爆破作用下双层采空区稳定性分析

为了研究不同下层采空区顶板厚度的双层采空区在爆破动荷载作用下的稳定性变化规律,对双层采空区进行了单孔爆破数值模拟试验。分别建立了下层采空区顶板厚度为5 m至12 m的双层采空区模型,分析了双层采空区在爆破作用下的动态响应规律。结果表明:当下层采空区顶板厚度由5 m增大到12 m时,顶板中部水平方向峰值振速由15.30 cm/s递减至9.52 cm/s,最大有效应力由3.8 MPa递减至2.5 MPa,剪切安全系数由1.82增加到2.42,双层采空区下层顶板稳定性增强。     

动荷载下上层采空区跨度对双层采空区稳定性影响分析

为研究台阶爆破作用下上层采空区跨度对双层采空区稳定性的影响规律, 以齐大山铁矿出现的双层采空区为研究背景, 采用LS-DYNA软件建立了双层采空区简化模型, 利用突变理论和强度折减法分析了双层采空区的稳定性。结果表明, 在台阶爆破作用下, 爆炸应力波叠加在双层采空区隔板中部; 上层采空区跨度由20 m增至30 m的过程中, 双层采空区隔板由中部向两侧的节点峰值振速呈现减小的趋势, 中部节点峰值振速最高, 受扰动程度最大, 最易发生破坏; 上层采空区跨度由20 m增大至30 m, 剪切安全系数由1.82增大到2.02, 拉裂安全系数由3.52增大到3.966, 双层采空区隔板的稳定性与上层采空区跨度呈正相关关系。     

采空区爆破振动响应特征分析

为了研究爆破荷载对采空区稳定性的影响,通过对矿山交错采空区的监测,采用数值模拟的方法,建立了不同起爆方式的双层采空区的计算模型,分析了下层采空区的响应特征。研究结果表明:下层采空区应力集中区域向下层采空区顶板右侧偏移集中,增大了下层空区失稳的可能性;下层采空区主要破坏位置位于下层采空区顶板中部,表明反向起爆方式时下层空区稳定性较差。     

采空区对边坡稳定性的数值模拟研究

为了研究采空区对边坡的稳定性影响,对含采空区的边坡进行调查研究,分析采空区顶板的稳定性;利用有限元分析软件建立含不同跨度、位置和双层采空区的边坡模型,采用强度折减法求解边坡的安全系数,并确定最危险滑动面,分析边坡安全系数与三者之间的变化关系。结果表明,对于含不同位置、不同跨度和双层采空区的边坡,安全系数均有不同程度的下降,单采空区最大降幅为10.7%,边坡最可能滑动的位置均是边坡坡顶至坡脚的圆弧面;而双采空区最大降幅为17.9%,边坡最可能滑动的位置是坡顶与采空区上部。该研究成果可为类似采空区边坡的稳定性研究提供参考。     

采空区群稳定性影响因素敏感性分析及其应用

为研究采空区群稳定性各影响因素的主次,以某地下金矿为研究背景,依次推导出矿柱、顶板及采空区群安全系数计算公式,采用正交实验对采空区群稳定性影响因素进行极差分析,获取其敏感性顺序,据此确定采空区群稳定性主控因素,并研究其与安全系数之间的关系及相应的临界值。研究得出采空区群稳定性影响因素敏感性主次顺序为:采空区群顶部—地表距离>矿柱高度>中段数量>顶板厚度>中段矿柱数量>矿柱宽度>顶板纵深>采空区跨度。矿柱宽度是采空区群矿柱失稳的主控因素,矿柱安全系数随矿柱宽度的增加近似呈线性增长,相应的临界宽度为8.4 m;顶板厚度是采空区群顶板失稳的主控因素,顶板安全系数随顶板厚度的增加呈幂函数形式递增且速率逐渐变大,相应的临界厚度为8.7 m;采空区群顶部—地表距离是整个采空区群失稳的主控因素,采空区群安全系数随群顶部—地表距离的增加近似均匀递减,相应的临界距离为124 m。     

