应用离散单元法分析工程岩体锚固作用

介绍了离散单元法的基本原理及在此基础上编写的二维离散元程序UDEC.采用UDEC对某矿节理岩体巷道锚喷联合支护效果进行数值模拟分析,得出了锚喷联合支护对节理岩体巷道支护,特别是发生楔形块体破坏时作用效果明显,同时也证实了UDEC特别适用于模拟不连续介质的大变形问题研究.     

基于块体理论的深部巷道围岩稳定性分析

块体理论说明,对于井下巷道围岩存在节理裂隙的情况,巷道的稳定性取决于岩体结构面与临空面所构成的块体的稳定性。因此,对巷道围岩稳定性分析可以归结为块体稳定性分析。由于关键块体是地下工程开挖后首先失稳的块体,因此被引起高度重视。UNWEDGE软件是分析块体稳定性的有效工具,通过分析可以得出关键块体及其安全系数。针对夹皮沟金矿二道沟矿深部开采复杂地压和岩体节理裂隙情况,运用块体理论及UNWEDGE软件对巷道围岩所做的分析基本符合现场实际,可为合理确定深部巷道支护方案提供指导。     

太平矿业公司矽卡岩型软岩巷道支护优化及应用

锚杆支护参数的合理选择是实现锚杆支护作用效果的重要依据,合理地设计及优化锚杆的支护参数可以提高支护的有效性和针对性.针对太平矿业公司矽卡岩型铜铁矿床的支护问题,采用理论分析与数值模拟,以原有支护方案为参照,设计不同参数的锚杆支护方案,进行优化研究.基于松动圈现场测量结果,通过理论计算确定了合理的锚杆长度为2.0 m;利...     

基于Flac~(3D)数值模拟的软弱岩体联合支护机理研究

为解决矿山深部高应力破碎岩体巷道围岩变形严重、施工风险高、使用周期短等问题,以安徽某铁矿为例,通过现场调研、理论分析、Flac3D数值模拟及在线监测相结合的方法,针对深部-440m中段进路开挖后支护困难的问题,提出了锚网喷注联合支护技术,在探究高性能预应力锚杆、金属网、喷射混凝土及注浆补强联合作用机理的基础上,对其施工关键技术难题开展了系统研究,并通过围岩松动圈测试及围岩表面位移监测等方法对联合支护效果进行评价。研究结果表明:深部进路开挖后,顶板竖直位移为1 183.8mm,竖向应力达到15.85MPa,围岩变形破坏严重,单一支护措施无法满足安全高效采矿作业的要求,锚网喷注联合支护技术将锚杆、金属网、喷射混凝土、注浆等多种支护手段充分结合,形成复合支护结构,扩大了支护体系的承载范围,锚喷网注联合支护作用下的围岩松动圈面积仅为原来的48.8%,围岩顶板竖向位移为385.6mm,与原顶板竖向位移相比降低了66.1%,围岩稳定性显著提高,是使深部软弱围岩形成长期稳定整体的有效手段。     

基于黏弹塑性的云岭隧道软弱围岩参数反演与稳定性分析

软弱隧道围岩在工程实际和试验研究中都表现出较强的流变性质,容易造成围岩的过大变形而导致失稳.按新奥法施工原则对云岭隧道左洞进口段的软弱围岩段开挖过程进行监测,分析初期围岩位移收敛值以及二次支护和衬砌的压力变化情况,通过黏弹性有限元反分析理论,建立基于黏弹塑性的反分析体系,对围岩参数进行反演和优化.通过采用ANSYS有限元程序模拟开挖过程,并将现场实际量测值与计算数据进行比较,为隧道支护设计和施工的安全可靠性提供科学依据和技术指导.     

新奥法巷道开挖监控及最佳二次支护时间的研究

新奥法巷道工程的核心内容是通过围岩变形的监测与分析检验围岩是否稳定及支护是否合理。针对工程开挖阶段,地质资料完整,但监测数据不足的特点,采用数值模拟方法,研究了开挖工作面推进与支护施工过程中巷道围岩变形规律,以围岩变形曲线为研究对象,讨论了开挖施工对巷道围岩的影响范围及不同开挖方式下的开挖面空间效应问题,并确定了最佳二次支护时间。     

岩体应力条件对煤矿回采巷道支护变形和荷载的影响

矿山巷道附近岩体的应力—应变状态与巷道的受力和变形相关.针对山西某煤矿的一个长壁开采区,通过CCBO探头和CCBM探头连续监测长壁前岩体的应力—应变状态,同时采用水力测功器和应变锚杆确定支护载荷及回采巷道变形.最后确定应力—应变岩体状态与被测巷道变形和荷载之间的潜在关系.     

