冲击地压应力状态及卸压治理数值模拟

深部开采中的冲击地压现象与巷道、采场围岩的应力状态密切相关,通过爆破卸压改变围岩的应力状态是最为直接和有效的治理措施．采用FLAC^3D对典型冲击地压巷道的应力状态进行了数值模拟,结果显示由于开挖卸荷作用引起的应力集中区域是冲击地压现象频发的部位．提出了两种孔深10m以及延伸辅助眼浅孔3种卸压治理方案,分别模拟卸压后围岩的应力分布状态,结果表明：3种方案都起到了缓解区域应力集中的效果,但延伸辅助眼浅孔方案卸压效果更明显,且打孔及装药容易,与掘进工作同步,是一种经济有效的治理方案．     

基于PFC~(3D)的新型球磨机数值模拟研究

为探索能够提高球磨机生产效率和延长球磨机研磨寿命的途径,利用PFC3D程序,建立了传统球磨机与变结构球磨机的离散元模型,针对不同转速、不同衬板高度,对磨介运动进行了仿真与分析,确定了辅助结构–旋转档板的位置。通过模拟实验发现,研磨腔内磨球的下落速度由原来的2m/s,增长到了5m/s左右。有效地提高了磨介的冲击力,避免了传统球磨机需要通过改变研磨介质磨粒的质量和滚筒的直径等参数来提高研磨效率的局限性。     

煤岩组合体冲击倾向性的RFPA~(2D)数值模拟

通过对不同岩石组成的煤岩体在不同煤岩高度比例和不同组成倾角条件下的数值模拟,探讨不同因素对煤岩体冲击倾向性的影响。模拟结果表明,煤岩体中岩石强度越高,试样的强度随着岩石高度比例的增加增长得越快,组合试样的弹性模量也越高。煤岩体的冲击能量指数随着煤岩组合体间角度的增大而减小,并且随着倾角的增加,石灰岩煤组合体和粉砂岩煤组合体峰后塑性变形明显。     

煤－岩组合体冲击倾向性三维数值试验分析

运用FLAC3D对河南某矿的煤－岩组合体冲击倾向性进行三维数值试验研究,分别通过改变煤－岩体高度比例（1∶1、1∶2、2∶1）和夹角（0、30°、45°）来进行模拟,分析煤－岩体不同的组合模式对冲击倾向性的影响。三维数值试验结果表明：岩石高度所占比例越大,煤－岩体的冲击能量指数越大,弹性能量指数越大,冲击倾向性也就增强;煤岩夹角越大,煤－岩体的冲击能量指数越小,弹性能量指数也越小,冲击倾向性也就减弱。     

围岩-矿柱系统失稳冲击的能量-外力功理论

单位时间内系统释放的能量与外力功之和大于系统所能吸收的能量时,系统就会失稳。出于这一认识,本文采用变分原理对围岩-矿柱系统的稳定性问题作了分析,得到矿柱失稳冲击准则和矿柱亚稳态软化准则。由于考虑了外力功要素,本文准则可以较好地描述围岩-矿柱系统的一些行为,其中包括围岩刚度大于矿柱刚度时也会发生的冲击地压现象。文中的亚稳态软化准则可以为伺服控制试验机原理提供理论依据。     

条带开采合理采留宽确定的FLAC3D 数值模拟研究

简述了FLAC3D数值模拟的基本原理、特点和应用于分析采矿工程岩体受采动影响发生破坏稳定情况的优势。用FLAC3D软件建立了某煤矿不同采宽条带开采的模型,得到了稳定后剖面位移场图。根据数据,描绘了条带开采地表移动曲线并进行了分析。从而确定了地表变形在Ⅰ级破坏范围内的合理采留宽度,为研究条带开采地表移动规律和“三下”压煤条带开采设计提供了依据。     

