不同侧压巷道塑性区变异性特征模拟分析

侧压系数λ对巷道围岩稳定影响较大,在不同侧压系数作用下开挖巷道围岩的破坏区形态和范围均不同。应用数值模拟方法,分析了不同侧压系数条件下埋深分别为400 m和800m圆形巷道塑性区分布特征,并提出了相应的巷道支护对策。结果表明:λ=1时,巷道围岩塑性区为圆形;λ>1时,巷道围岩塑性区为竖椭圆形;λ<1时,巷道围岩塑性区为横椭圆形;λ>1时巷道支护应以控制顶底板为主,λ<1时巷道支护应以控制两帮为主;相同侧压时埋深越大巷道围岩塑性区范围越大,但增长幅度与埋深呈非线性关系。     

不同地应力下的地下硐室动态特征分析

采用FLAC3D对地震动荷载作用下不同地应力状态的地下岩体硐室的动态特性进行了初步分析。分析结果表明,地震荷载作用下,硐室位移随地应力侧压系数的增加明显减小,地应力侧压系数λ<1时的硐室位移量值随侧压系数的变化幅度明显大于地应力侧压系数λ>1时的情况;当侧压系数λ<1,随剪切波入射角的变化,硐室测量点位移响应先增加后减小;而当侧压系数λ>1,随剪切波入射角的增加,硐室测点位移先减小后增加,同时随地应力侧压系数的增加有减小的趋势。     

巷道围岩破碎区分布特征及其影响因素的数值模拟

基于圆形巷道经典松动圈解析解进一步推导了破碎区范围的分布特征,分析了围岩破碎区与巷道断面、侧压系数、埋深等因素的关系,评价了围岩稳定性。研究结果表明:巷道断面形态对围岩破碎区范围的影响较小;侧压系数<1.0时,巷道的两侧易发生失稳破坏;在侧压系数等于1.0时,巷道围岩破碎区分布最为均匀,巷道处于相对稳定的状态;侧压系数>1.0时,巷道顶底板处则较巷道两侧易发生失稳破坏;围岩破碎区范围随着埋深的增加而增大,在埋深为1 500 m时,巷道围岩达到了极限强度,从而认为巷道开挖存在一个极限埋深。     

基于正交试验的软弱煤层巷道变形影响因素研究

为探究巷道埋深、侧压系数、巷道断面高宽比对软弱煤层巷道变形影响的显著性大小,设计正交试验,通过对FLAC3D数值模拟结果计算分析得到结论:(1)埋深对巷帮移近量和顶板下沉量起主要影响作用,侧压系数次之,巷道高宽比影响作用相对较小;(2)随埋深增加,软弱煤层巷道变形量增加趋势最为陡峭,侧压系数与巷道高宽比影响趋势相对平缓,巷道变形量随侧压系数增加而增加,随巷道高宽比增加而降低。     

六边形进路开采围岩稳定性的多因素影响分析

针对大屯锡矿进入深部开采后巷道围岩稳定性差的问题,为了保证矿山安全高效开采,本文采用数值模拟的方法分析了采场埋深、六边形矿房跨高比和侧压系数对围岩稳定性的影响。研究表明：（1）各影响因素对围岩的位移和应力均有影响,且各影响因素之间存在显著的交互作用;（2）采场埋深和侧压系数对采场围岩位移的影响较跨高比更加显著;（3）六边形矿房宽度大于高度时,两帮应力呈线性增长,跨高比对围岩应力的影响大于采场埋深和侧压系数。据此,当确定采场埋深和侧压系数后,改变六边形矿房的尺寸可以提高围岩的稳定性,研究结果对开采设计具有一定的参考价值。     

大断面Y型拱形巷道交叉点稳定性数值分析

针对Y型交叉点围岩稳定性控制方面的问题,运用FLAC3D软件,采用S-B建模方法对不同的交叉角度、埋深、围岩强度、侧压系数以及开挖顺序等影响因素进行数值模拟分析。结果表明,与交叉点角度和侧压系数相比,埋深、围岩强度、开挖顺序对Y型交叉点的影响更为显著。且埋深和围岩强度对交叉点稳定性的影响均存在1个拐点,当参数大于拐点时均会产生较大的破坏。而侧压系数对交叉点的影响主要体现在对交叉点塑性区域大小的影响,虽无规律,但是波动范围不大。     

不同侧压系数下的马蹄形洞室岩爆过程模拟

利用 RFPA2D模拟了硬脆性岩体中马蹄形洞室的岩爆过程,再现了由于侧压系数不同,导致洞室岩爆破坏位置有所不同。当λ=1/2时,岩爆破坏主要表现为两帮破坏;当λ=1时,岩爆破坏主要表现为拱顶;当λ=2时,岩爆破坏主要表现为拱顶和两帮的破坏。     

