岩石力学数值模拟方法用于采矿工程的技术经济探讨与教学实践

结合采矿工程特点以及岩石力学数值模拟方法的发展现状,分别从技术、经济与人才培养三个方面对数值模拟方法在采矿工程中的应用问题展开探讨。采矿工程在力学背景、工程稳定性要求及价值目标等方面均有别于其他岩石工程,这对其选择何种方法解决生产过程中遇到的岩石力学问题有显著影响,突出表现为成本的敏感性。由于模型误差、参数选择误差和监测数据反演误差等系统性误差的客观存在性,这导致数值模拟方法在预测岩石力学问题的精确度(可靠性)方面存在着发展的"上限"。而采矿工程中的岩石力学问题对计算及预测精确度的需求存在"下限",因此,只要保证数值模拟方法预测的精确度"上限"达到采矿工程需要的"下限"即是其成功的应用。岩石力学数值模拟方法预测的精确度与成本投入之间存在一定的正相关关系,机会成本及决策风险控制因素对矿山企业应用岩石力学数值模拟方法的效果有重要影响。此外,高等院校在采矿工程人才培养方面加强岩石力学教育,为矿山企业输送具有较高岩石力学素质的采矿工程师,将是引领矿业技术进步的重要组成部分。     

岩石的变形特性(上)

岩石力学最早起源于采矿工程,多年来的实践证明了在采矿工程中应用岩石力学知识的必要性。事实上,在岩体中开挖矿山峒室和巷道而不研究岩体的工程特性和工程边界条件,不可能取得预期的安全性和经济效果。建国以来,遵照毛主席关于“开发矿业”的伟大指示,我国矿山建设蓬勃发展,在采矿工程领域中也出     

第一讲 岩石力学与采矿工程

岩石力学从字面上来看好象有点深奥,甚至难以捉摸,其实,它是采矿工程中经常接触和应用的许多经验和规律的综合,也是和采矿工程有关的一些学科中关系比较重要的一门自然科学。建国以来,我们国家在毛主席和党中央的领导下,建成了许多和岩石有关的大型工程。这些实践丰富了我们对岩石性状的认识,促使岩石力学迅速地发展,反映了千千万万从事工     

第三讲 岩石力学中的测试技术

一、岩石力学测试技术的内容与方法在解决与采矿工程有关的许多岩石力学问题时,需要知道一些必要的岩石工程特性数据和相关关系,这就要求在现场或在试验室条件下进行某些测量和试验工作。这些测试工作有着丰富的内容和繁多的项目。在本讲中,我们只着重介绍哪些与采矿工程关系最密切和技术上较为适用的测试技术,并且只限于有关岩石变形特性和强度特性方面的测试技术。一般地说,测试工作的内容可以概括为如下三个部分:1.变形特性方面,测定岩石的变形模数、弹性模数、剪切模数、泊桑比、弹性抗力系数和     

执著的追求──记青年采煤专家张玉卓研究员

张玉卓同志1982年毕业于山东矿业学院矿山测量专业，1985年和1988年在煤炭科学研究总院和〕搞科技大学采矿工程专业分别获得硕士和博士学位，1996年晋升为研究员，并出任煤炭科学研究总院副院长。张玉卓还兼任中国煤炭学会理事、国际岩石力学学会会员、全国青联委员、中央国家机关青联常委、中央国家机关科研院所青年联谊会执行主席等职务。张玉卓主要从事煤矿岩石力学和特殊采煤工艺的研究，他超越了传统数学、力学理论，创造性地把模糊子集理论全面引入到矿山岩石力学领域，建立了煤矿岩石力学模糊系统理论，形成了非确定论矿山岩石力学这…     

基于虚拟现实技术的岩石力学数值计算与三维可视化

随着计算机技术的不断发展,虚拟现实技术与岩石力学数值模拟在采矿工程中均得到了广泛应用。一方面,作为一个综合展示平台,虚拟现实系统可以将矿山的生产进度、采矿方法、人员设备等信息综合集成处理并进行实时显示,但其缺乏围岩的应力场、位移场等安全性相关的数据资料;另一方面,岩石力学数值模拟方法虽然可以计算获得围岩的安全性信息,但是其后处理的显示功能偏弱。因此,虚拟现实技术与岩石力学数值模拟方法在功能与效果上各具优势、互补性强。以新城金矿为例,综合运用2种技术手段,并最终达到优势互补的效果。研究内容对有条件应用虚拟现实技术与岩石力学数值模拟技术的矿山有重要的借鉴意义。     