冷冲击作用下干热岩井井筒裂纹扩展数值模拟研究

干热岩（HDR）是一种清洁可再生能源,主要通过增强型地热系统（EGS）进行开发。在EGS工程中,无论是注入井还是生产井的建设都需要采用地热钻井技术,而高温高压钻井过程中地层破裂、井壁坍塌等现象是干热岩钻井施工面临的重要问题。在温差作用下,岩石的矿物颗粒由于其热膨胀、冷收缩特性的差异性,矿物颗粒之间产生温度应力,导致岩体发生热破裂。本文借助RFPA数值模拟软件,对干热岩开采过程中井筒花岗岩冷冲击作用下的裂纹扩展进行研究。结果表明：井筒模型在冷冲击过程中,岩石表面拉应力随着冷冲击时间的增加,先升高至峰值后缓慢下降。裂纹扩展可以大致分为前、中、后期。冷冲击前期,井筒周围出现环形拉应力区,开始出现均匀的微小裂纹。冷冲击中期,随着时间的增加,拉应力区逐渐向井筒外围扩展,裂纹随着拉应力区向外扩展。冷冲击后期,拉应力大小逐渐降低直至小于模型抗拉强度,裂纹扩展速度减缓直至停止扩展。围压、井径、温度对井筒围岩冷冲击时的破坏损伤效果影响显著,其中,温度对冷冲击裂纹扩展起到促进作用,围压对冷冲击裂纹扩展起到抑制作用,井径对冷冲击裂纹扩展起到促进作用。     

采动效应下煤层底板变形破坏数值模拟

通过分析黄陵二矿2煤层地质条件,在获取力学参数的基础上,以203工作面开采为工程背景,利用FLAC~(3D)模拟软件,结合软件本身内嵌的FISH语言操作指控,对黄陵二矿203工作面底板进行数值模拟。结果表明:随着回采工作面的不断推进,回采工作面两端的煤壁处出现应力集中现象,应力集中系数最大达2.16。底板变形随着距离底板深度的增加而逐渐降低,最大变形量达2.1 m;煤层底板最大破坏深度位于回采面两端位置处为21 m,与经验公式对比误差在0.8%~2%之间,且与203瓦斯异常涌出点垂深位置相吻合,说明模拟结果相对真实可靠。     

采动效应下煤层底板变形破坏数值模拟北大核心

通过分析黄陵二矿2煤层地质条件,在获取力学参数的基础上,以203工作面开采为工程背景,利用FLAC^(3D)模拟软件,结合软件本身内嵌的FISH语言操作指控,对黄陵二矿203工作面底板进行数值模拟。结果表明:随着回采工作面的不断推进,回采工作面两端的煤壁处出现应力集中现象,应力集中系数最大达2.16。底板变形随着距离底板深度的增加而逐渐降低,最大变形量达2.1 m;煤层底板最大破坏深度位于回采面两端位置处为21 m,与经验公式对比误差在0.8%~2%之间,且与203瓦斯异常涌出点垂深位置相吻合,说明模拟结果相对真实可靠。     

基于PFC~(3D)的综放工作面裂隙场演化规律数值模拟

为了研究深部强冲击地压煤层综放工作面裂隙场演化规律。以滕东煤矿3下煤层地质情况为例,通过经验公式法确立得到了煤层细观参数,并运用PFC3D软件建立了煤层颗粒流模型,实现了对综放采空区孔隙率变化规律与煤柱裂隙发育情况的模拟研究。结果表明:工作面的回采作业影响了煤层、岩层中孔隙率的变化,当工作面推进至15 m时,煤层、岩层的局部孔隙率出现增大,而当回采距离达到90 m时,工作面前方煤层孔隙率依然可达0.98,上覆岩层裂隙不断发育;在两工作面回采期间,煤柱裂隙以不同的速度增长,并最终达到最大值。     

网格对潜孔锤钻头球齿冲击过程数值模拟的影响

潜孔锤钻头冲击钻进的过程是一个高度非线性、大变形、破坏的过程。对这一复杂过程的研究，目前主要是利用实验方法。应用非线性显式三维有限元求解程序LS—DYNA3D，采用与岩石性质较接近的混凝土模型，对潜孔锤钻头硬质合金球齿冲击混凝土板的过程进行了仿真计算，讨论了不同网格尺寸对冲击力、冲击速度及破碎坑深度的影响等。     

大直径潜孔锤冲击能量传递模拟试验研究

通过大量的试验研究发现，影响大直径潜孔锤冲击能量传递的因素可归纳为：冲锤与钻头体质量比；冲锤与钻头体直径比；钻压大小等，这一规律的发现使潜孔锤与钻头达到了合理的级配，提高了能量利用率，从而提高了潜孔锤使用效果。     

爆炸作用下混凝土板破坏数值模拟

利用有限元计算软件LS-DYNA建立板状结构介质破坏的三维模型,并用LS-DYNA970软件的求解器和后处理器对板状结构介质在爆炸作用下的破坏过程进行了数值模拟。通过数值模拟,再现了炸药爆炸后,冲击波的传播过程以及板状介质的变形过程,分析了爆破动载作用下板状结构介质破坏情况。     

