矿山开采沉陷的FLAC~(3D)数值模拟分析

利用FLAC~(3D) 数值模拟了煤层开采沉陷,主要分析了开采矿山工作面及增加已开采矿山工作面的开挖深度对变电站及其周围监测点沉陷量的影响。结果表明:各个工作面整体上对变电站的沉降量影响比较小。变电站沉降量随着单独开采工作面的增加在微小地增大,最后达到稳定。共同增加开挖工作面时对变电站沉降的影响比单独开挖时稍大。变电站的沉降值随着工作面开采深度的增加逐渐增大,增加单独开采工作面的开挖深度对变电站沉降的影响小于其共同开采的影响。     

露天煤矿基于FLAC~(3D)靠帮开采可行性方案

为了最大限度回收煤炭资源,越来越多的露天煤矿采用靠帮开采进行压覆资源回收,以纳林庙灾害治理工程为例,从现状分析、提出方案,到采用FLAC~(3D)三维有限差分程序进行边坡稳定分析论证了端帮角度从37°可以提高至43°,为端帮快速开采、回填提供技术支撑。     

基于FLAC~(3D)的深部大规模开采围岩稳定性分析

以马城铁矿-900~-720 m阶段V矿体开采为研究对象,采用FLAC~(3D)数值模拟软件对其充填开采过程进行模拟研究得出:开挖后矿房肩角及顶板中间处出现应力集中现象,且随着相邻矿房开采,矿房顶板、上盘围岩、矿柱位置出现不同程度的以拉伸为主的破坏现象,塑性区呈不断增大的趋势;通过尾砂胶结充填,矿房围岩应力重新分配,原有矿房顶底板、两帮及矿柱集中应力减小,受力呈均匀分布趋势发展,顶板沉降和底板底鼓受到抑制,塑性区破坏减小,尤其是充填体周围的塑性区没有增大,说明充填体抑制了塑性区的发展,充填对采空区围岩变形控制效果显著。     

基于FLAC~(3D)数值模拟的矿山采空区承载能力研究

根据矿山的实际情况,通过FLAC~(3D)软件建立矿山采空区模型,以分析原始采空区上覆岩层受力以及位移。在最危险位置施加等效于矿用卡车重量的垂直载荷,而且不断增加载荷的大小,使其达到上覆岩层所能承载的极限载荷,从而确定出矿山能够通过的最大矿用卡车。     

基于FLAC~(3D)的某铀矿深井开采岩爆倾向性研究

采用FLAC~(3D)数值模拟方法系统地评估了某铀矿基地深井围岩的岩爆风险程度。通过巷道方位、掘进过程、巷道交叉、巷道与采空区相对关系等方面对岩爆风险等级程度、岩爆出现的潜在位置、开采过程中潜在岩爆破坏的发生时机的影响分析,得出矿床局部出现应力集中,达到单轴抗压强度的0.54倍,但并未达到发生岩爆的条件,研究结果为现场施工提供了指导。建模方法和分析岩爆倾向性的方法对其他赋存复杂的矿山具有一定的借鉴意义。     

基于FLAC~(3D)的第四系边坡稳定性分析

边坡稳定性直接关系到矿山的生产安全。采用FLAC~(3D)软件,重点对采场中部含第四系边坡进行分析,模拟出第四系与基岩接触面的形态,从微观上分析双路堑边坡以及南北帮边坡的破坏机理。结果表明,边坡主要的变形为岩体在自重应力下的压缩沉降,边坡若发生破坏,以压-剪破坏模式为主;第四系岩组(Q)破坏模式为圆弧型破坏,南侧岩质边坡以顺坡向的浅层圆弧型破坏为主,北侧岩质边坡1 392 m平台上部台阶为折线-圆弧型破坏,1 392 m下部台阶以深层圆弧型破坏为主;双路堑破坏模式为两侧双圆弧型破坏。结果为矿山第四系边坡治理工作提供了理论依据。     

基于FLAC~(3D)的尾矿库地震稳定性分析

数值模拟已成为岩土工程稳定性分析计算的有效方法之一。应用FLAC3D建立了某铁矿尾矿库排砂现状的三维网格模型和流固耦合状态模型,选择Mohr-Coulomb模型描述尾砂的本构关系,并对该尾矿库在地震作用下的整体稳定性进行了分析。研究结果表明,该尾矿库总体稳定性良好,但在大烈度地震作用下局部有发生液化垮坝的危险;位移及速度最活跃的区域出现在尾矿库的坝底和坝顶边缘,应加强对这些区域的日常监测与管理;应用FLAC3D进行地震作用下尾矿库整体稳定分析是可行的,为分析尾矿库动力问题提供了范例。     

