多源多汇采空区瓦斯浓度场数值模拟

运用渗流理论和瓦斯流动弥散方程建立了采空区瓦斯运移数学模型，并结合通风网络解算理论对某矿1307工作面三源二汇采空区瓦斯浓度场进行了数值模拟，分析了多种因素的影响.结果表明：多源多汇采空区瓦斯浓度场比一源一汇复杂，漏风汇位于采空区上层时，瓦斯浓度降低幅度更大；泄排巷相当于漏风汇，具有分流采空区瓦斯的作用，并且其位置离回风巷越近，分流效果越好；模拟结果与实际相符.     

大断面沿空留巷巷旁支护体力学机理和数值模拟

以某矿2714巷大断面沿空留巷为工程背景,采用有限元数值模拟分析了沿空留巷围岩变形特征和塑性区发育情况。首先,通过对不同巷旁支护体宽度下的沿空留巷进行数值模拟分析,得出巷旁支护体宽度对于围岩变形以及塑性区范围的影响呈正比关系;然后,通过合理的确定巷旁支护阻力和巷旁支护体的宽度,同时对2714巷支护系统进行数值模拟,模型中将巷旁支护体中的柔性垫层设置为弹性体进行模拟,模拟结果中顶部位移量与现场实测值相匹配,同时分析了巷旁支护体中对拉锚杆受力规律。     

煤柱与充填体耦合作用力学机理研究

建立了煤矿充填巷采中煤柱与充填体耦合作用的力学模型,应用R its法解出了煤柱与充填体耦合作用的弹性解,分析了在充填与不充填情况下煤柱宽度对煤柱位移的影响,得到了煤柱最大水平位移随煤柱宽度及充填体的弹性模量的变化规律。应用Burger流变模型,求出了煤柱与充填体耦合作用的粘弹性解,分析得到了煤柱最大水平位移随时间的变化规律,以及煤柱最大水平位移随着充填体弹性模量及煤柱宽度的变化规律,可为充填巷采工程设计和研究提供参考。     

回采工作面中间巷围岩稳定性研究

采用理论分析和数值模拟方法,研究了中间巷受采动影响下应力场、位移场及塑性区分布特征。分析了不同时步下中间巷及工作面塑性区分布规律、中间巷应力场分布特征及顶底板位移响应。研究结果表明:中间巷周围煤岩体支承压力与沿空巷道和中间巷所夹煤体的宽度成反比,且随着中间巷与沿空巷道的夹角的变化而变化。中间巷在45°时巷道顶底板变形量最小,135°时帮部峰值应力集中系数最小。模拟塑性区结果显示,工作面实体煤以剪切破坏为主,而煤柱则以拉伸破坏为主。2种不同状态的塑性区体积在150°时最小,但与135°相差不大。结合理论及数值模拟分析,中间巷应以135°为最优角度。     

柔模混凝土沿空留巷回采位移应力数值模拟分析研究

为了对沿空留巷柔模混凝土墙体的具体实施情况及其在工作面所受的力学情况进行分析，本次模拟采用FLAC^3D软件，以E2311工作面为工程背景构建矿体及地层模型，针对该工作面细节进行一定的优化，模拟出该工作面回采时沿空留巷和支护以及布置柔模混凝土墙体的过程，并对模拟回采过程中的位移破坏及应力进行分析。数值模拟为循环回采与沿空留巷对上覆围岩扰动强度及变形下沉提供了一定的技术指导价值和理论借鉴意义。     

采动裂隙场瓦斯运移规律分析

为了研究采动裂隙场瓦斯运移规律,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,理论分析了采动裂隙场中瓦斯涌出规律以及采动裂隙场中瓦斯运移数学模型,然后建立了“U型+走向高抽巷”通风模型,采用COMSOL软件数值模拟了“U型+走向高抽巷”通风下采空区纵向剖面、水平剖面瓦斯浓度分布以及采场瓦斯三维空间分布。研究得出,通过“U型+走向高抽巷”的布置,瓦斯抽采效果良好,为瓦斯抽采提供了借鉴。     

