巷道围岩应力壳力学特征与工程实践

综合采用数值模拟、理论分析和现场观测,深入研究了巷道围岩力学特征及其对围岩稳定性的影响规律。研究发现,巷道开挖后围岩存在连续包络的高应力束组成的应力壳,巷道处于应力壳内的低应力区,巷道围岩矿压显现受控于应力壳的存在及其空间演化;巷道围岩应力壳的空间分布对巷道围岩稳定性有关键性影响,且存在"稳定"和"非稳定"两种形态,维护巷道围岩稳定性的实质是保证巷道围岩应力壳形态的稳定;通过科学的巷道布置和有效的支护手段"控制围岩最小变形",优化围岩应力壳形态是保证巷道围岩稳定性的关键所在。研究和工程实践均表明:巷道轴向与最大水平主应力方向平行时易维护,在于巷道围岩中易形成稳定态应力壳;两者垂直时巷道难于维护,在于巷道围岩中易形成非稳定态应力壳。揭示了最大水平主应力方向对巷道围岩稳定性影响的内在力学本质。     

露天坑废石尾砂混排边坡稳定性研究

金属矿山尾砂出产率很高,合理利用尾砂材料是一项艰巨的任务。利用尾砂干堆充填露天坑可实现无尾矿外排。利用软件SLOPE/W极限平衡法原理,模拟废石、尾砂混合排放的边坡,以得出边坡稳定系数较为合理的边坡形式。分别从水平和倾斜混合排放中各材料排放厚度和坡度的不同,来分析合理的废石、尾矿砂堆放方案。得出结论：废石、尾矿砂分层混合堆放的边坡稳定性高于相同情况下单一废石或单一尾砂堆放的边坡;边坡坡角在35°~45°较为合理,且废石和尾矿砂堆放的理想厚度比为4∶1。采取多传感器与无线传输技术进行边坡稳定性监测,并设定预警值,为利用露天坑排尾提供了保障。     

地下采场的稳定性设计

对于需要维护采场围岩的地下采矿方法来说,在设计阶段判定采场的稳定性是十分重要的。本文从研究采场围岩的能量平衡出发,提出了用计算采场体积缩小率作为地下采场稳定性设计的方法,并给出了应用实例。     

大型地下采空区稳定可靠性分析建模方法探讨

把地下矿山因开采而形成的大型采空区改建为尾矿库,是处理采空区的有效方法。在把采空区改建为尾矿库前,需要对空区围岩进行稳定可靠性评价。但空区围岩稳定可靠性评价不能采用普通结构的模型。本文分别从围岩系统和围岩地表环境出发,对它的建模方法进行了探讨。     

爱普铁矿巷道围岩稳定性评价

应用RMR分析了岩石的稳定性,同时应用普氏理论对巷道围岩坚固性进行运算,最后运用phase2有限元分析模拟巷道周围应力的分布情况,结合以上三者得出的结果进行比较,得出爱普铁矿巷道稳定性的综合评价,并对巷道维护提出了合理的建议。结果表明,合理的巷道围岩压力分析和模拟,能够正确地反映围岩的分布特征,对今后预测评价巷道稳定有着重要作用。     

基于高强吸能锚杆支护的煤柱合理留设尺寸研究

了提高煤炭回采效率、实现正常回采和顺利完成工作面安全接替的生产要求,针对经纺煤业3-508综放工作面25m煤柱尺寸进行优化,自主设计研发了高强稳阻吸能锚杆,并对其力学特性进行了试验研究,提出了高强稳阻支护方案,通过FLAC3D模拟不同支护方案和不同煤柱尺寸下的巷道围岩垂直应力变化、塑性区分布规律和巷道变形差异对比得出结论。研究表明：与经纺煤业现有支护方案对比,采用新型高强稳阻吸能锚杆支护技术可以提高巷道围岩的稳定性,将原有25m煤柱尺寸缩减为5～10m,减少了煤炭资源的浪费。研究结果可以为经纺煤业留设合理煤柱尺寸和巷道稳定性控制提供指导意见和科学依据。     

煤巷锚杆支护设计中的围岩地质力学评估方法

在分析原岩应力对巷道围岩的影响基础上,介绍了岩石力学参数的获取方法,在岩体基本质量分级和回采巷道围岩稳定性分类的基础上,提出了一种新的巷道围岩岩体工程质量级别划分方案及参数确定,针对锚杆支护巷道特点,按一定方法将反映岩体整体特性相应的地质力学参数归结为一个统一指标,即“岩体工程质量指标”,并对其进行分级,并与地应力一起作为数值模拟分析的基本地质力学指标,为进行数值模拟分析提供了比较科学的地质力学参数。     

