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。     

三山岛金矿深井采矿卸压孔卸压数值模拟分析

三山岛金矿深井开采岩爆问题突出,为了保障作业面安全,提出了卸压孔卸压方案,建立了三维数学模型对卸压效果进行了分析,并通过三山岛金矿深部-780 m采场进行了实施。应力测试结果表明,卸压孔可以有效形成一定范围的降压区,降低了岩爆发生几率。     

深部巷道支护方案数值模拟优化研究

根据深部巷道大变形、蠕变特性,分别提出锚网索喷联合支护,分步加强联合支护和分步加强不注浆联合支护方案。结果表明采用数值模拟研究比分步加强联合支护方案有优越性。     

深部金属矿山卸压开采研究

为了确保深部资源的安全高效经济开采,以广西某矿业公司深部105号矿体作为研究对象,针对105号矿体即将开展的大规模开采过程中有可能出现的应力诱导矿压灾害,开展了卸压开采研究。根据矿区105号矿体及围岩的岩爆倾向性结论,结合矿区开采技术条件与开采工艺、地应力水平与岩体力学参数,提出了4种卸压方案,并利用FLAC3D及Plot Digitizer软件对4种方案的卸压效果进行模拟分析。结果表明:采场两侧布置卸压槽卸压方案使采场周边应力降低14.8%;切顶和拉底布置卸压槽卸压方案卸压不成功;在上盘深孔卸压爆破卸压方案使采场周边应力降低50.4%,在矿体与围岩之间能形成有效的应力隔离带;矿块分步回采方案使采场周边应力降低63.6%,最终通过最大主应力比较分析确定矿块分步回采为最优方案。     

VCR采场凿岩硐室施工方案的数值模拟

针对凡口铅锌矿VCR采场的构建中凿岩硐室的施工问题,采用FLAC3D软件,对两种施工方案进行模拟,对施工过程中顶板稳定性和边帮片帮问题进行分析,讨论施工过程中拉底巷、切采、薄压和支护的施工顺序,从而确定优化的施工方案。     

卸压巷对被保护巷变形影响的数值模拟

在矿业开采过程中,巷道围岩受应力变化影响,顶底板与两帮均会发生变形收敛。通过开挖卸压巷和优化卸压巷的几何参数,能有效减少巷道围岩收敛。利用3DEC离散元模拟软件,模拟在400m埋深条件下不同形状、位置的卸压巷对被保护巷道的顶底板、两帮的位移变化规律,研究卸压巷对被保护巷道的影响。模拟结果表明:以X正方向为起点0°,逆时针旋转,在离被保护巷1.65倍巷宽的315°位置处,开挖正(长)方形卸压巷,能有效减少被保护巷的整体变形。     

井下大型硐室群卸压保护的三维数值模拟

基于现代力学理论，利用ANSYS有限元软件针对巷道围岩卸压机理进行数值模拟，分析了煤矿开采中卸压保护硐室群效果、硐室群的围岩应力与变形．研究表明，应力集中系数高达5～6时，硐室维护十分困难．通过在煤层中开辅助巷道，形成让压空间，使应力峰向围岩深部转移的方法，发挥深部围岩的承载能力，达到降低巷道围岩应力峰值的目的．     

深部开采高地应力区钻孔卸压数值模拟及应用

为防治三山岛金矿深部开采高应力作用下诱发的岩爆灾害,设计卸压钻孔方案减小水平地应力对围岩的影响。运用FLAC3D建立深部高应力巷道钻孔卸压的数值模型,分析了巷道钻孔卸压过程中采场周围岩体的应力和弹性应变能的变化。结果显示:钻孔卸压后,巷道水平和垂直方向最大应力有效转移,使巷道顶板和两帮应力均有显著下降,巷道围岩整体变形量减小,对缓解岩爆等地压灾害具有明显效果。现场布设的围岩应力监测系统显示,随着卸压钻孔的推进,围岩应力明显减小,证实钻孔卸压方案达到了卸压效果,提高了围岩稳定性。     

卸压开采地面钻井抽采的数值模拟研究

卸压开采地面钻井抽采是煤与瓦斯共采的关键技术之一,是提高瓦斯采出率确保高瓦斯突出煤层安全高效开采的重要措施。在现有研究的基础上,综合岩体渗透率与应力的指数关系、岩体渗透率与塑性裂隙发育情况的关系以及采空区内破碎岩体压实过程中渗透率的变化情况,运用FLAC3D内嵌的FISH语言对渗流模式进行二次开发。结合淮南某矿卸压开采地面钻采的实际地质条件,运用所建模型模拟了卸压抽采过程中围岩渗透率的变化情况,掌握了被保护层、采空区以及钻孔周围渗透率的分布情况。在此基础上进行了钻采瓦斯的渗流计算,在验证地面瓦斯抽采效果的同时掌握了卸压抽采瓦斯的渗流路径：认为被保护层瓦斯除了直接涌入抽采钻井,大部分瓦斯首先渗流至邻近岩体,再通过层间岩体涌入瓦斯抽采钻孔。通过淮南某矿卸压抽采过程中的抽采实测数据以及邻近工作面裂隙带实测数据验证了数值模型的正确性。     

