杭嘉湖地区地面沉降特征及沉降量预测方法比较

地面沉降在杭嘉湖平原地区普遍存在,通过对地面沉降特征分析,提出最终沉降量拟合估算的方法,并与传统估算方法进行比较,更好地解决该地区工程建设过程中的预留标高等问题。     

榆神府矿区双煤层开采覆岩破坏及地面沉降特征研究北大核心

为研究双煤层开采条件下浅埋煤层覆岩破坏特征及地表沉降规律,以榆神府矿区典型浅埋煤层地质条件为基础,采用数值模拟方法,分析了6种不同工况下双煤层开采时覆岩破坏与地表沉降特征,并用物理相似模拟实验加以验证。结果表明:浅埋煤层覆岩破坏方式为全厚切落,留煤柱开采时隔水层中采动破坏呈现“泥盖效应”,不留煤柱开采时采空区两侧形成离层裂隙发育区,裂隙沿采空区两侧上方呈约45°发展;煤层开采时地表呈台阶式下沉,随着工作面推进,地表沉降中心不断前移,隔水层重量对地面沉降的影响逐渐减小,煤层厚度与地表沉降值呈正相关性;煤层开采过程中存在应力集中现象,上覆岩层中垂直应力沿煤层开采方向依次出现应力集中区、应力卸压区和应力集中区。     

基于三维有限差分法的矿井全空间TEM响应特征研究

选用磁偶极源为初始激发源,以无源麦克斯韦微分方程组为基础,采用显式差分方程推导了含低阻异常体的均匀全空间下的瞬变电磁场的三维时域有限差分形式,在改进的非均匀网格模型中,验证了数值模拟的准确性。模拟计算了全空间瞬变电磁场的传播以及不同距离和厚度的含导水断层的响应特征,简要分析特征规律。结果表明:含导水断层对磁场分布影响较大,瞬变电磁场含导水断层响应的起始时间受距离影响,而响应的时间范围和幅度则由距离和厚度共同影响,为解释全空间TEM含导水断层提供参考。     

大面积堆载作用下滨海吹填软土地基变形特性研究

通过在大面积堆载场地设置地表沉降监测仪器,进行历时3年的现场监测,对大面积堆载作用下滨海吹填软土地基的沉降变形特性进行了分析研究,揭示了大面积堆载作用下软土地基变形特性不同于常规荷载作用下软土地基变形特性的规律,总结了大面积堆载条件下软土地基变形沉降的规律,利用数值计算方法模拟了地基沉降变形规律,分析了地基破坏模式,数值计算结果与现场监测结果有着较好的一致性,在400 k Pa堆载力的作用下,最大沉降值约为1.6 m。     

复杂应力作用下基岩破碎段井壁变形特征及加固技术研究

基于河南大有能源石壕煤矿副井+215~+185 m井筒的实际地质条件,通过现场调研,分析了井筒变形破坏段的破坏特征及破坏原因;借助FLAC3D数值模拟软件,研究了不同锚索预紧力下井筒两侧岩柱内的应力场、位移场及塑性区的分布规律。研究结果表明:在对穿锚索作用下,随着锚索预紧力逐渐增加,岩柱内的垂直应力逐渐增加,塑性区范围逐渐减小,岩柱两侧井壁的水平位移也逐渐减小;对穿锚索的高预紧力作用,能有效提高井壁围岩的自承能力;对锚索进行全长注浆锚固,能有效减少锚索预紧力的后期损失,井壁围岩的稳定性得到增强。井壁围岩变形实测结果较好地验证了本文数值模拟的结果,研究结果对于类似条件下井壁的破裂治理具有重要的指导意义。     

石门揭煤过程中应力与位移演化特征研究

为研究石门揭煤过程中地应力及位移变化,借助FLAC^3D软件开展相应数值模拟,从应力分布、位移变化角度研究石门揭煤过程中煤岩力学响应规律,分析地应力、位移量变化对矿井瓦斯突出灾害的影响,指导该矿石门揭煤防突,进而为类似矿井预防突出事故的发生提供参考。研究结果表明：石门揭煤过程中,工作面应力集中现象与石门掘进距离存在密切联系,即巷道两帮2～8 m易出现应力集中现象,且随距待揭煤层垂距的减小而增大,其中揭煤时应力峰值为23.83 MPa,巷道变形破坏严重;石门揭煤易造成巷道顶底板应力重分布,变形量显著增大,其中距3#煤层垂距为0～5 m时,最大变形量为72.22 cm,易产生顶板垮落及底鼓现象,诱发煤与瓦斯突出事故。     

瓦斯输送管道内细水雾颗粒运动及沉积模拟研究

通过建立瓦斯气体流动模型、细水雾颗粒运动模型,在拉格朗日框架下对细水雾颗粒在瓦斯输送管道内的运动及沉积过程进行追踪。对数值模拟结果分析可知,混合流场在喷嘴两侧分别作顺时针、逆时针运动;细水雾颗粒沉积率在1.5m处达到最大值,在5m以后基本处于稳定状态。通过研究分析,为认识细水雾的运动及沉积规律,解决输送管道内喷嘴安装距离问题提供了一定的理论依据。     