基于FLAC~(3D)的排土场边坡稳定性分析

为了揭示排土场边坡的变形与破坏规律,通过现场工程地质钻探方法,初步掌握地层及软弱岩层分布规律。通过室内科学试验方法,准确掌握岩层的物理力学指标。在此基础之上,运用理论分析及FLAC~(3D)数值模拟方法对排土场边坡的变形与破坏进行了科学的研究。得出了排土场边坡内部应力及位移分布特征和排土场边坡变形及破坏规律;运用强度折减法确定排土场边坡的安全储备系数。     

基于FLAC~(3D)的矿柱回收稳定性分析

针对某金矿空区群的遗留年代久远、矿岩不稳固、残留资源复杂等特点,为实现其采空区内局部高品位矿柱安全、高效、经济地回收,在经过现场勘查、试验、经济分析的基础上结合生产能力、残矿回收率、施工难度等因素对矿柱、围岩内残矿资源进行回收方案设计。运用FLAC3D反演分析残矿资源回收方案的整个残采作业步骤,在残采区域毗邻矿柱、顶底板及充填人工矿柱内布置多组模拟监测点并经过开挖模拟运算得出各监测点残采前后相应的应力、应变和塑性区指标值,对比分析以评价残采扰动前后的采空区稳定性,验证残采活动的安全可靠性。其评价分析方法和结论对该矿后续残采案例及相似矿山具有一定的借鉴意义。     

基于FLAC~(3D)的公路下压煤巷式充填开采数值模拟分析

结合公格营子煤矿公路下计划开采区域煤层赋存情况,确立了似膏体巷式充填采煤工艺,建立了FLAC3D数值模拟简化模型,并进行模拟。利用威尔逊煤柱设计改进公式计算煤柱所能承受极限荷载的理论值,对该理论值和模拟的暂留煤柱垂直应力进行比较分析,验证暂留煤柱宽度不同时煤柱稳定性,确定不同开采方案的可行性。     

基于FLAC~(3D)的煤矿开采沉陷预计及与概率积分法的对比分析

经典概率积分法作为常用沉陷预计方法自有其优越性,但其不能表现地层内部的岩体的移动变形情况,且关键参数必须由实地观测方可确定,这给开采沉陷预计工作造成了一定的难度。文章通过对数值模拟法进行研究,同时与概率积分法进行对比,得出两者处理开采沉陷预计工作中的优劣。研究表明:无需确定复杂参数的数值模拟法不仅能有效的表现地表的移动变形情况,更能表现岩体内部的移动变形情况。     

基于FLAC~(3D)的急倾斜特厚煤层水平分层开采围岩应力分析

我国急倾斜特厚煤层的储量较为丰富,且多采用水平分层开采方法,该方法具有开采成本低、安全性好、效率高等特点,但采场周围的应力集中程度高导致矿压显现强烈。为此,通过FLAC~(3D)建立了急倾斜特厚煤层开采数值模型,模拟了开采过程中的应力分布,分析了应力分布的规律和上分层开采对下分层卸压的影响范围。结果表明:随着工作面的推进,支承压力增加的幅度就趋于平缓,形成明显的应力区;同时采空区上部煤岩体的卸压范围随开采分层数增加而有增加趋势。     

基于FLAC~(3D)的边坡加固稳定性对比分析

基于FLAC~(3D)软件对平朔矿联井工业广场北帮边坡进行了稳定性分析,计算边坡安全系数为1.09,小于规范要求值,结合现场调查可以判断为边坡处于不稳定状态,本身安全储备不足。研究采用预应力锚索加固边坡,采用不平衡系数法求解边坡滑坡推力,确定锚索设计轴力、锚索根数和型号、锚固段长度计算、锚索倾角和布置。研究发现:加固后边坡安全系数为1.46,超出规范要求值1.2;从剪应变增量云图中可以发现,边坡中部台阶拐角处发现破坏区,可以对锚索加固位置进行优化处理。     

