应力波扰动诱发冲击矿压数值模拟研究

采用非连续离散元软件UDEC,对应力波扰动诱发冲击矿压形成发生全过程、巷道埋深H及扰动应力强度P,max对围岩稳定性的影响进行了有效的数值模拟,得到了巷道围岩在应力波扰动过程中响应速率、响应变形及岩体破损范围大小,以及发生冲击矿压的临界深度和临界扰动应力强度值.结果表明:扰动应力波是引起围岩裂隙延伸贯通,继而诱发冲击矿压的重要因素;围岩埋深条件及扰动应力波的强度决定了巷道围岩裂隙发展影响区域及形态,并最终影响到冲击地压发生与否.研究结果对揭示煤矿冲击矿压的诱发机理具有重要意义.     

基于Hoek-Brown参数确定方法的多煤层开采工作面 矿压显现规律模拟研究

结合宁东矿区任家庄矿的生产实例,利用基于Hoek-Brown强度准则确定煤、岩体力学参数的方法,运用FLAC 3D软件模拟分析了任家庄矿3号和5号煤层开采中的矿压显现规律,并根据现场工作面巷道围岩应力和表面收敛监测结果,对比分析了数值模拟结果的准确性。研究发现：基于Hoek-Brown经验强度准则所确定的煤、岩体力学参数与标准煤岩样的实验室测定值有明显差异,两者间并非简单折减关系,而与岩体结构特点、完整岩石强度和开挖影响等因素有关。现场多煤层开采中矿压显现规律的实测与数值模拟结果的比对,进一步验证了基于Hoek-Brown准则确定煤、岩体力学参数的有效性和合理性。     

深部巷道群高静载低扰动冲击矿压发生机制及防治技术

针对深部巷道群高静载低扰动下突发性冲击矿压的难题,以某煤矿一盘区大巷为工程背景,通过力学分析和数值模拟研究了深部巷道群高静载低扰动诱发冲击矿压的发生机制。结果表明：大巷之间相互影响,导致巷道间煤柱区域应力叠加,高能量积聚在巷道顶底板内;巷道围岩蠕变使得围岩的长期强度降低,引起诱发冲击矿压的临界应力值降低,进而高静载水平下较小的动载扰动即可使叠加应力达到岩体承载极限,在能量达到岩体破坏的最小所需能量时,岩石产生自发性破坏,破坏后巷道围岩系统中的弹性余能转化为动能,造成巷道群冲击矿压发生。根据一盘区巷道群应力和能量分布区域和集中程度,采用大直径钻孔卸压和爆破卸压措施后,降低了应力和能量集中水平,卸压效果明显。     

综放工作面及其围岩宏观应力壳力学特征

采用大型非线性三维计算机数值模拟、实验室相似材料模拟对综放工作面围岩应力分布进行了深入研究,发现综放工作面围岩存在高应力束组成的宏观应力壳,应力壳位于采场四周未采煤岩体和弯曲带内,其形态随工作面推进采场结构的变化而改变.应力壳承担并传递上覆岩体荷载和压力,是最主要的承载体,应力壳拱脚处应力形成采场四周围岩支承压力.砌体梁结构位于宏观应力壳下的减压带内,砌体梁仅承担壳体下岩层部分荷载.综放工作面主要力学特征是位于上覆围岩宏观应力壳保护下的低应力区内,这正是综放工作面矿压显现趋于缓和的根本原因.基于对应力壳体的发现和开展的一系列分析,揭示了综放采场顶煤“垫层”作用的力学本质.     

构造应力区软岩巷道围岩变形与控制

构造应力区软岩巷道在原岩应力、工程应力、构造水平应力等作用下,围岩具有复杂变形力学机制,矿压显现为持续塑性变形破坏。通过建立围岩变形破坏的力学模型,对构造应力区软岩变形破坏特征、力学机制、应力转移过程模式进行理论研究分析计算,提出了支护控制准则,为软岩巷道控制提供了依据。     

构造应力区软岩巷道围岩变形与控制

构造应力区软岩巷道在原岩应力、工程应力、构造水平应力等作用下，围岩具有复杂变形力学机制，矿压显现为持续塑性变形破坏。通过建立围岩变形破坏的力学模型，对构造应力区软岩变形破坏特征、力学机制、应力转移过程模式进行理论研究分析计算，提出了支护控制准则，为软岩巷道控制提供了依据。     

超前集中应力分布与矿山地下工程的矿压显现

本文论述了矿山超前集中应力的分布规律与矿山地下工程的矿压显现。较系统地研完了回采工作面底板的垂直、水平附加应力场和底板岩体的应力状态,得出了相应的计算公式和底板垂直、水平应力升高区、极限平衡区的范围与深度。在此基础上,研完了受超前集中应力影响的矿山地下工程的围岩位移、应力、压力、支护结构与参数的选择、井巷的合理布置等,得出了基本计算公式与结论。这对认识矿山压力分布规律和矿山地下工程的设计、施工,提高技术经济效果,有一定的现实意义。     