普得铁矿残矿回采时岩体稳定性综合评价

使用RMR岩体分类和Q系统分类分析普得铁矿的整体稳定性,并用三维计算机数值模拟残矿回采过程中的应力分布情况。将以上三者得出的结果进行比较,得出普得铁矿残矿回采时岩体稳定性的综合评价,并对采场下一步生产回采做出合理建议。分析结果表明,RMR和Q系统分类所得出的结论与普得铁矿实际开采稳定性情况相吻合。将以上2种评价方法与有限元数值模拟方法相结合,可以更准确地分析岩体的稳定性,对今后预测评价岩体稳定性工作发挥重要作用。     

样条权函数神经网络算法在超前锚杆加固方式中的应用研究

针对BP神经网络算法存在局部极小问题、收敛对初值敏感问题及收敛速度慢问题,首次采用了一种新的神经网络算法,即样条函数神经网络算法,在破碎带工程围岩稳定性影响因素分析的基础上,来研究在破碎带工程围岩超前锚杆加固方式的优选问题。研究表明,超前锚杆拱部的支护参数在间距为0.4~0.6 m,排距为0.4~0.5 m,外插角10°~20°,锚杆直径在20~22 mm的效果最佳。由此来研究锚杆超前支护的参数设置及如何提高岩体的稳固性,为破碎带岩层施工安全和局部强化支护提供理论依据。     

深部巷道锚杆支护参数优化设计

针对深部巷道复杂的应力环境和多变的围岩性质 ,对深部巷道围岩的稳定特征进行了数值模拟分析 ,为深部巷道锚杆支护提供了理论依据 ,并对锚杆支护参数进行了优化设计 ,确保了深部巷道支护的最优化和长期稳定     

大规模采场开采稳定性模拟预测与实测验证

针对某地下金属矿山采场采用大直径深孔分步爆破开采的实际, 为了掌握采场围岩稳定性情况, 运用二维有限元模拟软件Phase²对采场回采过程进行了分步数值模拟, 分析采场的稳定性, 对采场可能发生冒落或垮塌处进行预测。运用空区三维激光探测系统(CMS)对采场进行了现场探测, 以CMS实测数据为基础生成采空区三维模型, 提取采空区二维实际边界与数值模拟的结果进行对比分析, 进而实现对采场稳定性模拟预测结果的实测验证。实践表明, 实测结果与预测结果基本一致, 验证了这种模拟预测方法的可靠性和有效性。该方法能有效地预计到大规模采场开采稳定性情况, 并据此进一步改进大爆破回采工艺, 从而实现安全、高效率开采。     

下部煤层跨采大巷围岩动态控制技术研究

针对某矿-115大巷下部煤层跨采条件下围岩稳定性维护的技术难点,分析了该大巷的动态控制原理,通过实验室相似材料模拟。研究了下部煤层开采引起的岩层运动规律及其对-115大巷造成的影响．-115大巷的原支护不能保持其稳定性,但通过采用必要的加强支护措施后,大巷的稳定性得到了保证．在此基础上。提出相应的大巷加固原则和关键技术,并利用FLAC软件优化确定了合理的大巷加固参数,且对大巷加固后的围岩状况进行了预测．井下工业性试验达到了预期效果,提高了煤炭采出率,保证了矿井产量,社会经济效益显著．     

锚杆支护对巷道围岩稳定性的影响

锚杆支护是一种有效的巷道支户方式。文章分析了围岩与巷道支护之间的相互作用关系,提出了锚杆支护回采巷道的技术方案。通过有限元软件Midas/GTS对锚杆支护效果进行了三维模拟,分析了不同锚杆长度对于围岩稳定性的影响。     

露天边坡在爆破作用下损伤特征的试验研究

分析了露天台阶爆破对后部保留岩体造成的损伤特征,采用爆破前后保留岩体的声速、接收波频谱及每米岩芯上的可见裂纹数来衡量爆破对岩体造成的损伤程度及范围．研究表明。为了维护边坡的稳定,应重点考虑损伤“重灾区”内岩体的稳定性．     

急斜近距煤层联合开采三维数值模拟研究

为研究急斜近距煤层联合开采中围岩的稳定性,通过三维数值模拟,对碱沟煤矿联合开采的B19和B20煤层采后围岩的应力场和位移场进行了研究.研究结果表明:联合开采时采场围岩顶板方向引起的位移、应力变化要比在底板显著,但并不会引起围岩破坏运动范围的急剧增加,联合开采可成为解决急斜近距煤层开采困难的有效途径.研究为乌鲁木齐矿区赋存的大量急斜近距煤层的有效开采提供了科学依据,同时对其它具有类似开采条件的煤层的开采也具有一定的借鉴意义.     

