采动影响下断层冲击矿压危险性研究

采用FLAC5.02D数值模拟软件模拟了煤层开采过程中断层对矿山压力分布的影响.研究了不同断层倾角、断层强度、断层落差、老顶厚度和老顶强度下,工作面支承压力峰值变化规律.结果表明,工作面由断层上盘向断层推进:支承压力峰值随断层倾角减小而减小,当断层倾角为30°时,应力峰值降为60.92MPa,甚至会小于无断层影响下的63.18MPa;当老顶厚度超过20m,应力峰值迅速降为51.53MPa.而工作面由断层下盘向断层推进:应力峰值随着老顶强度的增大先迅速增大为89.34MPa,当老顶强度超过40GPa后,应力峰值基本保持不变.当工作面由断层下盘向断层推进时冲击危险性均比工作面由上盘向断层推进时的高.     

断层影响下的地下水流数值模拟

地下水流在有断层影响下呈现出不连续性和各向异性的特征，使地下水流的数值模拟过程变得复杂．通过对研究区分布的断层进行分析，综合选取23条断层作为内部边界输入计算模型中，并用MODFlLOW软件自身提供的墙体边界(Wall)模拟断层，克服了有限差分方法对复杂边界条件模拟的缺陷．计算表明，研究区地下水受断层的影响显著，断层将研究区分割成相互独立、水力联系较小的水文地质单元，区内地下水水位周期性波动主要受大气降水的影响。     

采动断层活化导水特征分析与实验研究

断层活化导水是煤矿突水的一种重要形式,具有较强的危险性和隐敝性.根据裂隙介质水动力学理论,提出了断层附近原始导升带内的地下水压力大于断层面的法向应力是断层活化导水的必要条件,开采作用导致地下水压力与地应力失去原有平衡是断层活化导水的诱因.研究结果表明:对于不导水的岩样裂隙,当注水压力大于围岩压力时出现渗流现象.葛亭煤矿井下注水试验显示当注水水压力达3.5MPa(数值模拟该处的地应力值2～4MPa)时F6断层活化导水.理论分析、室内试验和现场试验结果具有一致性.     

不同采矿方法下采场稳定性数值分析

采用数值分析软件ANSYS对某矿体典型采场顶板与间柱的稳定性及其对采场围岩力学状态的影响进行数值模拟分析,矿山采用浅孔留矿法和分段凿岩阶段矿房法对于不同产状的矿体进行开采,对不同采矿方法下典型采场结构模型的模拟结果进行了分析,根据分析结果,结合矿山生产现状对目前采矿方案提出合理化建议,以便更确切地掌握不同采场地压的发展变化规律,有效地实施地压管理,实现安全高效开采。     

断层角度对隧道纵向稳定性影响的数值模拟

采用有限差分程序FLAC3D分析了断层角度对隧道纵向稳定性的影响.计算结果表明,断层角度越小,隧道纵向稳定性越差;断层角度不同,应力和位移纵向分布规律亦不同;在断层与顶、底板相交前后各5m范围内,应力和位移变化最为剧烈.     

断层影响下冲击地压多参量预测预报研究

针对深部冲击地压发生机理的复杂性及日趋严重性,在考虑断层活化影响下,提出冲击地压多参量预测预报理论并成功应用于义马跃进煤矿的冲击地压预报,为今后深部构造影响下冲击地压的预测预报提供了参考．     

房柱采矿法重复采动的数值模拟研究

本文以弹-塑性有限元为数值模拟手段,研究了在地表不允许崩落的条件下,留连续条形矿柱的房柱采矿法重复采动的问题。对上、下矿层间的夹岩层较厚大时,下矿层的开采对上层已采空区稳定性的影响进行了讨论。提出了隔离层的概念。分析了隔离层的存在,在开采参数的选择和矿房及矿柱的布置中所起的重要作用。     

