综放开采作用下地表影响范围及煤柱留设参数研究

基于概率积分法和计算机分析软件,将开采沉陷预测方法应用于综采放顶煤开采中,研究了地表下沉盆地的形成过程,探讨覆岩移动规律并提出了开采沉陷对地表的影响方式。基于数值模拟方法对88301工作面开采沉陷影响进行分析,利用FLAC3D软件对岩层状态进行分析和处理,对综放采场覆岩的受力破坏过程进行了模拟,直观反映出开采沉陷对岩层与地表影响程度及范围。通过与地表观测数据实际情况的对比分析,验证分析结果的适用性,研究结果对综放采场岩层控制有参考价值。     

大型深埋铜矿床采场方向布置数值模拟优化研究

在矿床的开采设计阶段采用合理的采场系统布置方向可以降低回采过程中矿岩的应力集中和变形破坏程度,对于从宏观上控制矿床开采产生的地压灾害具有重要意义.结合沙溪铜矿床开采设计研究,以沙溪铜矿床首采地段矿体为研究对象,利用FLAC3D数值软件,对初步设计方案拟采用的不同采场系统布置方向进行了数值模拟分析,为该矿床开采设计采场系统方向布置提供了决策依据,可为类似矿床开采设计研究提供参考.     

浅埋煤层工作面开采覆岩应力场-裂隙场时变演化规律研究

为研究采煤工作面上覆岩层采动应力演化特征及破断过程，以高家梁煤矿40101工作面开采为例，建立数值模型，对工作面开采过程中应力场-裂隙场演化规律进行模拟。结果表明：利用莫尔-库伦准则分析最大主应力与最小主应力差值的变化规律可以判断岩层垮落、破坏之间的关系，通过数值模拟结果与现场实测结果进行比对，可以验证工作面开采过程中裂隙场与应力场时变演化的正确性。     

龙头山矿段采场结构参数及地压控制数值模拟研究

矿山地下开采过程中,顶板控制对采场地压控制有着直接的影响,分析影响采场围岩稳定性关键因素及破坏机理十分必要。为保证龙头山矿段采场安全、高效开采,运用FLAC3D数值模拟软件对该矿段采场结构进行模拟研究,分别模拟研究了该矿段在空场和切顶条件下的采场结构参数。结果表明:龙头山矿段在空场条件下开采,安全隐患较大,顶板容易发生冒落,形成冲击地压。同时提出合理的采场结构参数与地压控制措施,研究成果为矿山开采选择合理的采场结构参数提供依据。     

开采参数对底板破裂深度的影响分析

煤矿开采中顶底板破坏带高度和深度对安全生产十分重要,尤其在承压水上开采时,底板的破坏带深度直接关系到工作面的开采可行性。为分析不同开采参数对底板破坏带深度的影响,采用数值模拟的方法对不同开采条件下的破坏带深度进行分析。结果表明:底板破坏带深度随着工作长度增加而增大;随着埋深的增加底板破坏带深度逐渐增加;底板破坏带深度与开采厚度成正比。     

露天金矿边坡稳态数值分析及开采深度优化

随着矿山开采深度不断加大,对于安全开采深度的研究愈发重要。当前主要通过极限平衡法对边坡稳定性进行分析,针对精确分析结构面的稳定性状态研究较少。针对长山壕金矿东北采场开采现状,通过现场工程地质条件及岩体完整性调查,对边坡倾倒失稳破坏特征进行了详细分析。运用3DMine软件并根据现场工程地质调查数据及历史钻孔编录数据建立了矿区东北采场的复杂三维整体模型,对当前开采设计条件下的边坡最终状态模型的稳定性进行了分析。基于非连续变形分析(Discontinuous Deformation Analysis,DDA)法建立了采场北帮5个剖面模型,对该模型当前开采状态和不同开挖深度下的边坡稳定性进行了分析。结果表明:东北采场地质构造复杂,节理裂隙发育,岩体极破碎,是北帮边坡发生变形破坏的关键因素;当前开采设计方案在开挖施工过程中会造成边坡失稳破坏;通过DDA模型分析,验证了实际推测的破坏情况,模拟出了不同开挖深度工况下的稳定性情况,在坑底距离最终设计境界84 m时出现临界深度,为露天矿山开采设计提供了相关借鉴。     