复杂采空区稳定性数值模拟分析

为研究复杂采空区的稳定性,在前期现场调查、现场原岩应力测定、室内力学试验及岩体力学参数工程处理的研究基础上,应用现代仿真技术与计算机数值模拟技术,采用FLAC3D方法对龙桥铁矿空区形成过程及采空区稳定性进行模拟计算和预测分析,研究表明:采空区形成后,空区四周各角隅处首先达到极限剪切破坏状态,随着采空区的增大,角隅处破坏区域逐步延深扩大,顶板中央拉应力分布逐渐明显,最终变为拉应力破坏;采场周边围岩位移最大,往外距离开挖边界越远,围岩位移就越小,且采场上盘围岩位移比下盘围岩要大得多,围岩移动方向均指向采空区;在采场顶板以上形成围岩移动位移等值拱;采空区顶顶中央点下沉量最大,向空区侧面急剧降低,空区以外点的下沉量变化较小,且距空区越远下沉量越小;采空区一半高度的水平断面上围岩以垂直向下位移为主.     

工作面老顶来压步距的数值模拟

为了对老顶来压步距进行预测,以工作面为原型建立数值计算模型,分别模拟不同推进距离对老顶初次来压步距和周期来压步距的影响,得出采动过程中老顶的初次来压步距和周期来压步距。运用数值模拟方法,可以较为全面地揭示采动条件下老顶变形破坏特征及破坏范围,有利于选择和优化设计方案,同时减少试验时间,提高矿井的经济效益与社会效益。     

束状孔爆破作用数值模拟研究

束状孔当量球形药包爆破技术是大直径深孔采矿法的一个发展和延伸,与传统的单孔相比,能提高炸药能量利用率,改善爆破效果。本文采用ANSYS LS-DYNA软件模拟束状孔和等效单孔爆破作用过程,证实了束状孔在爆破近区过粉碎程度低,中远区能量较单孔大,整体爆破效果比单孔好。     

矸石充填体压缩率对充填效果影响的数值模拟

为了分析矸石充填体压缩率的变化对矸石充填开采覆岩破坏规律的影响,利用FLAC3D数值模拟软件对兖州某一矿区的矸石充填开采进行数值模拟,结果表明：矸石充填开采地表移动变形规律和薄煤层垮落法开采类似;矸石充填体压缩率越小,地表沉陷控制效果越好;矸石压缩率增加时,地表的下沉极值、水平移动极值、倾斜极值及水平变形极值分别呈线性增大;覆岩破坏高度和矸石充填体压缩率成正线性相关。     

千米立井排水系统停泵水锤数值模拟

唐口矿是一个设计年产300万t的大型煤矿,其主排水系统采用一次排全高方式排水,排水高度超过千米。当由于事故造成突然停泵时,将会产生很大的水锤压力,对井下排水设备、排水管路及其管件产生很大的破坏。因此有必要对千米立井排水系统停泵水锤进行数值模拟,为停泵水锤防护提供理论依据。     

冲击器缸体强度的有限元分析

冲击器缸体是冲击器的重要组成部分，由于其工作情况和受力非常复杂，用常规的方法无法对其进行准确的受力分析。运用ANSYS有限元软件对YSC-178型射流冲击器的缸体进行了应力应变分析，得出了与实际情况相符合的分析结果，说明应用有限无法可以以对钻探机具的各部件进行准确的受力分析，并进而可以指手和优化设计。     

空隙率对潜孔锤凿岩瞬态冲击过程的影响

潜孔锤的钻进过程是一个高度非线性、大变形、破碎岩石的过程,利用非线性有限元程序ANSYS/LS-DY-NA研究了在凿岩过程中,球齿凿入不同空隙率(塑性体积应变)岩石的冲击力特性。结果表明,岩石空隙率对钻头球齿与岩石之间的凿入冲击力幅值有很大影响,随着空隙率的增大,球齿凿入的冲击力显著减小,而对活塞与钻头间冲击力幅值影响甚微。通过ANSYS/LS-DYNA瞬态冲击数值模拟,形象地再现了潜孔锤钻凿系统冲击岩石发生侵入破坏的物理过程,为冲击碎岩瞬态研究提供了一个有效的分析方法。