矿柱失稳的突变分析

对顶板-矿柱围岩系统进行了简化,将矿柱近似为由弹性元件和塑性软化元件串联组成,建立了顶底板-矿柱系统的力学模型;基于突变理论建立了顶板-矿柱围岩系统失稳发生冲击地压的尖点突变模型,得出矿柱失稳的充要条件.分析了影响矿柱失稳的因素,可以为实际的生产设计提供参考.     

非对称布置人工矿柱失稳的突变理论分析

人工矿柱置换矿石矿柱是当前矿柱资源回采的基本模式之一,开展非对称布置人工矿柱突发失稳的力学条件分析具有重要普适意义。根据材料力学理论,建立了"非对称布置人工矿柱-顶板"结构系统力学模型,推导出人工矿柱的压缩量表达式;基于突变理论,在考虑顶板对人工矿柱小偏压作用的基础上,构建了非对称布置人工矿柱突发失稳的尖点突变模型,推导了人工矿柱失稳的充要条件力学判据表达式。分析表明:非对称布置人工矿柱-顶板结构系统失稳与系统刚度比k、介质均匀性系数m相关;改变人工矿柱的参数,可影响人工矿柱对于顶板的调控作用,非对称布置人工矿柱施工应满足最小宽度尺寸。广西某矿实例研究结果表明:在特定人工矿柱非对称布置条件下,该矿应留设21m宽的人工矿柱支撑顶板。研究成果可为矿柱资源回采过程中的人工矿柱设计提供理论依据。     

基于突变理论的矿柱失稳破坏研究

针对岩体变形破坏具有的突变性,结合材料力学理论,建立了岩梁-矿柱的尖点突变模型。利用该模型研究矿柱失稳破坏发生的机理,并得出系统发生失稳破坏的条件及发生失稳破坏时系统释放的能量。研究结果表明,岩梁-矿柱系统的稳定性取决于系统自身的力学-几何特性,与外界因素无关。最后,以某金矿为实例,利用系统失稳条件对其采场结构参数的选取合理性进行了分析判断。     

基于尖点突变模型巷道层状围岩失稳机制及判据研究

巷道顶部围岩受力系统是高度非线性的复杂大系统,尤其是层状围岩的突变失稳问题更是目前实际工程中的难点和科学研究的重点。在基于层状围岩稳定性地质力学模型和势能函数的基础上,建立了弯折失稳破坏的尖点突变模型,注重研究系统状态发生突变时外界的控制条件,主要阐述非线性系统从连续渐变状态走向系统性质的突变,并据此分析了层状围岩突变失稳破坏过程中的能量转化发生机理。基于定态曲面方程和分支曲线方程,推导得出系统失稳的充要力学条件,建立了符合实际的岩体破坏分析方法和失稳判据,揭示围岩的稳定性主要由外力(P,q),岩体的弹性模量(E),容重(γ_c),层间极限剪应力(p_t)以及几何形态(l,h)控制,并提出了防护建议。结合矿区巷道围岩实例,运用尖点突变失稳判据预测分析结果与实际情况相符合。     

基于尖点突变理论的层状围岩失稳判据研究

在层状围岩(岩体梁)地质力学模型和势能函数的基础上,建立了弯折失稳破坏的尖点突变模型,研究系统状态下发生突变时外界的控制条件,主要阐述非线性系统如何从连续渐变状态走向系统性质的突变,并据此分析了层状围岩(岩体梁)突变失稳破坏过程中的能量释放的发生机理。基于定态曲面方程和分支曲线方程,推导得出系统失稳的充要力学条件,建立了符合实际的岩体破坏分析方法和失稳判据。岩体梁失稳判据揭示,围岩的稳定性主要由外力的p,q,岩体的弹性模量E,重度rc,层间剪应力τ以及几何形态l,h决定。结合矿区巷道围岩实例,运用尖点突变失稳判据分析与实际结果一致性达84%以上。     

矿柱的突变失稳研究

针对矿柱失稳的不连续性、突变性,在建立顶板—矿柱力学模型的基础上,采用突变理论推导出矿柱突变失稳的充分必要条件,并研究了矿柱突变失稳的释放能量机理。结果表明:矿柱变形的突跳量,矿柱失稳前后的能量差均与外界干扰无关,只取决于顶板—矿柱系统的内部特性。本文的讨论为矿山合理的布置及优化顶板与矿柱的参数提供了参考。     