深井软岩巷道底鼓机理与钻孔卸压技术研究

为解决深井开采条件下软岩巷道的底鼓问题,以青云煤矿020202运输平巷为工程背景,建立巷道底鼓力学模型,理论分析了巷道底鼓的特征及其影响因素,通过分析得出：在岩石处于极限平衡的塑性状态下,当集中应力超过岩石的承载能力后,平衡状态被破坏,底板岩石沿底板剪切滑动面被挤出,最终达到新的平衡,从而引起底鼓。通过弹塑性理论分析得到卸压范围与巷道底鼓量之间的关系,并根据煤矿实际地质条件,提出巷道帮部钻孔卸压的方法,使巷帮应力峰值点向深部转移。采用FLAC^3D数值模拟方法,分析了不同卸压钻孔深度对巷道围岩应力场、塑性区及顶底板位移的影响,最终确定卸压钻孔合理深度为4 m。现场工业性试验结果表明：巷道围岩变形得到了有效控制,取得了较好的经济效益。     

动压巷道应力数值模拟分析

为研究动压巷道应力分布,采用应力解除法测试地应力。根据测试结果,采用数值模拟软件,分析了巷道周围的地应力分布、保护煤柱和采场顶板应力分布、采空区垂直位移分布特征,以及煤柱宽度和巷道顶底板变形量的关系,为动压巷道支护参数的设计提供了理论依据。     

高应力下卸压巷道围岩破坏机理及卸压过程数值分析

对高地应力巷道开挖前后应力场状态变化进行了分析, 求出了弹塑性区交界处的应力分布状态, 发现开挖扰动引起的应力重分布是高地应力巷道破坏的主要原因。运用有限差分数值计算软件FLAC^3D分析了开挖顺序、巷道位置及巷道尺寸对卸压效果的影响, 通过模拟发现卸压效果主要与两巷道之间的距离及卸压巷道的尺寸有关, 且当卸压巷道直径为2~3 m, 两巷道距离5~12 m时, 巷道的卸压效果较好。     

定向卸压爆破试验研究与数值计算

对定向卸压爆破进行了砂浆爆破模型试验,对护壁面、临空面、底部3个方向进行了超动态应变测试,并通过ANSYS/LS-DYNA有限元软件对该试验进行3维数值计算,对距离炸药相同距离的临空面、护壁面、底部3个方向岩体内压力值与试验结果进行了对比,分析了压力的分布规律,明确了护壁材料与底部间隔空气柱对炮孔的卸压作用。结果表明炮孔临空面一侧出现了明显的应力集中现象,距炸药中心相同距离,护壁面比临空面的压力平均降低率达到了26%,PVCU隔振材料起到了很好的定向保护作用。炮孔底部空气柱对炮孔压力影响明显,具有较强的卸压功能,数值模拟结果与模型试验结果有很好的一致性。     

浅埋复合顶板沿空留巷矿压显现规律数值模拟研究

为研究浅埋复合顶板沿空留巷矿压显现特征,以哈拉沟煤矿12201综采面沿空巷道为研究对象,基于FLAC3D有限元数值模拟软件,分别模拟了顶板切缝对沿空巷道矿压显现规律的影响以及随工作面推进沿空巷道围岩体的变形特征。研究表明,对巷道顶板进行切缝,能够有效阻断采空区积聚应力向巷道传递的进程,减小煤体内部应力集中现象,随着回采工作面的推进,应力集中区域逐渐向煤体深处转移,在工作面后方0~30m范围内,沿空巷道垂直应力与垂直位移的峰值随距工作面距离增加逐渐增大,且增幅较快,工作面后方30~45m范围内,沿空巷道垂直应力峰值与垂直位移变化量增幅开始减小,并呈现出逐渐稳定的趋势。     

动压巷道锚注加固的数值模拟

锚注加固通过注浆将破碎围岩凝结成整体,改善围岩的结构及其力学机制,提高了围岩的强度。将锚杆和注浆加固相结合,形成锚注一体化,本质上实现了围岩作为支护结构的一部分,大大提高了支护结构的承载能力。文章对动压破碎巷道锚注加固前后围岩变形情况进行了数值模拟,根据计算分析进行了现场支护试验。监测结果表明:锚注加固显著提高了围岩的强度和承载能力,有效地控制了动压巷道的损伤变形。     

动压影响下巷道扩修数值模拟研究

针对焦煤中马村矿23巷道在动压影响下进行扩修的问题,采用FLAC3D对此进行数值模拟研究,通过对未扩修巷道和扩修巷道的应力分析,得出扩修巷道应力等方面的不对称性,采用锚杆加锚索,在表层进行喷射混凝土的联合支护并在关键部位进行加强支护的方式,并通过悬吊理论设计的支护参数,很好地控制巷道围岩的稳定性。     

基于静态压裂的瓦斯排放钻孔间距的数值模拟

利用静态压裂钻孔,可以有效促进孔壁周围煤体裂隙发育,解决低透气性煤层瓦斯排放效率低、工程量大的问题。针对钱家营矿-600m7煤层,通过数值模拟研究其静态压裂过程中煤体破裂范围,确定了最优的瓦斯排放钻孔间距。研究结果表明:静态压裂影响范围分为破损区和弹性区,其中破损区范围约为压裂孔直径的2倍,而弹性区的形成主要决定因素为应力强度;静态压裂孔与排放孔的最优孔间距为6~8m。通过静态压裂技术可有效降低掘进工作面排放钻孔数量,减少施工量和作业时间,提高瓦斯排放效率。     

随钻水力造穴技术在低透性煤巷卸压孔中的应用

随钻水力造穴技术节省了先导孔施工,缩短了作业时间,提高了效率,室内试验了流量、压力等水力参数与造穴效果的关系,得到了最优参数配比,该技术应用于新元矿3209工作面掘进头预抽钻孔施工,掩护低透性煤巷安全掘进。评价结果表明,在水压达到20MPa、流量在200L/min条件下时,冲孔时间维持15min/m、冲孔单元每5m 1次,冲煤量大于0.48t/m,钻孔冲孔半径为普通钻孔6倍,施工效率较原来提高了25%,应用效果最佳。