软岩巷道支护参数的数值模拟研究

对于巷道开挖后出现的失稳情况,采用数值模拟对巷道顶板、两帮及底板的稳定性进行研究,结合研究成果制定经济合理的治理措施。本文引进大型三维非线性有限单元法程序3D—σ,对巷道开挖后顶板、两帮、底板的稳定性及采取措施进行加固后巷道的稳定性进行分析和模拟,对矿山实际生产有一定指导作用。     

不同开挖方式的深基坑数值模拟研究分析

文章采用有限元软件RFPA对济南市某30层高建筑物的深基坑开挖过程进行了数值模拟计算。考虑不同土体的相互作用,模拟深基坑在开挖过程中的变形与破坏现象,通过分析深基坑的隆起量以及地表的沉降量等,得出了一些有实际意义的规律与结论,并最终确定该建筑物的深基坑开挖方案为放坡比为1.0∶1.7作为此工程基坑开挖的方法,同时添加锚杆进行支护,本文数值模拟计算结果对同等地质条件下的深基坑开挖具有重要的指导意义和借鉴参考价值。     

开挖卸荷扰动下的深部巷道支护及其效果评价

为了解决某金矿深部巷道存在的围岩灾变损伤严重、支护结构濒临失效的问题,开展了有关深部巷道开挖卸荷和采动影响耦合作用下的开挖损伤研究,并针对性地提出围岩变形控制方案。运用FLAC^3D软件从应力集中—迁移演化、位移场和塑性区分布3个方面对该支护方案的支护效果进行深入探讨,并结合现场工程试验监测所获得的实时原位数据进行分析对比。研究结果表明：深部破碎化巷道在开挖扰动下塑性区扩展趋势明显,两帮肩部及侧墙底角处应力集中程度较高,底板所受破裂损伤压力最大,高应力向巷道深部迁移,最终巷道开挖影响区停留在半径的2~4倍。同时,验证了针对这种工程环境所施加的喷—锚—网联合支护替代传统的U型钢架、锚杆支护做补强支护这一围岩控制方案能够更好地发挥破碎化围岩的自承载能力,有效抵御巷道的变形破坏,具有良好的支护效果,能够为类似工程环境的矿山深部巷道围岩变形控制和支护设计提供合理化建议。     

高应力破裂岩体地压显现及其控制技术

小官庄铁矿进路开挖以后支护巷道破坏严重,其围岩变形为无收敛变形的情况.为掌握其地压活动规律,应用岩石破裂过程分析系统,并考虑岩石本身的蠕变特性,模拟其采用无底柱分段崩落法进路开挖过程,对进路开挖过程巷道围岩应力变化进行数值分析.结果表明:随着进路开挖,进路会出现片帮、底鼓和顶板下沉等现象;在矿岩接触带出现高应力集中,导致两进路之间的间柱破坏严重,并随着进路开挖应力逐步向新开挖两进路之间的间柱转移;开挖顺序造成边界矿体出现高应力集中,导致边界矿体难采.采用锚网支护技术有效地控制了巷道围岩的变形破坏,确保开采的顺利进行.     