开挖扰动下矿柱损伤破裂失稳细观机制研究

为揭示开挖扰动下矿柱损伤破裂失稳的细观机制, 以盘龙铅锌矿采场间柱破裂为原型, 运用PFC^2D对其破坏机理进行反演分析, 建立基于声发射累计数的尖点突变失稳判别模型。研究结果表明:采空区上方形成压力拱, 拱内岩体自重转移到附近围岩和矿柱, 产生应力集中; 矿柱受压逐渐产生损伤, 其损伤破裂失稳演化过程分为3个阶段:弹性阶段、屈服阶段、失效阶段; 矿柱内部以拉裂纹为主, 细观破坏形式主要为拉伸破坏, 宏观表现为剪切滑移破坏。经验证, 基于声发射累计数的尖点突变模型能够有效判别矿柱失稳状态。     

基于尖点突变理论的矿房间矿柱的稳定性分析

为了便于分析,对矿房矿柱系统进行了简化,简化后变为固支梁-矿柱力学系统,同时建立了它们的力学模型。根据力学系统的本构关系,确立了尖点突变理论模型。通过分析表明矿柱失稳只跟矿房矿柱自身的内部条件有关,而与外界的作用无关。同时还研究了矿柱突跳失稳的释能机制,研究表明,失稳所释放的能量也仅跟矿房矿柱系统自身有关。最终得出结论,合理优化矿房矿柱自身系统的力学-几何特性参数,破坏产生矿柱突变失稳的充要条件,是控制矿柱稳定性、保证安全生产的有效手段。     

基于尖点突变模型的巷道围岩屈曲失稳规律研究

依据深部巷道围岩的稳定性特征,探讨了巷道围岩层裂板结构的形成机理,并建立了层裂板结构稳定性的力学模型。应用结构非线性稳定性的尖点突变模型,分析了巷道围岩层裂板结构失稳的力学机制,给出了2种条件下巷帮层裂板结构失稳的充要条件。研究表明:尖点突变模型能有效地预测片帮型煤矿巷道的冲击矿压危险性;通过加固巷帮及巷道顶底角围岩,提高巷帮围岩的结构刚度,增强巷帮围岩的抗屈曲失稳能力,可有效防治片帮型煤矿巷道的冲击矿压事故。     

煤壁片帮失稳的尖点突变模型分析

针对工作面煤壁的受力特性和变形特征,将劈裂后的煤壁视为压杆,应用突变理论对压杆的不稳定性进行分析。基于弹性理论求出压杆系统的总势能,进而建立了煤壁片帮的突变模型。通过对煤壁片帮突变失稳发生的必要条件和充分条件进行分析,得出煤壁片帮的主要影响因素,并提出有效预防煤壁片帮的措施。研究结果表明:煤壁片帮失稳的发生与否不仅取决于煤壁上方纵向载荷的大小,还取决于煤体的几何尺寸和煤的物理力学性质等因素;横向力的扰动与煤壁片帮的发生之间存在着非线性的关系。     

基于尖点突变模型的承压水底板突水研究

以尖点突变理论为基础，采用力学平衡和能量平衡的原理，分析了矿井承压水底板关键层突水失稳的力学机理，建立了其尖点型突变模型，给出了底板关键层失稳的力学条件。通过工程实例的分析，证明用数值模拟分析和预测矿山底板突水是切实可行的。     

基于尖点突变理论的水平矿柱稳定性分析

为了探明金川二矿区多中段开采时临时水平矿柱的稳定性,基于多中段同时开采下水平矿柱的受力特征,提出了水平矿柱的力学模型,在此基础上,采用突变理论的分析方法,通过对水平矿柱力学模型的分析,推导出了水平矿柱总势能表达式,建立了水平矿柱的尖点突变模型,最终导出了水平矿柱失稳的充要力学条件判据,获得了水平矿柱失稳概率小的结论,并提出了水平矿柱回采的工程技术措施。     

孤立煤柱岩爆的尖点突变与时间效应

针对粘弹性顶板下孤立煤柱岩爆问题建立了一个简单力学模型，用尖点突变理论讨论了岩爆的非稳定机制；阐明了岩爆发生条件可归结为外部对系统输入能量的条件和系统内部能量突然释放的条件；而岩爆滞后是由于控制参量变化需经过一段时间才满足分叉集方程引起的。并讨论了比值Ｋ_０／Ｋ_∞和λ／Ｋ_∞对岩爆滞后时间的影响。     