矿山岩石力学发展的趋势及特点

矿山生产建设主要在地下岩体中进行。由于矿山生产的特殊性，矿山岩石力学也有许多不同于其他力学分支的特点。譬如，它的力学性能与金属材料的力学性能相比，存在明显的差异。这些差异构成了岩石力学有别于其它力学的特殊内容。人们研究金属材料力学性质的目的，主要是为了更好地利用金属材料来作承受荷载的构件，而不致发生结构的失稳和破坏。岩石则不然。它除了在工程结构中象金属材料一样能充当承载体（如隧道、矿井等地下工程），在采矿工程中，更多地则是将岩石（岩体）当作破碎工作的对象。如果说一般固体力学的背景是用材料建立起一…     

第三届中国岩石力学青少年科技夏令营圆满结束

<正> 由中国岩石力学与工程学会组织,金川分会主办的第二届中国岩石力学青少年科技夏令营于1991年7月31日在镍都金昌开营,于8月9日在万里长城最西端的嘉峪关闭营。来自北京、辽宁、河北、河南、山西、四川、湖北、江苏、广西及甘肃的100名青少年代表,在辅导员和工作人员的精心组织下参加了为期10天的夏令营。本届夏令营将科学性、知识性、实践性和革命传统教育等融为一体来开展活动的。营员们聆听了金川镍矿开发中的岩石力学应用;沙漠的形成与治理;古丝绸之路及西路军革命传统教育等报告后,参观了金川有色金属公司的采、选、冶生产主流程。重点参观了地下采矿工程和露天矿边坡工程及岩石力学研究手段、方法、设备、仪器等,从而加     

数值模拟在地下煤矿开采岩石力学问题中的应用

随着计算机软、硬件的飞速发展,数值模拟工具在各种尺度上模拟物理现象的能力及相关的计算能力都取得了重大进展。在岩石力学领域,数值模拟方法已经被广泛应用于评估复杂岩体的力学响应、研究岩体变形和破坏机理等方面,成为岩石工程和采矿工程领域常用甚至必备的手段。探讨了采用数值模拟分析解决地下煤矿开采中典型的岩石力学问题时应注意的关键问题,包括数值模拟方法的选择、煤岩体力学参数的确定、本构模型的选取、巷道围岩破坏机理分析、蠕变及冲击地压的时间因素及采空区顶板覆岩周期性垮塌,以期为地下煤炭开采研究人员提供参考。     

保持矿山大型地下峒室稳定性的一些经验

随着我国冶金矿山的迅速发展,采矿工程中的大型地下峒室越来越多,如何合理和经济地保证地下峒室的稳定性,这是很有现实意义的研究课题。在某些采矿工程中,往往将这类问题只看作与所谓“地压活动”有关,偏重于只从支护或采取补救措施的角度上来解决。实际上,从岩石力学的观点来看,上述措施并不是     

深井开采岩体破坏机理吸工程控制方法综述

深井开采在我国今后矿山开采中所占的比例将逐步加大,其岩石力学和地压活动规律的研究对深井矿山的建设具有重要意义。本文简要介绍了深井井岩石力学与地压显现的特点,以及国内外在深井开采岩体破坏机理和工程控制方法方面的主要研究成果。     

安庆铜矿岩体稳定性的工程地质研究

矿床开采时岩体的自然平衡状态被破坏，形式和程度各异的工程地质问题会随之发生，影响矿山的安全生产，为查明安庆铜矿采区的工程地质条件，评价其岩体稳定性，在收集和事理原有资料的基础上，对１＾＃矿体回采区段的岩体工程地质条件进行了详细的调查。并应用有关力学理论和方法划分了工程地质岩组和岩体结构的类型，对岩体的稳定性进行了质量评估，系统地论证了采区的岩体工程地质条件。     