断层带煤岩应力分布特征数值模拟研究

通过FLAC3D软件对演马庄矿掘进巷道过F147断层过程中煤岩内部应力场分布规律进行数值模拟,研究巷道掘进过程中断层附近应力值的变化.模拟结果表明:F147断层带附近煤岩体破碎、裂隙发育,在采动影响下断层"活化".随着距断层面距离的减小,煤层及其顶板岩体破坏程度随之增加,使得断层面附近应力得到释放,断层面处压剪应力集中得以缓解,但是拉应力增大.通过进一步研究,确定了F147断层带的影响范围约为10 m,从而说明该方法能正确模拟巷道掘进过断层过程中煤岩内部应力场分布规律,进而可以有效地指导实践.     

煤层断层构造演化应力场分布特征数值模拟研究

采用有限元数值模拟软件ADINA,模拟了一次构造作用下煤层断层构造的形成过程以及煤层断层形成后受现代构造应力场作用下煤层的破坏情况及地应力的分布规律.模拟结果表明,一次构造作用下煤层断层构造的形成过程中,在接近断层面的下盘煤层底部和接近断层面的上盘顶部,煤体容易遭到破坏;断层构造形成后在不同的铅直应力和水平应力组合情况下,正逆断层的下盘断层面附近区域均存在应力集中现象,逆断层的应力场方向主要由最大应力的方向决定,而正断层仅在水平应力与铅直应力比较接近时,应力场方向主要由铅直应力决定.     

超声空化气泡运动的数值模拟

依据热力学和动力学分析,建立了声场作用下液体中一个气泡的运动模型．通过对运动方程的数值模拟,研究了液体中声压幅值、超声频率、空化核半径以及液体的密度、表面张力、动力粘度等因素对气泡运动的影响.     

急倾斜煤层开采诱发地表裂缝数值模拟

为了研究急倾斜煤层开采诱发地表裂缝的演化过程,探讨急倾斜煤层开采诱发地裂缝分布规律.利用可描述拉张破裂的有限元方法,对地表裂缝演化过程进行数值模拟.结果显示:最大拉应力集中在地表,地表优先于采空区破裂,采空区下山方向对应的地表一侧形成裂缝.急倾斜煤层开采地表和采空破裂的顺序与水平、倾斜煤层的破坏顺序相反.煤层倾角很陡时,地表先破裂到一定程度后,采空区才开始破裂.煤层倾角很缓或水平时,采空区先破裂,之后地表才破裂.     

煤粉燃烧过程中汞析出过程的数值模拟

利用计算流体动力学（CFD）对一台410 t/h四角切圆煤粉燃烧锅炉进行数值模拟研究,在CFD计算基础上加入了Hg反应的子模型,计算得出在燃煤过程中Hg的生成、形态转化以及不同Hg形态在炉内的空间分布.结果表明,通过对整个三维炉膛体积的Hg形态的摩尔分数积分,炉内气相Hg0占94.22%,HgO占4.96%,HgCl2仅有0.82%;HgO、HgCl2在炉内分布较均匀,HgO主要分布在燃烧器区域,HgCl2主要分布在燃烧器和炉膛出口区域;HgO和HgCl2在燃煤过程中的生成途径是相同的,HgO和O2之间存在强烈的关联;HgCl2和Cl2之间存在强烈的关联,而与HCl和Cl的关联性不强;温度仅是促使HgCl2摩尔分数升高的间接因素.     

典型工业炸药爆炸灾害效应的数值模拟

为了评价典型工业炸药在空气中发生意外爆炸产生的灾害效应,利用非线性动力学软件AUTODYN,炸药产物选用JWL状态方程,分析1 kg铵油炸药、乳化炸药、2号岩石炸药在空气自由场中爆炸冲击波的传播特性和温度场分布情况,并与TNT炸药进行对比分析.计算结果表明,冲击波损害效应中,2号岩石炸药与TNT炸药爆炸产生的冲击波峰值相当,乳化炸药次之;温度灾害效应中,岩石炸药的温度峰值最高,铵油炸药温度峰值次之,乳化炸药温度峰值最低.为正确使用工业炸药和矿山安全提供了理论依据.     