深井矿山高浓度充填料浆自流输送管道磨损研究

为研究深井矿山高浓度充填料浆自流输送管道磨损情况,从速度、动量和能量守恒角度分析了深井矿山自流输送充填料浆运动机理、管道破坏机理和管道磨损机理,得出了充填料浆特性、充填钻孔、管道材质、充填倍线与自流充填管道磨损影响因素之间的关系。通过ANSYS FLUENT三维数值模拟结果和矿山实际管壁监测结果,研究了水平管和弯管的管道易磨损位置,提出了深井矿山自流充填管道降低磨损的技术方法,为矿山深井高浓度自流充填系统的持续、安全、稳定和高效运行提供了重要的技术支持。     

高应力软岩巷道破坏特征及最佳支护技术研究

针对深部软岩巷道的支护问题,通过相似模拟和数值模拟对比分析了巷道分别在无支护、锚网索+钢棚支护以及置孔释压支护下的巷道变形情况。研究结果表明：无支护措施时的巷道变形在所受应力达到10 MPa时最大,巷道围岩的破坏状态也最为严重,顶板及两帮围岩的裂缝发生了贯穿,围岩局部甚至出现了坍塌现象;而在锚网索+刚棚支护作用下的巷道围岩抵抗高压的能力得到了明显提升,其在受力达到20 MPa才开始在巷道周围出现压缩破坏现象;而置孔释压支护下巷道围岩的承压能力得到了大大增强,其在所受应力达到30 MPa时依然可以保证巷道围岩表面的完整,不至于出现明显的裂缝和破坏。因此,置孔释压支护在改善高应力软岩巷道变形方面效果更优。     

石人沟铁矿充填管道布置方案优化研究

以石人沟铁矿管道布置为背景,初步探索了FLUENT计算流体分析软件在充填料浆管道输送中的应用,采用L型管道输送试验参数锁定充填倍线为优化目标,对不同充填倍线方案进行了数值模拟和分析,结果表明:在全尾砂胶结充填料浆浓度为72%,流量为100m3/h条件下,充填倍线6.5为最优管道布置方案。该方法可为国内外其他金属矿山充填管道布置优化提供参考和借鉴。     

非均质冻结壁温度场数值模拟研究

以胡家河主井为实际工程研究对象,对其几何参数、热物理参数进行提取,并限定了初始条件和边界条件,采用有限元软件对其进行了非均匀温度场的数值模拟,获得了胡家河温度场的变化规律,为研究深厚富水基岩非均质冻结壁力学特性提供了参考价值。     

深部高应力硐室群围岩应力分布及破坏特征模拟研究

以潞安集团李村煤矿为研究背景,在地质力学测试的基础上,采用FLAC~(3D)软件对深部高应力条件下硐室群的开挖进行数值模拟研究,分析围岩应力分布和破坏特征。结果表明:硐室群的开挖及相互扰动引起围岩应力集中和变形破坏,最终使得围岩局部失稳,处于亚稳定状态;煤岩体强度提高后,开挖造成的应力集中范围缩小,有效减弱各硐室之间的相互扰动,有利于维护硐室群的稳定性。现场试验表明采用合理的支护及加固技术能有效解决围岩变形控制的难题。     

龙头山矿段采场结构参数及地压控制数值模拟研究

矿山地下开采过程中,顶板控制对采场地压控制有着直接的影响,分析影响采场围岩稳定性关键因素及破坏机理十分必要。为保证龙头山矿段采场安全、高效开采,运用FLAC3D数值模拟软件对该矿段采场结构进行模拟研究,分别模拟研究了该矿段在空场和切顶条件下的采场结构参数。结果表明:龙头山矿段在空场条件下开采,安全隐患较大,顶板容易发生冒落,形成冲击地压。同时提出合理的采场结构参数与地压控制措施,研究成果为矿山开采选择合理的采场结构参数提供依据。     

渗流与应力耦合作用对边坡稳定性影响的数值模拟研究

研究渗流与应力耦合作用对裂隙边坡稳定性的影响具有重要的工程指导意义。对呈现裂隙边坡特征的金堆城钼矿北帮边坡分别在不考虑地下水渗流以及考虑渗流与应力共同作用两种情况下进行的有限元数值模拟研究表明:渗流与应力耦合对边坡稳定性具有直接的削弱作用。     