Reviving the mission of rock mechanics teaching in mining and civil engineering

The subject of teaching rock mechanics is nearly completely absent from rock mechanics journals as well as from national and international symposia. At all ISRM Congresses, since 1964, there has never been a theme or even a session devoted to the teaching of rock mechanics. In the halls of academia, mining and civil engineering professors very seldom discuss the pedagogic issues associated with their main mission: education. The subjects prevailing in professional discussions are research, writing papers and attending meetings. The author performed a study involving mining and civil engineering undergraduate programs in the U.S.A. and Europe, and concluded that rock mechanics teaching is out of date with the educational issues of today, that the material taught is infrequently updated, that the teaching techniques have hardly changed, that little attention is paid to engineering design in rock mechanics while sophisticated computer analyses and laboratory testing predominate. Rock mechanics is seldom a required course at the undergraduate level and is mostly taught at a graduate level as an elective. It is thus not surprising that industry is not convinced of the value of rock mechanics in practice. Recommendations are made about what steps should be taken urgently to salvage the subject we care about so much and to bring renewed devotion to the teaching of rock mechanics.     

潘谢矿区采动岩体裂隙发育高度的研究

在分析淮南潘谢矿区覆岩工程地质岩组特征的基础上，建立了采动岩体力学计算模型，分析了巨厚松散强含水层下煤层在不同采高条件下采动岩体裂隙的演化规律，得出在不同采厚时采动裂隙发育高度最大74m．利用最小二乘法原理对采动岩体裂隙发育高度的实测数据进行拟合计算，得出潘谢矿区垮落带、导水断裂带高度的理论计算式．     

建筑荷载作用下采空区顶板岩梁稳定性分析

为了给煤矿塌陷区土地的治理利用提供理论依据,对建筑荷载作用下采空区顶板岩梁的稳定性进行了分析研究。采空区顶板岩梁突变失稳过程是比较典型的偏离平衡态的非线性过程,将浅部开采老采空断裂的顶板岩梁概化为三铰拱式力学结构模型。通过力学分析,建立了顶板岩梁力学系统的总势能方程,利用突变理论,构建了采空区顶板岩梁失稳的尖点突变模型,获得了采空区顶板岩梁突变失稳的条件,并通过工程算例进行了分析和验证。研究结果表明,煤矿塌陷区地基的稳定性不仅与采动岩体受地面建筑荷载的影响程度有关,也与老采空区顶板岩层的稳定性有关。采空区顶板岩梁在地表建筑荷载扰动下,若满足稳定的条件,则顶板岩梁回转后仍然处于稳定平衡状态。否则,采空区顶板岩梁将发生突变失稳。     

采矿岩石多尺度破坏力学

采动复杂应力环境下围岩的多尺度破坏行为是诱发煤矿灾害的一个根本因素.本文系统总结了团队十多年来在岩石宏细观破坏力学、巷道围岩控制及岩层移动等采矿岩石多尺度破坏力学的研究进展.在岩石力学室内实验尺度方面,利用带加载装置的SEM高温试验系统研究了热力耦合作用下岩石细观裂纹的萌生、扩展和断裂全过程,揭示了细观断裂机制;研究了...     

Analysis on activation laws caused by coal mining in fault footwall and its criterion

The system research aimed at activation laws caused by coal mining in fault footwall based on the rock strata mechanics theory in this paper. According to the three-belt characteristics of overlying strata above mined-out area, the fault activation effect was divided into the following three periods: the initial activation, the excessive activation and the ultimate activation. Corresponding activation criterion was also deduced by the mechanics theory. Results of engineering example and numerical analysis show that the activation criterion can reflect the activation laws of fault caused by coal mining.     

基于“下三带”理论的底板隔水层破坏机理研究

为了进一步认识采煤工作面底板岩溶水突出机理,基于底板下三带理论和岩体极限平衡理论,采用力学和数学相结合的方法,探讨在采动影响下煤层底板隔水层破坏的机理,得出了底板隔水层破坏的临界水压力公式和底板突水的判断依据,并通过工程实例验证了上述结论。