侧压系数及埋深对巷道围岩应力分布的影响

运用FLAC3D数值模拟软件,分别对埋深600、800、1 000 m和侧压系数0.5、1、1.5情况下煤层底板岩巷顶底板和两帮的垂直、剪切应力分布规律进行了模拟分析。结果表明:随着侧压系数的增加,巷道帮部围岩垂直应力呈递减状态,剪切应力、顶底板围岩垂直应力呈增大趋势;随着煤层埋深的增加,巷道围岩垂直、剪切应力集中区范围不断增大,峰值点位置逐渐向巷道围岩深部移动。研究结果对巷道合理支护选择具有指导意义。     

型钢混凝土结构在破碎围岩洞室支护中的应用

以五轮山井田浅埋斜井为工程背景,分析了浅埋强风化洞室围岩变形机理,并将U型钢混凝土组合结构应用于浅埋强风化地下洞室支护设计中,提出了U型钢混凝土组合结构受弯承载力计算方法;同时考虑围岩荷载、卡缆预紧力和支架缩动等3个因素对U型钢可缩性支架内力的影响,对支架内力进行了计算。计算结果表明:U型钢混凝土组合结构可大大减小拱圈的厚度,有效增加地下洞室的净空间。     

巷道底板软弱夹层厚度对底鼓影响的模拟分析

地层中软弱夹层对地下工程的稳定具有重要的影响,为研究巷道底板中软弱夹层在不同应力场环境下对巷道底鼓的影响,通过理论分析、数值模拟方法,分析了不同厚度夹层在不同埋深和不同侧压系数条件下巷道底板变形特征、底板岩层破坏规律及其对底鼓发生的影响。研究结果表明:浅埋深条件下巷道底鼓与夹层厚度、侧压系数呈正相关;中等埋深条件下巷道底鼓与较薄夹层、侧压系数呈正相关,而巷道底鼓量与较厚夹层、侧压系数呈先正相关后负相关;深埋条件下巷道底鼓与夹层厚度、侧压系数呈先正相关后负相关;浅埋深条件下软弱夹层及中等埋深条件下的较薄软弱夹层在巷道底鼓中起到弱化底板岩体的作用,中等埋深条件下较厚软弱夹层及深埋条件下软弱夹层在巷道底鼓中起到吸能和阻隔应力释放的作用;弱化底板岩体条件底鼓控制采用加固的方法,吸能和阻隔应力释放条件底鼓控制采用浅部岩体加固、深部岩体卸压的方法。     

深埋隧道围岩稳定影响因素的敏感性分析

选取隧道洞径、埋藏深度、岩层倾角、板砂岩的厚度比和侧压系数等5个典型因素,通过正交试验法进行设计,利用3DEC数值模拟分析,得到了各个因素对隧道围岩稳定的影响规律。侧压系数是影响最显著因素,岩层倾角是影响最小因素。随着洞径的增加,衬砌最大位移和最大应力也相应增加;当洞径大于9 m时,洞径对衬砌位移的影响作用开始加剧。当埋深在500~700 m时,埋深对衬砌位移与应力的影响最显著。随板砂岩比例的增加,衬砌位移和应力总体呈减小趋势。侧压系数为1.0时,衬砌最大位移和最大应力最小;侧压系数大于1.5时,最大位移和最大应力随侧压系数增加而急剧增加。     

不同耦合系数条件下岩石损伤特性的研究

在预裂爆破中,采用合理的空气比和不耦合系数能有效控制爆炸荷载对岩体的破坏。利用Autodyn有限元动力分析软件,研究预裂爆破中空气间隔不耦合装药产生的爆炸荷载对岩石的损伤特性和孔壁冲击波峰值的变化规律。通过改变装药空气比,分析空气间隔装药产生的爆炸冲击波沿孔壁的压力分布,以及间隔装药时不耦合系数对孔壁冲击波峰值和应力波传播的影响。结果表明:连续装药条件下,爆破近区的压力峰值高于岩石动态抗压强度,离炮孔越远应力波衰减的越慢;在空气间隔装药条件下,岩石的损伤深度随空气比的增大而减小,孔内空气柱周围的岩石破坏不明显;在间隔不耦合装药时,不耦合系数越大,冲击荷载的强度越低,孔壁的损伤半径也越小。     