多层采空区隔离顶板安全性强度折减法

引入强度折减法研究多层采空区隔离顶板的安全储备。提出多层采空区隔离顶板剪切与拉裂安全系数的双安全系数的概念,以双层椭圆柱采空区隔离顶板为例,研究隔离顶板剪切安全系数与顶板跨度及厚跨比的关系,得出:隔离顶板厚度越大和跨度越小,顶板的剪切安全系数越大;隔离顶板跨度越大,拉裂安全系数越小,隔离顶板厚度对拉裂安全系数的影响不具有强规律性。指出在评价重叠顶板的安全性时应综合考虑顶板厚跨比和顶板跨度两个因素。探讨了剪切安全系数和拉裂安全系数的适用性,得出在不考虑顶板附加载荷的条件下剪切安全系数应该是评价隔离顶板安全性的首选指标,而拉裂安全系数是辅助性评价指标。     

采空区临界安全顶板预测的厚度折减法

借鉴强度折减法计算边坡安全系数的思路,提出采空区安全顶板预测的厚度折减法.不断调整顶板厚度,直到其达到临界破坏状态,此时对应的顶板厚度即为安全顶板厚度.当顶板达到临界状态时,其位移将发生突变,计算不收敛,因此,将静力平衡方程组是否有解、计算是否收敛作为顶板破坏的标准.采用同时考虑拉伸和剪切破坏的Mohr-Coulomb准则,对某一采空区顶板安全厚度进行预测,并对采空区周围的应力和变形进行分析,结果表明：当采空区跨度分别为4,7,10,15,20,25 m时,顶板安全厚度为2.1,5.2,9.2,12.3,16.6,22.9 m;采空区跨度较小时,塑性区范围较小,顶板主要破坏形式为冲切破坏;随着跨度的增大,塑性区面积增加,破坏形式转变为垮落;当顶板发生破坏时,计算的不平衡力无法收敛,位移不断发展,位移最大值区域位于采空区正上部.     

某矿地下采空区对边坡稳定性影响的研究

针对含采空区边坡的稳定性问题,考虑不同跨度采空区及不同厚度边坡保安矿柱对边坡稳定性的影响,基于强度折减法的基本原理,利用FLAC~(3D)软件,分别模拟4种情况(包括20种情形)下的边坡稳定性。通过对比不同跨度采空区和不同厚度边坡保安矿柱的边坡应力、塑性区和安全系数变化情况,分析地下采空区对边坡稳定性的影响规律。分析结果表明:在边坡保安矿柱厚度一定时,采空区跨度越大,边坡稳定性越差;在空区跨度一定时,边坡稳定性性受保安矿柱厚度和采空区与边坡潜在滑动面的相对位置共同影响,保安矿柱厚度变化时,采空区与边坡潜在滑动面的相对位置也相应发生变化,从而导致在一定范围内,随着边坡保安矿柱厚度的增大,边坡安全系数出现先减小后增大的现象。     

车辆荷载作用下露天矿采空区顶板安全厚度研究

采空区的存在对露天矿的安全生产构成极大威胁,而顶板是决定空区稳定性的重要因素。针对弓长岭露天矿已探明采空区进行了顶板安全厚度分析。建立了车辆荷载作用下的采空区顶板的力学模型,推导了顶板的振动方程,获得了其安全厚度计算式。结合弓长岭露天矿采空区实际情况,分析了车速、车质量、顶板厚度和跨度对顶板岩梁动态响应的影响规律,计算了不同顶板抗拉强度、跨度组合和不同车质量时的顶板最小安全厚度值,并据此分析了安全厚度的变化规律,对该矿区的安全生产具有重要意义。结果表明：顶板岩梁中的动弯矩与车速、车质量以及顶板跨度近似呈线性关系,且随顶板厚度增加而减小,顶板厚度越小,动弯矩减小幅度越大;顶板最小安全厚度随其抗拉强度增大而减小,随其跨度、车质量的增大而增大。     