空场法矿柱破坏规律及稳定性分析

为预测空场法采矿时矿柱破坏规律及失稳分析,运用断裂力学及突变理论建立了矿柱失稳的尖点突变模型.将开采厚度远小于采场跨度的空场法采场假定为无限大板上相隔一定间距的共线裂纹,采用断裂力学Ⅰ型裂纹模型,得出了矿柱破坏宽度的计算公式;基于突变理论以失稳阻抗因子和矿柱破坏发展因子为控制变量,矿柱应力强度比Fq为状态变量建立了矿柱失稳的尖点突变模型,研究表明:当Fq>1,矿柱会发生失稳;当Fq<1时,矿柱不会发生失稳.实例分析表明利用该模型对矿柱稳定性进行分析,其结果满足工程要求.     

基于数值模拟的矿井人为边界煤柱留设研究

为了合理确定矿井人为边界煤柱宽度,利用FLAC数值模拟技术,根据单一煤层开采和上下煤层重复开采条件以及不同开采顺序的情况进行了模拟,结果表明,煤层开采的应力分布、塑性区分布特征不同,边界煤柱所需留设宽度也不同,宽度达到40～50 m以上。重复采动条件比单一煤层开采条件所需的边界煤柱宽度大10 m左右。数值模拟结果与《煤矿防治水规定》中煤柱宽度不小于40 m的规定相吻合,且更加明确,更具实际指导意义。     

王村煤矿煤柱稳定性和煤柱尺寸优化研究

采用实验室测试和数值模拟方法对王村煤矿护巷煤柱的稳定性进行了分析研究。通过煤样单轴抗压强度试验估算出煤体强度介于1.9~12MPa之间,煤样宽高比与其抗压强度有显著正相关关系,实验数据拟合了王村煤柱强度公式。通过数值模型分析可知,12m煤柱可以兼顾煤柱稳定性和提高采出率的要求,实际应用情况理想。     

某石英砂矿地下开采保安矿柱稳定性分析

某石英砂矿由于受到产品销售问题及周围环境条件的限制,决定采用地下开采方式。矿体南西部已经靠近矿界,为了保证矿体开采过程中的安全,需要在靠近矿界的矿段预留保安矿柱。因此,采用FLAC3D数值模拟软件,对矿体开采留设不同厚度的保安矿柱进行安全稳定性分析及比较,最终确定留设保安矿柱的合理尺寸。     

深井遗留煤柱工作面回采冲击矿压防治

对某矿深部遗留煤柱下方工作面进行了矿压观测,利用动静载荷叠加原理分析了产生高应力的原因,采用震动波层析成像技术划分出煤柱下方工作面冲击危险区域,采取了一系列卸压解危措施。通过对卸压后工作面矿震及应力的分析,证明了卸压措施的作用,并提出深部巷道卸压的动态防治理论。     

浅埋深综采工作面区段煤柱宽度优化研究

为了减小盘区开采区段煤柱宽度,提高盘区采出率,采用现场观测的方法,分析了原留设20 m宽区段煤柱时,经上下工作面2次回采,动压作用下巷道顶板最大位移56 mm,两帮最大移近量45 mm,为进一步减小护巷煤柱宽,在原有支护方式不变的条件下,优化确定合理煤柱宽度,采用数值计算方法,模拟不同宽度煤柱巷道变形特征,计算显示留12 m宽度煤柱巷道能够保持稳定。工程实践表明,掘进与回采期间顶板下沉量累计112 mm,两帮移近量累计106 mm,巷道变形控制在许可范围之内,煤柱也始终处于稳定,满足了安全生产要求,多采出煤炭7万t。     

深井沿空巷道合理小煤柱尺寸的确定

针对深井沿空巷道护巷煤柱合理尺寸确定的问题,根据现场实际地质条件采用现场实测和数值计算的方法确定了协庄煤矿3416W工作面沿空巷道应留设小煤柱尺寸为2.5~4m,通过数值模拟分析,证明煤柱尺寸的确定是合理的,为类似条件下合理煤柱尺寸的确定提供了一种新方法。