采场围岩应力壳力学特征的岩性效应

应用计算机数值模拟结合现场实测,对软岩、中硬岩和硬岩采场围岩应力壳力学特征的岩性效应进行了分析和研究。研究表明：岩性变化对应力壳力学特征有显著影响,随岩性增强,应力壳高度降低,且由拱形壳向扁平壳转变;壳体内最大应力峰值和高应力集中范围逐渐增大并向工作面上隅角近场围岩和煤柱逼近,冲击性失稳的动力灾害危险性增大。岩性不同,工作面围岩的主要承载力系亦不同,软岩工作面最主要承载力系是围岩应力壳;中硬岩工作面,上覆岩层荷载由围岩应力壳和基本顶承载岩层共同承担;硬岩工作面,围岩应力壳与基本顶承载岩层重合在一起。随岩性增强,工作面围岩破坏场、位移场的分布范围和强度均减小。因此,根据工作面围岩固有的力学属性采取相应的措施,通过改善采场围岩应力分布,对缓和矿压显现实现安全开采有积极作用。     

深井采准巷道支护技术可行性分析

该文介绍了孙村矿深井高应力煤岩层开掘后围岩变化对巷道支护的受力变化状况 ,通过对 2 42 1运输巷支护情况的矿压观测和结果分析 ,总结出深井高应力区域巷道开掘变形的特点 ,有针对性地提出相关对策。     

基于FLAC~(3D)多矿房同采围岩的稳定性研究

矿体开采将引起周围岩体应力的重新分布,当二次应力大于岩体的强度,将使岩体破坏,导致地压灾害。地压灾害的发生还与岩性、采场结构参数及回采顺序有关,不同的回采顺序具有不同的地压显现规律。运用数值模拟软件FLAC3D,对某矿进行了多矿房同采条件下的围岩稳定性分析,取得了良好的模拟效果。     

剪应力对巷道破坏影响的研究

根据岩石破坏的库仑-莫尔强度准则,分析了巷道围岩的剪应力分布规律及其导致岩体破坏的机理.研究表明:在巷道围岩内存在一个应力剪切带,剪切带内具有较大的主应力差值,该区域岩体有发生破坏的趋势.剪切带是围岩应力状态的过渡区域,它使围岩从单向、双向应力状态过渡到稳定的三向应力状态.巷道支护的原则就是控制剪切带的发展.在锚杆支护设计中,若锚杆主要起悬吊作用,而锚杆的锚固区若处于剪切带内,那么对围岩的支护将是不可靠的.     

万年矿巷道围岩松动圈的检测与支护优化探讨

为了获得万年矿回采巷道围岩松动圈参数,现场采用多点应力法测试巷道围岩松动圈。通过对万年矿13278回采巷道矿压的动态监测,分析巷道围岩内部应力动态变化规律,得到了巷道围岩松动圈的分布情况,进而对万年矿回采巷道的优化支护提供理论依据     

深井高地压坚硬顶板采场围岩特性的数值模拟

深井高地压坚硬顶板采场矿压显现与围岩控制问题更加突出,分析煤壁、顶板、底板的应力状态与变形破坏特征,对深井高地压坚硬顶板采场围岩控制具有重要的意义．本文采用AN—SYS6．1数值模拟软件,模拟分析了不同采深条件下煤层和顶底板应力状态的变化特征,通过比较得到了支承压力、煤壁破碎区、煤壁变形、直接顶及底板应力等的变化特征,初步研究了深井高地压坚硬顶板采场围岩特性．结果表明,深井条件下围岩的受力情况更加复杂,围岩更容易出现应力集中,这提高了工作面的支护难度．     

非对称连拱隧道不同开挖方案的比较分析

根据某高速公路非对称连拱隧道衬砌结构形式, 针对地表平、地表顺倾斜和地表逆倾斜等地表倾斜情况建立了相应的有限元分析模型, 选取围岩稳定性、衬砌安全性和偏压情况等反映隧道稳定性的性能指标, 采用数值模拟方法综合分析了不同地表倾斜情况下不同开挖方案对隧道稳定性的影响。结果表明, 地表倾斜状况显著影响非对称连拱隧道围岩和衬砌的受力和变形情况, 非对称连拱隧道地表平时应采用先大洞后小洞的开挖方案, 地表倾斜时必须综合考虑地表倾斜情况和大小洞的跨度差异, 才能合理确定开挖方案。非对称连拱隧道隧洞开挖时, 先开挖一侧的围岩应力释放会引起另一侧未开挖岩体的竖向应力增大, 导致另一侧岩体开挖时释放的荷载也相应增大, 使后开挖一侧隧洞的围岩位移和应力增大;开挖过程中应使左右洞的应力释放量尽量接近, 降低最终拱顶沉降和拱顶围压拉应力, 确保隧道围岩稳定及衬砌结构安全。     