基于弹塑性理论和数值模拟的采空区稳定性分析

为了确保刘家沟铁矿井下作业人员安全,采用弹塑性理论和数值模拟2种手段分析地下采空区稳定性,通过理论分析计算得到顶板出现塑性区的极限跨度为30.28 m,目前形成的Ⅰ~#、Ⅱ~#、Ⅲ~#采空区最大跨度为12.2 m,采空区未出现塑性破坏;利用FLAC3D软件模拟得到,在自然状态下,Ⅰ~#、Ⅱ~#、Ⅲ~#采空区上方地表未发现塑性区及变形,采空区顶板未发现塑性区,但顶板变形量较小,最大仅为4.2 mm,采空区均处于稳定状态,与理论计算结果相互印证。结果对矿山地下采空区治理具有指导意义。     

隧道下伏采空区稳定性及治理方案数值模拟

隧道下伏采空区的潜在危害性评价及其处治技术研究日益受到重视。为治理平朔煤矿东露天矿运输专线隧道下伏采空区,利用FLAC3D对采空区稳定性及治理方案进行了数值模拟分析,得到了隧道下伏采空区在加固前后的受力和变形的特征规律;通过对仰拱厚度及采空区注浆料强度进行敏感性分析,得到了最优的加固措施。数值分析结果表明：在未加固的采空区上开挖隧道,采空区两帮岩土体受到较大的垂直载荷,隧道开挖底板出现了屈服剪切破坏,隧道拱腰及拱顶出现了屈服拉伸破坏,隧道底板最大沉降及不均匀沉降较大;在对采空区充填注浆及隧道底板浇筑仰拱的联合加固措施后,原采空区附近的应力集中区域得到很好释放,隧道底板最大沉降及不均匀沉降量大幅降低,岩土体的整体稳定性提高。     

卢安夏铜矿露天开采下采空区顶板安全厚度研究

地下采空区给露天生产带来了极大的危害,采空区顶板安全厚度的确定是露天生产的重要安全保障。为了研究卢安夏铜矿露天开采下采空区顶板安全厚度,通过对矿山原有采矿技术条件和地质资料的分析及现场实地测量和调查并结合钻孔探测等手段,确定了露天矿下采空区的分布情况。以此分析地下采空区与露天境界空间关系并对露天边坡危险区进行区划,利用理论计算和数值模拟手段对最危险区域的采空区顶板安全厚度进行研究。结果表明:在最危险区域范围内,对不同采空区范围,不同位置的采空区进行模拟结果分析,露天开采的采空区隔离层安全厚度为16m(2个台阶高度),采空区对露天开采的影响较小。     

铁矿山采空区顶板安全厚度数值模拟

介绍了当前空区顶板安全厚度的研究现状,以齐大山铁矿为背景,利用FLAC3D和RFPA软件分别对地下隐伏采空区在载荷作用下的顶板稳定性进行分析,模拟了载荷作用下的顶板安全厚度与跨度之间的关系。计算结果显示:齐大山铁矿顶板的安全厚度与地下空区的跨度近似呈线性关系,实际工程中应以顶板最小厚度1.3倍的安全系数考虑。为推断齐大山铁矿顶板矿柱的安全性提供了理论指导。     

采空区缓冲垫层最小安全厚度分析

为了分析采空区顶部垮落过程对下部结构体的影响,文中以2号矿体采空区为背景展开分析。首先通过建立数值模型计算,确定2号矿体的平衡拱极限垮落跨度为51.38m,冒落拱的高度为12.8m,结果表明,上盘围岩冒落不会通达地表;然后,通过PFC2D模拟软件,建立缓冲垫层分别为14m、16m、18m、20m、22m五种方案进行分析,通过对采空区下部结构体内部裂纹数和结构体受到的冲击力进行监测,对比理论计算结果进行分析,结果表明,当垫层厚度为20m和22m时,下部结构内裂纹数为0,且结构体受到的冲击力小于其所能承受的最大应力(0.525MPa),由此可知2号矿体采空区最小安全垫层厚度为20m,案例对比分析验证了20m缓冲垫层厚度的合理性。     