承压水上充填开采底板破坏特征研究北大核心

为探索充填开采对底板破坏深度的影响及对突水灾害的控制效果,结合理论计算、数值分析和煤矿现场观测等方法对某矿A工作面承压水上充填开采底板破坏特征进行了综合研究;通过理论计算推导出了充填开采工作面底板最大破坏深度计算公式;通过数值模拟对充填开采和非充填开采时底板破坏情况进行了对比研究,通过现场实测分析了充填开采时底板岩层的实际变形破坏特征。结果表明:充填开采时,采场围岩的采动卸压范围、顶底板移近量明显减小,围岩应力集中程度降低,底板破坏深度并未随着推进距离的增加而持续纵向发展;由于充填体的应力传递和支撑作用,A工作面开采对底板的损坏影响得到减缓,破坏深度未连通下部含水层,可实现安全回采。     

近距离煤层上行开采工作面防治水技术

通过对大刘煤矿7煤、9煤采场底板的理论、计算机数值模拟及7煤开采充水原因分析,得出了7煤开采过程中采场有顶、底板破坏高度、塑性区分布特点及覆岩移动规律;针对上行开采条件下底板破坏和聚水特点,提出了有效的防突水技术措施.     

某深部铁矿开采围岩稳定性数值模拟

采用有限元数值模拟法对矿体开采后的岩体稳定性进行分析，分析计算出采场围岩稳定性程度、地应力集中地段或部位、围岩位移过大部位及塑性破坏区的分布规律，从而对可能发生的灾害可靠、准确地分析、控制。并提出相应的预防措施及建议。     

大采高综采工作面采场应力分布规律研究

以某矿首采工作面为工程背景,利用FLAC~(3D)数值模拟软件对大采高开采的采场应力分布规律特征进行了研究。通过对不同采高下首采工作面的开采分析,得出了不同采高下采场支承压力的峰值点应力集中系数和影响范围的分布特征。得到了在大采高条件下工作面不断推进时工作面周围岩体的塑形破坏规律。     

工作面推进速率对矿压显现规律影响研究

为了研究工作面推进速率对矿压显现规律的影响，分析了工作面推进速率影响因素，利用层次分析法研究了工作面推进速率的影响因素，研究得出:顶板活动、矿山压力显现、刮板输送机性能、采煤机性能、瓦斯排放、自燃发火的影响权重值为0.242 9，0.264 6，0.104 1，0.104 1，0.174 1，0.110 2；矿山压力显现对工作面影响最大；采用FLAC^3D数值模拟软件，研究了在不同工作面推进速率下围岩塑性区、应力场和位移场的分布，得出:随着工作面推进速率的增加，煤壁前方发生剪切破坏和拉伸破坏范围逐渐降低、工作面超前支撑压力逐渐靠近煤壁，并且峰值逐渐增大，应力系数也逐渐增大、煤壁破坏程度减少，致使煤壁的水平位移量减小。     

动压巷道组合锚索的“应力柱”效应研究

为有效控制动压巷道围岩变形较大、支护控制困难等问题，以山西某矿8102工作面为工程背景，通过现场调研、数值模拟、现场试验等手段，对动载扰动条件下组合锚索的支护效果进行研究分析，并在现场进行了工业性试验。研究结果表明:通过对在动压巷道顶板施加组合锚索的数值模拟得知，巷道顶板应力比较集中，并出现“应力柱”效应，巷道变形较小。结合现场工业性试验，在动压巷道顶板施加组合锚索，巷道变形破坏情况明显好于未施加组合锚索段；组合锚索可以有效控制动压巷道围岩变形破坏情况。     

基于FLAC3D的大采高工作面过向斜构造的矿压显现规律

为了深入了解大采高工作面围岩与支架的关系，采用FLAC^3D数值模拟，研究了工作面不同开采阶段，不同工作面推进下垂直应力场分布、垂直位移场以及塑性破坏场。研究而得出:当工作面初采阶段时，在工作面5~15 m，应力易产生集中，并随着工作面的继续推进，应力集中程度也逐渐增大，采场顶板的下沉量与围岩破坏范围也逐渐增大。工作面过向斜构造阶段:煤壁前方的垂直应力、垂直位移以及塑性区破坏范围都发生了明显的变化，矿压显现剧烈，煤壁片帮，直接顶冒落现象严重。上述研究为控制采场围岩稳定提供了技术基础。     

单一低渗透突出煤层水力冲孔工艺优化应用分析

为了有效提高单一低渗透突出煤层的瓦斯抽采效率，以高压水射流冲击理论为指导，针对平煤股份八矿己组突出煤层特征建立数值模型，模拟分析水力冲孔应力分布规律，通过现场实测分析冲孔有效影响范围，进一步优化设计冲孔参数、指导现场施工。现场应用表明，水力冲孔是一种行之有效的方法，对单一低渗透突出煤层实施水力冲孔卸压增透、提高瓦斯抽采效果具有重要意义。     