急倾斜煤层沿空留巷支护技术

采用UDEC数值模拟软件,对某矿5采区58上右三片运输平巷在掘进和回采期间巷道围岩的应力场、破坏场、位移场等变化特征进行了分析,并结合现场实际情况通过实践证明了在留巷期间采用加强支护和补强支护措施能够确保沿空留巷成功。     

软岩巷道的粘弹性流变分析

依据轴对称巷道的基本方程和马克斯威尔流变模型稳态蠕变阶段的体积不变与弹性应变率不变条件，分别推导了软岩巷道的线性与非线性粘弹性理论解。     

软岩巷道的粘弹性流变分析

依据轴对称巷道的基本方程和马克斯威尔流变模型稳态蠕变阶段的体积不变与弹性应变率不变条件，分别推导了软岩巷道的线性与非线性粘弹性理论解     

特厚煤层综放沿空留巷巷旁充填体宽度优化

巷旁充填体的合理留设是综放沿空留巷技术成功实施的核心问题。基于综放开采顶板岩层断裂运移规律和关键层理论,建立了综放沿空留巷围岩结构力学模型及充填体合理支护阻力计算公式,结合五阳煤矿回风巷生产技术条件,确定了充填体合理支护阻力。采用数值模拟方法,进一步分析了不同充填宽度下留巷围岩塑性区和位移场变化规律,认为充填体宽度为2.5 m时充填体稳定性较好,现场留巷变形较小可控,效果理想。     

崩落法放矿随机模拟移动概率研究

本文针对崩落法放矿随机模拟放出体畸形、放出量失真等问题,首先剖析了D.Jolley概型移动场,查明了它与实际散体移动场的差异是导致上述问题的根本原因;其次分析了随机模拟放矿的实质,提出移动场相似模拟准则;第三借助于随机介质放矿理论的研究成果,给出了确定模块移动概型的理论方法,使上述问题得以较好解决。     

盘式制动器热结构耦合分析

在盘式制动器图纸的基础上,建立了其三维模型。根据摩擦生热的理论,应用有限元软件Abaqus对制动盘进行了在紧急制动工况下的热结构耦合分析,得到了盘式制动器的温度场和应力场的重要信息。结果表明:在制动开始时,制动盘的温度场及应力场呈非轴对称分布,在制动结束时,制动盘的温度场及应力场接近于轴对称分布。     

块系覆岩中摆型波传播对巷道支护动力响应影响

为研究支护体自身的动力响应规律,通过理论和计算分析岩体中的非线性摆型波传播对巷道支护动力响应的影响,根据摆型波在非连续自应力块系上覆岩体中传播时的支护动力响应模型,研究上覆岩块间的黏弹性性质及岩块破坏对支护动力响应的影响。通过计算分析得出,上覆岩块间弹性下降时,支护的动态受拉和受压幅值随之下降且周期变大;上覆岩块间阻尼增大时,支护的受拉和受压周期不变,但周期内的微扰动逐渐消失且幅值略有下降;上覆岩块沿垂直冲击方向破裂成两个子块时,支护的受拉和受压次数增加。     

采空区顶板破坏机理研究及安全厚度确定

采空区是造成我国矿山灾害事故的重要原因,其顶板安全厚度的确定是一直未能得到很好解决的难题。首先基于薄板理论提出采空区顶板厚度计算新方法,揭示空区顶板安全厚度与顶板几何尺寸及矿石力学特性指标的关系。在得到理论解的基础上,从力学角度分析顶板破坏原因和过程,采用ABAQUS有限元分析软件建立采空区顶板的数值力学分析模型并进行模拟,分析采空区顶板破坏过程和各因素的影响规律。通过数值模拟对采空区顶板进行应力、应变及顶板位移的塑性分析,得到不同顶板厚度、不同采空区跨度等对应力场、位移场的影响规律和采空区顶板安全厚度与采空区跨度的回归曲线及方程。最后通过理论解与数值模拟的比较确定齐大山某空区的顶板安全厚度。     