L型充填管道料浆输送压力损失及优化研究

全尾砂料浆管道输送作业中,料浆管道底部磨损问题比较严重,极大地影响了料浆管道的使用寿命。结合唐山某铁矿全尾砂料浆L型管道充填现状,以L型管道输送压力损失最小为原则进行研究,选择灰砂 比为1∶4、1∶6、1∶8,配比浓度为54%、58%、62%的充填料浆作为试验对象,以3、5、7 m/s为料浆流动速度,采用COMSOL Multiphysics数值模拟软件,基于3D数值模型计算了管道直径为70、80、90、100 mm 4种情 况下的压力损失,分析了压力损失的影响因素并进行了优化研究。结果表明：管道直径越大,45°截面的压力越大,L型管道压力损失与管道直径呈二次多项式函数关系,管道直径减小到70 mm或增大到100 mm,都会 加速L型管道底部的磨损。为延长矿山L型管道服务时间,最大限度减轻管道底部磨损,建议该矿山L型充填料浆输送管道直径取85 mm,料浆流速3 m/s,灰砂比1∶4,质量浓度64%。     

充填料浆自流输送管道磨损机理研究

为解决矿山充填管道磨损严重而影响充填系统的稳定性的技术难题,采用现场调研、理论分析和数字模拟等方法对深井充填管道磨损机理进行了深入研究。研究确定了钻孔管道的主要磨损形式,利用控制变量法定量分析了不同影响因素对管道磨损的影响程度。提出了计算垂直钻孔管道中自由下落段高度的方法,建立了料浆对钻孔入口以及底部直角弯管的冲击力与磨损量的物理力学模型,确定了相关磨损位置的磨损区域大小。从动量、能量以及料浆相变理论等多角度探讨了充填管道的磨损机理,优化了管壁单位面积耗能量的计算式,提出了垂直钻孔自由下落段空气区内气体循环流动概念,并建立气体流动物理模型。     

尾砂胶结充填料浆输送管道阻力及磨损分析模拟研究

采用计算流体动力学数值模拟软件CFD,依据某金矿井下管道实际布置情况,遵循质量、能量以及动量守恒定律,建立了ANSYS三维数值计算模型。设定充填料浆的灰砂比为1∶5和1∶10,充填料浆质量浓度分别为68%、70%、72%,开展了充填输送管路的速度、阻力以及磨损数值模拟试验。结果表明：直管中速度最大处位于管道中心,而弯管中速度最大处位于管道外侧;随着充填料浆质量浓度增大,管道阻力损失也随之变大。当灰砂比为1∶10,充填料浆质量浓度为72%时,管道阻力损失为19.86 MPa;随着流速的增大,冲蚀磨损率也在逐渐增加,尤其当速率大于6 m/s后,冲蚀磨损率急剧增加,并且因为惯性力作用,冲蚀磨损主要发生在管道外侧部分,数值模拟规律与现场实际相符。     

基于ANSYS的朱仙庄煤矿皮带走廊沉降研究

朱仙庄煤矿皮带走廊建于20世纪80年代。由于"五含"疏水对地下水位的影响,皮带走廊可能会发生不均匀沉降,使得建筑物内力发生变化,在结构中产生应力集中,从而导致建筑物变形破坏,严重影响煤矿运输安全。选取皮带走廊中间一段为研究对象,采用ANSYS数值模拟软件,模拟分析4种不同沉降工况下的皮带走廊位移和内力变化规律,并分析研究了不同工况对建筑物静力力学性能的影响,可为皮带走廊应对地基不均匀沉降提供参考。     

管道内瓦斯爆炸传播规律的数值模拟研究

基于燃烧、爆炸及其空气动力学理论,叙述了管道内瓦斯爆炸的数学物理模型,借助流体动力学软件Fluent对均匀充满9.5%浓度瓦斯气体的18m×200mm二维管道进行了数值模拟研究,得到爆炸反应过程中各特征参数的变化情况,并对瓦斯爆炸火焰发展及传播规律进行了分析,可以直观地观察到瓦斯爆炸火焰初期、发展、加速及其后期爆炸结束整个过程的变化情况,为瓦斯爆炸传播过程分析及瓦斯爆炸事故预防和后果分析提供了一定的参考作用.     

高浓度全尾砂料浆管道输送数值模拟研究

高浓度全尾砂胶结充填采矿法在地下黑色金属矿山中应用广泛,高浓度全尾砂胶结充填料浆管道输送技术是研究该采矿方法的重要内容。以吴庄铁矿高浓度全尾砂胶结充填开采为背景,根据该矿山需要达到的充填能力,选择内径为90 mm、113 mm和122 mm的充填管道,采用双精度流体力学软件fluent-2ddp研究高浓度全尾砂料浆在充填管道内的流动状态。根据矿体的赋存状态、矿山生产规模和充填料浆的性质,构建管道输送系统数值模型。设定管道入口和管壁的边界条件,进行料浆输送过程的数值解算,分析解算结果。研究结果表明,与90 mm和122 mm管道输送相比,113 mm管道输送料浆的压力损失和流速最合理;料浆在弯管内侧流速骤增,且显著大于外侧;料浆流速在管道断面上近似抛物线分布,最大流速位于管道中心的上方。