采空区矿柱——顶板体系灾变的流变力学分析

为研究采空区顶板—矿柱体系的稳定性,并确定其稳定时间,采用Hooke-Kelvin-kelvin模型,运用薄板理论和流变力学理论,建立了采空区顶板—矿柱体系的流变力学模型。以此模型为基础,推导出了采空区顶板沉降的微分方程,并根据顶板边界的破坏条件,求解出了采空区顶板—矿柱体系的稳定时间,并将求解结果与现场实际监测数据进行对比分析,验证了该模型的合理性与可靠性。研究表明:矿柱的流变变形是采空区顶板—矿柱体系失稳的重要原因,该流变力学模型可运用于现场的采空区的稳定时间预测,也可用于指导采空区进行及时有效的支护、充填等工作。     

基于改进梁模型的地下空区顶板安全厚度分析

针对天然水平应力程度对地下采空区的影响,以某地下矿山采空区为工程实例,将地下空区顶板视为改进梁模型,结合岩梁、结构力学和材料力学理论,以顶板岩层抗拉强度为控制条件,推导出地下空区不同跨度下顶板的安全厚度。研究结果表明,顶板安全厚度随空区跨度的增加而增大,近乎呈线性关系。低水平应力时随空区跨度增加对顶板厚度整体影响都较小;当采空区跨度较小时,不同水平应力程度对顶板安全厚度的影响可忽略不计;当空区跨度达到一定程度时,随空区跨度的增加改进梁模型计算的顶板安全厚度增加幅度变大。     

FLAC 3D与RG井下录像系统在复杂采空区处理的应用

结合排山楼金矿空区的复杂现状,应用FLAC^3D建立数值分析模型,运用FISH语言编程使模型地表与矿山实际相拟合,模型充分反映了地表、井下空区的现实状况。并根据空区围岩的位移、应力模拟结果,分析了围岩的稳定性。虽然模型显示应力向着有利于岩石材料高抗压的似拱形发展,但从顶板安全系数较低、间柱应力集中、岩体时间效应、井下开采扰动等方面综合分析,得到空区围岩的稳定只是暂时稳定的结论。所以,空区暴露面积不宜扩大,应立即采用RG井下录像系统对顶板岩体跟踪监测,为生产提供客观依据,实施RG监测强采。     

基于CDEM的采空区稳定性及临界顶板厚度分析

地下隐伏采空区易导致地表塌陷等问题发生,采空区的顶板稳定性关乎到露天开采的安全,确定采空区临界顶板厚度对采空区安全评价具有重要意义。采空区临界顶板厚度的影响因素复杂,与采空区的几何参数及岩体物理力学参数等多种因素相关。通过量纲分析建立无量纲表达式,得到影响临界顶板厚度的无量纲参数。在此基础上,借助CDEM数值计算方法建立数值模型并进行计算分析。建立了二维采空区数值模型,通过改变采空区的几何参数及岩体物理力学参数,计算采空区顶板的安全系数,研究以上因素对采空区稳定性的影响规律,识别影响顶板安全系数的主要影响因素。建立了采空区二维模型和三维模型的计算模型,得到了无量纲表达式中无量纲临界高度与无量纲强度间的关系,采用指数函数进行拟合得到响应的关系表达式。研究表明：弹性模量、泊松比对临界顶板厚度影响不大,采空区高度对临界顶板厚度无影响;黏聚力对采空区安全系数影响最大,采空区跨度、岩体内摩擦角、岩体密度次之;采空区无量纲高度与无量纲强度之间存在指数衰减关系。