—膨胀—回缩的基本变化规律,最终状态保持一定的膨胀变形,与应力分区相对应,根据不同变形特征可将下伏煤层分为原岩状态区、压缩变形区、卸压膨胀区、变形恢复区;本文实例中11号煤层最大膨胀变形量约为0. 6%,此时测点裂隙最为发育,增透效果最好,有利于瓦斯卸压抽采;受应力变化影响,下伏煤岩体塑形区域范围在空间上呈先xyz三向增大—x轴方向单向增大y轴z轴2个方向稳定的变化规律;随着工作面的回采,被保护层煤体塑性区范围在x轴方向不断增加;通过实测保德煤矿81307工作面回采过程中下伏11号煤地应力、膨胀变形量,对深部煤岩体卸荷损伤变形演化特征数值模拟结果进行了验证,下伏11号煤地应力、膨胀变形量变化规律与数值模拟规律较为吻合。     

卸压爆破下岩体损伤模拟研究

深部矿床应力集中区易诱导岩爆等地质灾害,利用卸压爆破法将应力集中区多余的能量释放,使整个能量体系达到动态平衡,实现高应力向深部岩体转移,围岩应力重新分布,继而达到防治岩爆的效果。为研究深部初始地应力场对卸压爆破效果的影响,采用ANSYS/LS-DYNA软件分别模拟3种开采深度条件下岩体卸压爆破过程。结果表明,开采深度由1 000 m增加到3 000 m 时,卸压爆破损伤范围变化较为显著,随初始地应力进一步加大,地应力对卸压爆破损伤抑制作用进一步加剧,导致爆炸应力波和爆生气体所形成的损伤区体积逐渐缩小,呈非单调变化;岩体卸压爆破损伤类型由拉伸破坏逐渐转向为剪切破坏,地应力对拉伸破坏起进一步抑制作用,对剪切破坏起到促进作用。结果对深部矿体卸压爆破设计具有理论指导意义。     

瓦斯对冲击煤岩强度影响的数值模拟研究

针对高瓦斯冲击矿井生产过程中瓦斯与冲击地压的相互影响,通过RFPA2D瓦斯版数值模拟软件对不同孔隙瓦斯压力煤岩破裂的数值模拟,得出结论:瓦斯压力对煤岩强度具有一定的影响,随着试样吸附瓦斯压力的逐渐增高煤岩试样的起裂时间缩短,煤岩裂隙长度增大,数目增多。     

孤岛工作面顶板高抽巷围岩破坏特征的数值模拟

以刘庄煤矿171302孤岛面顶板高抽巷为研究对象,在总结现场巷道破坏特征的基础上,分析了巷道围岩稳定性的3个关键影响因素。基于数值模拟,对比了孤岛工作面和侧方位实体煤工作面时顶板高抽巷围岩应力及变形特征,结果表明:孤岛面顶板高抽巷极易向采空侧倾斜下沉,围岩呈非对称性大变形,两帮最大垂直应力集中程度、位置分别扩大了73.2%和1倍,顶底板最大水平应力集中程度分别减小14.5%和54.8%。     

巷道围岩破坏特征数值模拟研究

以莒山矿3号煤层二采区运输大巷为工程背景,采用数值模拟分析了巷道掘进后围岩应力分布特征、变形特征及巷道围岩破坏特征。根据模拟结果,在实际锚杆支护过程中顶板锚杆长度不应低于1.6m,两帮锚杆长度不应低于1.8m,同时应注意底板硬化处理,为锚杆支护提供了参考。     

应用数值模拟方法研究煤层覆岩破坏规律

田庄煤矿是设计年产量60万t的国营煤矿。为了煤炭生产的接续,提高工作面煤层的开采上限,该矿与中国矿业大学合作,根据已有资料及邻近矿井资料,用数值模拟方法分析提出了覆岩开采破坏规律,提高了煤层的开采上限。其结果安全可靠,并获得了较好的经济效益。     

采场底板破坏特征数值模拟

在总结我国煤矿底板破坏深度经验公式的基础上,运用综合考虑煤层埋深、倾角、煤层厚度、工作面长度、底板的损伤破坏程度及地质构造等多因素的修正经验公式,以某矿井工作面开采实际情况为背景,采用UDEC数值模拟对煤层底板采动特征进行分析,揭示煤层开采过程中底板的破坏特征及破坏深度,对比验证底板破坏深度经验公式的准确性。     

孤岛工作面围岩运移及冲击破坏数值模拟研究

针对孤岛工作面"T"型覆岩结构特征,采用数值模拟方法分析孤岛工作面回采过程中覆岩屈服破坏特征、应力分布规律,研究了孤岛工作面覆岩破断产生强冲击动载荷条件下巷道应力、加速度、位移以及变形速度的变化规律。结果表明:回采初期围岩塑性破坏主要集中在工作面顶板,回采后期覆岩的塑性区逐渐向上覆岩层发展,呈"弧形"对称分布形态;在矿震动载作用下,孤岛工作面巷道左、右帮变形量小于顶、底板变形量,巷道右帮和顶板的变形速度变化较大,且顶板的下沉量最大,左右两帮的垂直应力比顶底板的垂直应力大。研究得出的孤岛工作面覆岩运移、冲击破坏规律,可为工作面防冲工作提供理论指导,以制订针对性的防冲措施,确保工作面安全回采。     

卸荷作用下裂隙岩体性质研究

从物理现象、自然辩证法、以及单裂隙岩体卸荷力学特性数值模拟三个方面进行分析，研究了岩体卸荷和岩体裂隙两者之间的关系，分析了单裂隙岩体在卸荷作用下的应力屏蔽现象，得出了裂纹后方轴线上点的应力削弱规律。     

煤岩体在动载下的动态损伤数值模拟

基于LS-DYNA有限元分析软件的HJC本构模型,对煤柱单轴动载实验进行数值模拟,再现煤柱动态损伤过程。结果表明:应变率相同时,煤柱受动载荷越大,破坏越严重;煤柱开始破裂时所受应力2 MPa,破裂过程中所受应力0.5 MPa;应变率相同时,煤柱的临界破坏能量相同;煤柱的能量吸收及应力变化不与动载荷成正比。