深立井围岩稳定性分析

文章目的在于揭示超深立井岩石开挖后，井帮围岩在地应力重新分布情况下的应力变化情况，然后利用围岩的强度准则和变形标准来分析围岩的稳定性，进而为是否采用临时支护提供理论依据。文章的理论分析过程，应用了弹性力学中轴对称理论、应力集中原理和库仑-纳维尔强度准则。本文的研究成果，可作为基岩段井壁结构设计的依据和快速掘进方案制定的基础。     

深竖井围岩变形破坏规律及控制技术

随着浅部资源消耗殆尽,越来越多的矿山逐渐步入深采阶段,同时,深部围岩控制问题逐渐突显,亟需开展深井围岩控制技术研究,为深井开采地压控制提供理论和技术支撑。以某深竖井工程实际情况为 工程背景,运用FLAC3D数值分析软件,开展了不同地应力条件下竖井围岩变形破坏数值分析研究。在此基础上,通过高应力竖井围岩控制技术优选,开展了不同卸压孔布置条件下高应力围岩钻孔卸压技术研究,并进 行了现场试验。结果表明：随着原岩水平主应力差的增加,竖井围岩中塑性区范围逐渐扩大,首先向最小主应力方向发展,逐渐呈现为“X”形塑性区;在剪切塑性区范围外的最大水平主应力方向施工卸压钻孔,能将 围岩应力峰值向深部转移,降低井壁及围岩的收敛位移。通过工程应用,井壁位移总量小于2 mm,位移速率远小于预警阈值,井壁处于健康状态,并存有一定的安全余量。研究反映出,所采用的柔性初支+现浇混凝土 井壁支护配合钻孔卸压技术能有效保障高应力条件下井壁的安全性和稳定性,应用效果较好。     

富水厚砾石层斜井围岩破坏机理试验研究(Ⅱ)

以新疆伊犁一矿为工程背景,设计了物理模型试验内容,建立了富水厚砾石层斜井围岩破坏机理模型试验方法。实现了加载作用下富水裸巷围岩破坏过程的试验模拟,并结合模型试验结果对围岩破坏过程中围岩压力、位移和孔隙水压力变化规律进行了分析。研究结果表明,在富水砾石层斜井开挖过程中,井筒围岩塌方破坏从拱顶开始,并逐渐向上发展;井筒开挖过程中,围岩应力总体呈下降趋势变化,围岩破坏过程中,拱顶和两帮垂直、水平应力均呈减小趋势变化,但底板和底角水平应力呈增加趋势变化;拱顶围岩位移变化量大于侧帮位移量,底板位移量最小;孔隙水压最大时,拱顶发生冒落,渗水是导致井筒围岩最终破坏的主要因素。     

渗流作用下非均匀应力场巷道围岩稳定性分析

将巷道围岩视为多孔介质,考虑地下水渗流作用的影响,应用弹塑性理论,分析了非均匀应力场圆形巷道围岩的力学性态,推导出了非均匀应力场下圆形巷道弹塑性的解析解,基于Mo-hr-Coulumb强度准则,得出了渗流作用下巷道围岩的塑性区边界线方程,并通过具体实例,对比分析了当λ=0.5时渗流作用对应力场的径向应力与切向应力在巷道两帮和顶底板的分布情况。研究表明,考虑渗流作用,对应力场的影响作用更为显著。     

基于统一强度理论的非均匀应力场圆形巷道围岩塑性区分析

基于统一强度理论，推导出非均匀应力场的巷道围岩塑性区边界线方程式，可用于预测不同侧压系数时地下深埋隧洞的塑性区大小及形状.当不同程度地考虑中间主应力的影响时，围岩塑性区形状和大小有较大不同，且随水平应力与垂直应力差异性的增大，这种影响趋于明显.     

深部岩巷在动力扰动下的破坏机理分析

结合某巷道工程实例,利用新开发的动态版岩石破裂过程分析系统RFPA2D分析了动力扰动对深部岩巷破坏过程的影响,从细观角度分析了不同深度或受不同静压力的岩石巷道在动力扰动下的破坏规律.结果表明,对于不同埋深的巷道,所受应力状态不同,则所处稳定状态也不同.当巷道埋深较小时,处于较稳定状态;当巷道埋深较大时,越来越接近临界稳定状态,较小的扰动便可以导致裂纹的大规模瞬时动力扩展,诱发巷道的失稳破坏,并伴随着应变能的高速释放.深部巷道所受静压较大,在动力扰动下比浅部巷道更易发生失稳破坏.