回采巷道煤层中塑性区分布的数值模拟及分析

利用ADINA对具有巷道典型破坏的邯郸亨健煤矿2201回风巷进行巷道破坏数值模拟，得出了巷道达到稳定状态时，所需要的两帮的约束力。然后利用理论分析公式，根据实地测量数据，计算出巷道达到稳定时所需要的两帮约束力的解析解，并将二者进行了比较分析，得出数值模拟的约束力和位移与理论分析的两帮应力、实地测量的两帮位移的误差在10％以内，为巷道设计与加固提供了新的方法。     

基于黏弹性基支薄板模型的顶板力学分析

老顶力学模型采用薄板模型,根据弹性力学中的最小势能原理,求得基于文克勒弹性地基薄板模型的顶板位移函数。将支撑老顶的直接顶与煤层视为黏弹性基础,基础模型为广义开尔文模型,在弹性地基薄板模型分析结果的基础上,根据“弹性-黏弹性”对应原理,通过拉普拉斯变换法得到了基于黏弹性基支四边固支薄板模型的老顶位移、应力的解析解,为分析顶板稳定性及预测老采空区的地表沉降提供一定的理论依据。     

软岩试件非线性蠕变特征及参数反演

根据深部软岩室内三轴剪切和单试件分级加载蠕变试验结果,采用岩石蠕变力学元件模型和经验本构相结合的方法,获得描述岩石非线性蠕变本构模型。利用现场实测数据对软岩巷道开挖过程进行了参数反演,获得了和试验相一致的软岩本构力学模型参数,反演结果验证了该模型的可行性。     

粘弹性岩体中圆形巷道位移反分析的唯一性研究

为了研究粘弹性岩体位移反分析的唯一性问题，本文根据弹性岩体径向位移推导了粘弹性岩体中符合Maxwell模型的圆形巷道位移解析解，并根据参数可辨识性条件对粘弹性岩体中圆形巷道位移反分析的唯一性进行了研究。结果表明，无论布置多少个测点都不能唯一地反分析出所有的5个参数；必须至少已知2个参数，才有可能唯一地反分析出其他参数；侧压力系数是否为1和地应力是否为0对反分析唯一性有明显的影响；随着已知参数的增多，参数的可辨识性增强；地应力和侧压力系数的可辨识性最好，弹性模量、泊松比和粘滞系数次之。研究结果对于岩体参数的反演计算具有一定的指导意义。     

综放工作面区段煤柱合理宽度的数值模拟研究

为了有效测定厚煤层工作面的煤柱合理宽度,针对1208工作面生产地质条件,采用理论计算和数值模拟相结合的方法,对合理的煤柱宽度进行了研究。通过理论计算,初步确定了区段煤柱留设25 m,运用数值模拟分析了区段煤柱内应力分布规律,在煤柱宽度在15~22 m时,应力值处于“谷底”,且处于弹性区。现场应用表明,巷道顶底板移近量最大为169 mm,两帮移近量最大为383 mm,巷道维护效果好,煤柱稳定。研究成果可为该矿后续的工作面区段煤柱尺寸留设提供借鉴。     

基于相似材料模拟实验平台的坐标框架构建及精度分析

相似材料模拟实验中,科学、快速、准确地获取研究对象的位移场信息是实验的重要环节之一,而构建高精度的局部坐标系是获取目标点位空间信息的基础。基于此,提出了一种实用的高精度的相似材料模拟实验平台坐标框架的构建方法,建立了坐标框架误差模型,得出了坐标框架点位中误差计算公式,并通过设计的现场实验对模型进行了分析和验证。结果表明,量距误差分别随尺长改正值和温度改正值的增加而线性增加。在不同仪器测角精度下,坐标框架点位中误差随尺长改正值和温度的增加都呈现先减小后增大的趋势,都存在极小值,并且随着仪器精度的提高,点位中误差逐渐减小。计算得到坐标框架上两待定点点位中误差理论值分别为±0.633mm、±0.558mm,而通过现场实验和分析计算,对应两点的实际点位中误差分别为±0.409mm、±280mm,实测精度值优于理论计算值。