Stress spatial evolution law and rockburst danger induced by coal mining in fault zone

In order to explore the influence of coal mining disturbance on the rockburst occurring in fault zone, this research constructed a mechanical model for the evolution of fault stress, and analyzed the influence of the ratio of horizontal stress to vertical stress on the stability of fault, and the spatial distribution of the stress in fault zone as well as its evolution rule. Furthermore, the rockburst danger at different spatial areas of fault zone was predicated. Results show that: when both sides of the working face are mined out, the fault zone in the working face presents greater horizontal and vertical stresses at its boundaries but exhibits smaller stresses in its middle section; however, the ratio of horizontal stress to vertical stress is found to be greater at middle section and smaller at boundaries. As the working face advances towards the fault, the horizontal and vertical stresses of the fault firstly increases and then decreases; conversely,the ratio of horizontal stress to vertical stress keeps decreasing all the time. Therefore, if the fault zones are closer to the goaf and the coal wall, the stress ratio will be smaller, and the fault slip will be more prone to occur, therefore rockburst danger will be greater. This research results provide guidance for the rockburst prevention and hazard control of the coal mining in fault zone.     

障碍物诱导瓦斯爆炸湍流火焰数值模拟

为了研究障碍物诱导湍流火焰特性,基于150 mm×150 mm×500 mm的小尺度爆炸腔体,在三个障碍物交错放置的条件下,采用预混燃烧模型对瓦斯爆炸过程进行大涡模拟。基于模拟结果,分析了瓦斯爆炸过程中火焰结构、未燃气体流动迹线以及火焰与未燃气体漩涡耦合规律。结果发现:小尺度条件下,障碍物诱导火焰形变,增大火焰面积,提高燃烧速率;在障碍物扰动作用下,未燃预混气体在障碍物形成漩涡,且漩涡尺寸及强度逐渐增大;未燃预混气体漩涡将爆炸火焰卷入其中,形成湍流火焰。     

排烟方式对火场人员疏散影响的数值模拟

针对建筑火灾中烟气的危害特点,利用商业计算流体软件PHOENICS,分别对无排烟措施、自然排烟、机械排烟等三种常见的建筑火灾后的排烟方式进行烟气流动规律的模拟研究.得出:火灾后,自然排烟和机械排烟在一定程度上都能将着火房间的烟气、热量排出室外,降低着火房间的烟气浓度、温度和压力.机械排烟形成的微负压使得火场烟气不易向外扩散,同时增加近30s的疏散时间,排烟效果明显更利于火场人员的安全疏散.本文计算机场模拟的结果符合单室烟气的蔓延机理,证明了使用计算流体力学技术对火灾现象进行数值模拟是可行的,可用于指导建筑火灾的扑救和火场人员的安全疏散.     

烧结煤矸石页岩多孔保温砌块热工性能数值模拟

为提高保温砌块的热工性能,数值模拟研究了烧结煤矸石页岩多孔保温砌块的基材、孔洞率及孔洞填充对传热系数的影响,并基于此设计了一款宽厚多孔保温砌块。研究结果表明：采用低导热系数的基材和提高孔洞率是提高烧结煤矸石页岩多孔保温砌块保温性能的有效途径。同时发现,孔内空气存在较强对流换热,在矩形孔洞长边方向更为明显,故采用聚苯板填充或减少孔洞尺寸有利于提高保温砌块的保温性能;宽厚多孔保温砌块240 mm（L）×360 mm（W）×180 mm（H）传热系数为1.34 W·m-2·K-1,达到夏热冬暖地区外墙自保温要求(≤1.5 W·m-2·K-1))。本文的研究也为研发夏热冬冷地区外墙自保温砌块(≤1.0 W·m-2·K-1)指明了方向。