不耦合装药系数对岩体爆破损伤的影响

在爆破工程中,选择合适的装药结构能够有效提高炸药利用率,从而改善爆破效果。基于RHT(Riedel-Hiermaier-Thomamodel)动态响应力学关系,采用ANSYS/LS-DYNA软件研究了偏心不耦合装药条件下不耦合系数K对岩体爆破荷载的影响,以及爆破过程中岩体的损伤情况。通过建立单孔偏心不耦合爆破模型,分析了不耦合系数K为1.0、1.5、2.0、2.5、3.0和3.5条件下的有效应力、振动速度、爆破地震波能量和损伤状况。同时,研究了不同不耦合系数K条件下爆心距(l)与损伤度(D)、质点振动速度(PPV)与爆心距(l),以及振动速度(v_pp)与损伤度(D)之间的关系。结果表明：随着不耦合系数K的增大,耦合侧与不耦合侧有效应力和峰值振动速度、地震波峰值能量略微减小;粉碎区和裂隙区范围逐渐减小,且粉碎区损伤半径较裂隙区减小速率更大。岩体损伤程度和质点振动速度(v_pp)均随着爆心距的增大而逐渐减小。质点振动速度越大损伤程度也越大,当v_pp=50.4 cm/s时,岩体中的损伤变量达到损伤破坏阈值(D=0.19);当v<...     

基于三维激光扫描点云数据的地下巷道岩体结构面识别及稳定性分析

巷道围岩中发育的结构面对巷道稳定性有很大的影响,开展地下巷道的工程地质调查,精确获取地下巷道围岩结构面信息是巷道稳定性分析的关键。以云南大红山铁矿775 m 中段运输巷道为研究对象,采用三维激光扫描仪获取围岩结构面点云数据,并利用点云数据处理软件进行误差处理、坐标校正、结构面数据提取、点云拼接和过滤抽稀等内业数据处理工作,基于处理结果开展了统计分析;利用离散元软件3DEC建立了离散结构网络模型与地下巷道合成岩体模型,并对该巷道在自重及爆破振动作用下的失稳概率进行了数值模拟。结果表明：三维激光扫描技术可较好地获取巷道围岩的结构面信息,结合离散块体单元计算软件对巷道岩石块体的稳定性进行进一步分析,所分析区域的围岩自稳能力较好,但在爆破振动影响下失稳概率大幅增加,研究结果可为巷道的支护设计提供理论指导。     

复杂条件下大断面隧道双侧壁导坑法施工稳定性分析

采用有限元分析软件,对大断面隧道在复杂条件下双侧壁导坑法施工进行了动态模拟.分析围岩的变形、应力及支护结构的受力状况,可为大断面隧道的设计与施工提供参考.     

高炉风口回旋区焦炭燃烧特性的颗粒尺度模拟

摘要：为从微观颗粒尺度解析高炉风口回旋区动态演变及内部热化学行为，采用计算流体动力学 离散单元法(CFD-DEM)耦合方法对回旋区焦炭燃烧过程进行了数值模拟研究。首先验证了CFD-DEM模型的可用性与准确性；然后探究了回旋区形成及演变过程、焦炭颗粒燃烧行为及粒径分布和气相的温度及组分分布；最后考察了不同鼓风速率对回旋区大小、风口轴向气体温度与组分分布的影响。模拟结果表明，回旋区的宽度和高度随着鼓风速率的增大而增加；鼓风速率的上升使气体高温区和化学反应区分布发生改变，即最高温度点和焦炭反应区均向焦炭床中心移动。     

动力扰动下深部出矿巷道围岩的变形特征

以冬瓜山铜矿井下900 m深处的出矿巷道作为研究对象,基于“隔一采一充一”阶段凿岩、分段崩落的回采方案,利用FLAC^3D数值模拟软件研究了静动态开挖过程中出矿巷道围岩的变形特征。模拟相关岩体力学参数由三轴压缩及频繁冲击扰动试验数据折减获得,采用Mohr-Coulomb模型进行静态开挖分析,结合Strain-Softening模型进行动态扰动影响模拟分析。研究结果表明：爆破产生的扰动促使围岩变形加剧,但不会改变静态开挖时围岩变形演化的规律;开挖时巷道周边产生应力卸荷现象,且顶板出现拉应力,靠近采场巷道两帮应力离散性大,造成顶板易产生拉伸破坏,靠近采场巷道两帮易发生片帮;结合深部出矿巷道实际稳定情况,推测巷道顶板及靠近采场部位易产生破坏,需加强支护,其余部位稳定性相对较好。     

深部软岩巷道支护方案数值模拟研究

为确定某煤矿安全生产的巷道支护方案,以其601综采工作面顺槽开挖为背景,利用FLAC2D数值软件模拟,并对比分析了有无预应力桁架两种支护方案下巷道围岩的位移.应力和塑性区分布状态. 结果表明:采用原支护方案时,巷道顶板.两肩角及两帮等多处出现应力集中,塑性区域较大,并且巷道的变形量大,两帮的变形位移高达1 m;采用预应力桁架支护时,巷道顶板应力分布状况良好,只有两肩角及两帮深处岩体出现了应力集中,但塑性区域明显减小,巷道变形有较大改善,两帮变形位移降至0.0106 m,深部软岩巷道的损伤变形降低显著,在实际应用中取得了良好的效果,为煤巷支护设计提供了一种可行的方法.      