基于FLAC~(3D)模拟的复杂边坡稳定性分析

采用FLAC3D的模拟技术,经过查阅资料得到边坡岩体的物理力学指标,进而对复杂边坡的稳定性进行模拟分析。先后通过对模型的最大不平衡力收敛曲线,模型的水平、铅直和剪切3个方向的应力和位移分析,得到了该边坡内部应力的平衡状态以及边坡的滑坡模式和机理。     

基于FLAC~(3D)的中空注浆锚索数值分析

针对中空注浆锚索出现的受力问题,利用FLAC~(3D)内置的cable结构单元对中空注浆锚索进行模拟拉拔实验,分析中空注浆锚索在全长锚固时锚索在不同拉拔载荷下围岩和锚索的应力位移演化规律以及锚索轴力演化特征。模拟结果表明:在相同拉拔载荷下,中空注浆锚索周围0~0.5 m范围内的围岩,越靠近中空注浆锚索的围岩位移变化量越大;在不同载荷同一位置围岩的位移随着拉力的增加而逐渐增大,围岩位移沿着索体径向方向上总体呈负指数下降,随着拉力逐渐增加,在锚索与锚固剂的连接面处岩体应力由拉应力逐渐变为压应力。当拉拔载荷在400~440 kN时,锚索位移量突然增加,锚索逐渐发生破坏,破坏之前,最大位移量达到250 mm左右,瞬间被拉断后,锚索位移量达到400 mm左右。在不同拉拔载荷下,锚索受力由锚索底部逐渐传递到锚固段,剪切滑移破坏逐渐上升,最终导致锚索发生破断。通过模拟和现场实践表明应用中空注浆锚索支护巷道具有一定实用性。     

基于FLAC~(3D)的边坡优化及稳定性分析

以鹿鸣钼矿西-I区边坡为研究对象,对其边坡稳定性进行分析。通过对边坡的整体稳定性进行计算,确定较为危险的区域,最终得出研究区域的边坡稳定性结论,并依据稳定性结论对其边坡角进行优化,提高边坡的稳定性,研究成果对鹿鸣钼矿安全高效生产提供理了参考。     

FLAC~(3D)模拟开采上保护层对被保护层影响

以河北某高瓦斯矿为研究背景,运用FLAC~(3D)软件建立模型,模拟了上保护层开采后对被保护层影响。通过分析可知被保护层卸压明显,降低了瓦斯突出的危险,对煤矿安全有一定的指导作用。     

基于ArcGIS与FLAC~(3D)的矿山边坡三维可视化与数值模拟耦合研究

以某矿山露采边坡为例,利用Arc GIS软件建立了边坡三维地层可视化模型,针对岩土工程特点,采用一种简化方法实现了从矿山边坡三维可视化模型到FALC3D计算模型的耦合与自动转化,开发了相应的计算模型生成插件。该方法充分利用了地层三维可视化模型可较好地表达研究区域内地质体的空间几何形态的优点,拓展了可视化模型的应用范围,排除了从地层可视化模型全自动生成精确岩土工程数值计算模型在网格形状、材料区域边界、断层/节理单元等方面所面临的困难,极大地简化了数值模拟的前处理工作。数值模拟结果表明:随着网格尺寸的不断加密,本研究方法得到的计算结果可满足岩土工程分析的实际需求,具有良好的工程应用前景。     

基于FLAC~(3D)的厚煤层顶分层开采支承压力分布特征研究

采用FLAC~(3D)数值模拟的方法,以赵固一矿16011工作面的实际煤层条件为工程背景,分析了厚煤层顶分层开采时采场倾向和走向的支承压力分布规律。结果表明:走向和倾向的支承压力随着工作面的推近变化明显;工作面见方后,支承压力趋于稳定。同时,支承压力峰值大小、分布范围以及峰值点距离煤壁距离都与一般、综采放顶煤等工作面存在差异。     

基于SURPAC二次开发的FLAC~(3D)模型构建

FLAC3D软件在矿山岩石力学数值计算上具有独特的优势,但在构建矿山三维模型上存在不足;SURPAC软件在矿山三维建模应用广泛,但无法进行稳定性分析。为了将SURPAC在三维建模方面和FLAC3D在数值计算方面的优势相结合,采用TCL脚本语言对SURPAC进行二次开发,提出一种FLAC3D模型构建的数据转换方法,能够有效避免产生重复节点,从而实现FLAC3D模型的快速构建。以某钼矿为例,利用该方法将SURPAC块体模型转换为FLAC3D模型。结果表明该方法的有效性和可行性。