隧道围岩稳定性数值模拟研究现状与发展方向

由于隧道所处的特殊地质环境，如埋藏深、地应力高、温度高、渗透压高，存在各种节理、裂隙等不连续面等，这些因素对隧道围岩稳定性有重要的影响。与隧道围岩稳定性分析的解析方法和物理模拟实验方法相比，数值模拟分析方法精度高，具有良好的适应性、通用性和灵活性，已成为解决岩土工程问题有效的工具之一。文中介绍了有限元、边界元、离散元等数值模拟分析方法在隧道围岩稳定性中的应用情况，并指出了在数值模拟方面存在的问题。最后对隧道围岩稳定性数值模拟方法的未来发展方向进行了探讨。     

Memory effects in rocks (review)

Conclusion The given review indicates that both in our country and abroad an active scientific search is being carried out in the area of memory effects of rocks. The results obtained confirm the prospects of using these effects in geocontrol, mainly for solving problems related to evaluating the space—time dynamics of the stress—strain state of rocks and to obtaining quantitative estimates of stresses in the mass.At the same time, it follows from an analysis of the material presented that the degree of study of various memory effects is different and decreases in accordance with the order of their examination in the present review.The absolute majority of works have an experimental character. Attempts at a theoretical interpretation of the observed effects are single and at present have not permitted creating physicomathematical models adequately explaining their nature and mechanisms.The regularities of memory effects under conditions of triaxial unequal-component loading of rocks are virtually unstudied. Furthermore, there are no unequivocal answers to questions: about the characteristics of manifestations of memory properties in rocks of various genetic groups and deposits; about the effect on these manifestations of the regimes of the initial (natural) action and secondary action directed at extracting the information contained in the memory; about the limiting (maximum and minimum) levels of thermodynamic actions which are still remembered by the rock; about the time of preservation of memory as a function of the level of noise effects of various physical nature, etc.The search for answers to these question today is hampered by the absence of unified method approaches in investigations of memory effects, without which a correct comparison and generalization of their results is impossible.The authors are grateful to Yu. M. Kartashov and L. L. Panas'yan for offering certain materials used in the present work.Translated from Fiziko-Tekhnicheskie Problemy Razrabotki Poleznykh Iskopaemykh, No. 5, pp. 57–69, September–October, 1994.     

基于微裂纹演化的岩石蠕变损伤与破裂过程的数值模拟

传统的岩石唯像蠕变模型忽略了岩石内在细观结构的时效损伤演化机制,无法从深层次上揭示复杂工程条件下岩石蠕变特性和时效破裂机理。基于连续介质力学理论,提出了一种表征真实岩石介质的宏-细观双尺度概念模型;依据细观尺度下微裂纹瞬时扩展和亚临界扩展的物理机制,运用损伤力学与断裂力学理论,建立了基于微裂纹演化的岩石细观蠕变损伤本构方程及破裂准则;采用Matlab软件编程将该细观模型嵌入到Comsol宏观有限元模型中,实现了一种能够模拟岩石蠕变损伤与破裂演化全过程的数值方法。在此基础上,利用建立的数值方法对双轴压缩条件下岩石蠕变过程进行了数值模拟,模拟结果很好地表征了岩石典型的3阶段蠕变特征,并以一种物理真实、可视化的方式深入地揭示了岩石从细观时效损伤演化至宏观破裂的全过程。     

煤层气储层煤岩性质及其对煤层气开发的影响研究

本文以山西晋城3#煤层的煤样为研究对象,对煤岩化学成分、煤储层裂缝特征、煤岩密度、阳离子交换容量、煤岩吸水性、煤岩对液体吸着量和煤岩分散性进行研究,系统分析了煤岩性质对煤层井壁稳定和储层损害的影响。分析表明,煤层气储层煤岩煤化程度较低,裂缝发育并被粘土等矿物充填,有较强的吸水性,当钻井液滤液进入煤层后,会导致胶结物的溶解和裂缝的扩张,使煤岩强度显著下降;裂缝中粘土矿物的水化膨胀会引起储层渗透率的下降,在钻井施工当中应采用适当的技术措施,尽量避免因为煤岩化学性质而造成的不利影响。     

磁西煤矿深部高应力巷道变形破坏机理及控制技术

磁西煤矿-890 m进风行人大巷工程地质条件较差、水平构造应力大、自承能力低,现已发生严重变形破坏。为有效控制巷道围岩变形,保证其稳定性,通过对不同屈服准则条件下深部高应力巷道变形破坏进行弹塑性分析,确定适合工程实际的屈服准则,并基于FLAC3D结合巷道围岩岩性成分分析、力学性质测试结果,对不同支护方案中的支护结构、支护参数进行对比优化,提出以锚杆、锚索为核心的锚网索喷联合支护方案。在巷道开挖后进行矿压监测,进一步验证支护方案的可靠性,并获取巷道围岩开挖后的变化特征。工程实践表明,采用锚网索喷联合支护技术对提高深部高应力巷道整体性与稳定性具有较显著效果,围岩受力、变形更趋稳定,为保证煤矿的长期安全稳定提供了有力的技术支持。