不同工作面推进速度下上覆岩层运移破坏规律研究

为了实现煤矿安全高效开采，研究了不同工作面推进速度下上覆岩层运移破坏规律。基于煤矿工程概况，采用3DEC数值模拟软件，模拟分析了不同工作面推进速度下上覆岩层垂直位移、顶板的运动矢量、推进速度和上覆岩层应力与位移关系以及不同工作面推进速度下基本顶失稳运动情况。研究为快速推进下采场矿压特征提供了理论支撑。     

开挖卸荷条件下煤岩变形破坏与能量释放的数值分析

煤岩原始存在着大量不规则无序分布的节理/裂隙和软弱夹层等断续结构,这些断续结构的几何形态、尺寸、分布、接触以及填充物性质决定着煤岩的物理力学性能与变形破坏行为。现有的数学或力学方法尚不足以从理论上准确刻画断续结构及其对煤岩变形破坏的控制作用。本文采用高精度CT成像和三维重构方法,构建了体现不连续节理/裂隙的不规则几何形态、接触与切割状态以及网络结构特征的断续煤岩三维数值模型,引入单元生死算法定量分析和直观显示了不同开挖卸载模式下断续煤岩变形破坏的应力场、破坏区域及空间分布、能量耗散与能量释放特征,揭示了卸载模式、断续节理/裂隙对煤岩力学性质及破坏机制的影响,为认识和掌握开挖卸荷对断续煤岩变形破坏的控制作用提供了方法和途径。     

基于FLAC3D的桥台和坝体基础底面及地基应力分析研究

为了对桥台和坝体基础底面及地基应力进行研究，采用FLAC^3D数值模拟软件，分析了FLAC^3D数值模拟的计算过程，建立了桥坝三维实体几何模型，根据实际情况，对模型所使用材料物理力学性质以及模型的边界条件、上部结构对桥台的外荷载进行赋值研究，模拟分析了桥台和坝体基础底面应力。研究得出:随着桥台与坝体的各个阶段应力的施加，桥台基础底面拉应力主要集中在矩形四周，然而坝体的基础底面拉应力却主要集中在基底两侧，模拟分析混凝土的抗拉强度大于坝体与桥台基础底面最大拉应力，验证了基础强度满足要求。研究为类似工程条件下桥坝基础强度的验证提供一定的借鉴意义。     

采动覆岩应力变化规律分析

为了研究采动覆岩应力变化规律,采用理论研究和数值模拟,理论分析了采场底板岩体支承压力分布、采动裂隙场的空间形态;采用FLAC^3D数值模拟了不同推进距离下水平剖面的应力分布和塑性破坏分布。研究得出,采动覆岩裂隙圈呈现典型的直接顶破断“O-X”型特征,采动塑性破坏区呈中间低和两端高的马鞍分布状态;底板和上覆岩层应力呈3个不同应力区域。     

热载荷约束下含单腐蚀西气东输管道受力分析

天然气的常规输送方式往往为管道输送，作为一种清洁能源被广泛使用，在西气东输工程中大量采用了高强度高钢级的管道以满足输气量。为了抑制天然气水合物的生成，在输气途中会设置加热站来提高天然气的温度，在内压和热应力的共同作用下会使得管道更加容易失效，尤其是当管道存在腐蚀的条件下。因此建立了含腐蚀的西气东输管道模型，在不同输气温度条件下运用ANSYS软件对2种腐蚀形式、不同的腐蚀深度进行了热固耦合有限元分析。结果表明，在常温下，矩形腐蚀和圆形腐蚀的腐蚀深度允许量均接近管道壁厚的一半；当天然气温度加热到30 ℃后，二者允许的腐蚀深度在管道壁厚的0.2~0.3倍，若温度达到40 ℃甚至更高，则允许的腐蚀深度仅为管道壁厚的0.1倍。因此在西气东输工程中，对于单腐蚀而言，应合适控制输气温度在30 ℃以内，既能有效抑制水合物的生成，同时能延长管道的使用寿命。     

沿空掘巷小煤柱合理宽度的数值模拟研究

针对某煤矿沿采空区边缘布置开拓巷道、护巷煤柱宽度的选择问题，依据矿井生产地质条件及现场实际，采用理论分析对煤柱的宽度范围进行确定，并利用FLAC^3D数值软件对7种宽度范围内的煤柱进行模拟，分别从沿空掘进期间煤柱的垂直应力分布、水平位移分布、表面位移对煤柱的稳定性进行对比分析，确定了合理的沿空掘巷煤柱尺寸。研究结果表明，理论公式计算得出煤柱的最大宽度为15.03 m；煤柱宽度为4～5 m时，煤柱内垂直应力峰值最小，煤柱向巷道移近量较小，且较稳定。