双阴极静电除尘器仿真优化模型与试验验证

为改善线板式静电除尘器对PM_2.5细颗粒物存在穿透窗口问题,提高其对超细颗粒物的收集效率,本文采用有限元法分析和模拟双阴极静电除尘器内流场、电场、颗粒荷电及颗粒运动等物理场的耦合过程;使用泊松方程、偏微分方程描述电场,利用标准k-ε湍流模型描述流场,采用Lawless模型描述颗粒荷电方式,并用拉格朗日模型描述颗粒运动状态;在Comsol仿真平台上搭建双阴极除尘器模型,进行双阴极提高静电除尘效率研究。数值模拟结果表明：在同一放电极电压下,随着颗粒入射速度的升高,电致离子风对流场里的颗粒总体速度影响逐渐变弱,这使得流场里的颗粒的速度差异变小;随着辅助阴极电压的上升,不同入口速度的各种粒子到达集尘板所需的水平位移逐渐变少;当粒子入射速度为0.5 m/s时,对比无辅助极板增加辅助阴极电压至-25 kV,可以使0.1～1.0μm细颗粒物的集尘效率达到98.5%;当粒子入射速度为0.5 m/s时,在同一辅助阴极电压下,放电极电压从-20 kV增加到-25 kV,可提高0.1～1.0μm细颗粒物的集尘效率达25%。     

铜模吸铸与高能球磨制备Zr46Cu46Al8非晶合金的组织结构及晶化动力学研究

采用铜模吸铸法制备出直径3 mm的Zr₄₆Cu₄₆Al₈块体非晶合金, 利用高能球磨法获得了不同粒径的合金粉体, 通过X射线衍射仪、示差扫描量热仪、扫描电镜等测试手段及热力学计算方法, 研究了制备方法对非晶合金组织结构及晶化动力学的影响。结果表明, 块体合金和粉体合金均可获得完全非晶结构; 块体非晶合金玻璃转变和晶化过程具有明显的动力学效应; 单因素变量法制备非晶粉体的最佳参数为: 转速300 r·min-1, 球料比30:1, 球磨时间15 h; 相同条件下, 除过冷液相区外, 块体非晶合金热力学参数普遍高于非晶粉体, 且晶化放热更剧烈; 随着加热速率增大, 二者热力学参数均向高温区移动, 过冷液相区的宽度也逐渐增加; 块体非晶合金和非晶粉体的特征温度表观激活能数值相近, 块体非晶态合金的表观激活能较非晶粉体高, 热稳定性更优。     

控轧控冷工艺对高强度锚杆钢组织和性能的影响

随着矿井深度的增加,对锚杆支护强韧性的要求越来越高,为了应对这一情况,需要研发出更高强度的锚杆钢。利用锚杆钢研究了轧制工艺、冷却工艺与珠光体、铁素体相比例,析出相析出行为及力学性能的关系。研究结果表明,在中轧后、精轧前采用适当水冷+回复段处理的复合工艺可使晶粒更细小、组织更均匀。对超高强度锚杆钢进行热压缩变形试验,由热模拟试验结果确定相转变温度为A_c1=737 ℃、A_c3=886 ℃。最终筛选出入精轧温度为810 ℃、回复段温度为800 ℃时,可获得的晶粒尺寸达4 μm,珠光体体积分数为66.8%,铁素体体积分数为33.2%,珠光体片层间距达200 nm;另外调整V、Cr、N等析出以提高锚杆钢的强韧性,较低的回复温度有利于细小、弥散、V(C/N)析出相的析出,V(C/N)的析出可进一步改善锚杆钢的力学性能。由该控轧控冷工艺轧制的锚杆钢屈服强度为780 MPa、抗拉强度为930 MPa、硬度为291HV、伸长率为20%。