冻融作用下德尔尼铜矿边坡滑坡的演化机制

以德尔尼铜矿北帮边坡滑坡为研究对象,选取岩性、抗压强度、含水率、风化程度、冻结温度以及冻融次数为冻融作用影响因素,以不同冻融时间周期海量点荷载试验数据为真实值,应用混沌神经网络对冻融作用下岩体的物理力学性质进行分析研究,并通过反演分析、稳定性计算进行验证;以冻融作用对岩体强度的劣化及水冰相变引起的岩体裂隙扩展为切入点,结合滑坡体空间形态信息、爆破卸荷作用、上覆岩层压力导致的非均匀变形,分析冻融作用下滑坡的演化机制。结果表明:冻融作用下滑坡的演化机制主要在于岩体强度的劣化、水冰相变过程对岩体裂隙扩张的影响以及爆破卸荷的加剧作用。     

大采高工作面覆岩空间结构变化矿压显现规律研究

为研究工作面回采过程中，在经历不同的采空边界条件下，工作面不同覆岩空间结构变化及对矿压显现的影响，基于理论计算、微震监测、应力在线监测等方法，对母杜柴登煤矿30202工作面回采期间所形成的不同覆岩结构类型进行分析，得到不同覆岩空间结构下强矿压显现特征及危险区分布规律。研究结果表明：30202工作面回采过程中，先后经历“一面为自身采空区，三面为实体煤”到“两面为采空区，两面为实体煤”的边界条件，其覆岩空间结构相应的会经历“O”型、“O-S”型到“S”型覆岩结构转换和稳定的过程。工作面在“一面采空”条件下，回采过程中发生强矿压的危险性较小|工作面在经历“一面采空”到“两面采空”边界条件转变过程中，其临近已采工作面采空区侧及其端头煤发生强矿压的危险性较上一阶段明显增加|在“两面采空”条件下，本工作面高位岩层与相邻采空区上覆未回转下沉的高位岩梁容易产生连动，形成高位、跨度大的岩梁失稳，使得30202工作面回风巷侧在叠加应力影响下容易发生强矿压。研究结果可为工作面在不同开采条件下采场矿压特征分析、顶板控制和巷道支护设计提供一定借鉴。     

基于ABAQUS数值模拟的采区巷道断面形状优化研究

 选取矩形、梯形、直墙半圆拱形、圆弧拱形、三心拱形、直墙半圆加反拱形6种常用采区巷道断面形状进行数值模拟分析,研究不同巷道断面形状开挖后位移分布,分析表明直墙半圆拱形巷道变形量最小,且加设反拱后对于减少底臌量效果明显。选取矩形和直墙半圆拱形断面作为代表断面,分析不同埋深H及侧压力系数λ对采区巷道变形特征、围岩应力影响。在此类围岩条件下,当采区巷道埋深小于400 m、侧压力系数小于1.6时,矩形巷道和直墙半圆拱形巷道围岩变形量差距较小,此时可以选择矩形巷道断面以满足经济性要求。     

矿震扰动巷道帮部卸压区域锚索加固研究及应用

为研究动载扰动巷道帮部补打锚索对巷道围岩控制及冲击地压防治的效果,以某矿孤岛工作面矿震扰动巷道为研究对象,采用有限差分数值计算软件FLAC,研究了动静载力作用下常规锚杆支护和补打帮部锚索加强支护方式对巷道围岩的控制效果.研究结果表明:矿震扰动的参与使巷道围岩更易发生冲击破坏,围岩稳定状态随矿震能量增加而逐渐劣化;帮部锚...     

大结构连跨凿岩硐室稳定性分析及支护模拟研究

针对司家营南区矿块大结构参数连跨凿岩硐室布置特点,建立了以载荷、跨度、拱失为变量的超静定三铰拱力学模型,并对硐室围岩稳定性进行了计算,提出加宽硐室间柱至3 m,减小硐室跨度至6 m,实施锚网喷联合支护,约束间柱横向变形的加固措施。同时,研究得到锚杆长度为2 m,间排距为1 000 mm×1 000 mm,采用直径为6.5mm的钢筋,网距300 mm×300 mm,喷射混凝土厚度150 mm的锚网喷支护参数。最后,利用FLAC~(3D)对联合支护进行数值模拟,结果表明优化后的硐室结构尺寸经过锚网喷联合支护能够满足承载要求,限制顶板沉降约72.7%。     

地震作用下压力型锚索孔周边岩体应力数值模拟

为了更加精确地研究压力型锚索的锚固机理,通过FLAC3D软件对地震作用下压力型锚索孔周边岩体的动态应力状态进行了数值模拟,研究了地震作用下锚索孔壁周边岩体梯度变化的弹性模量、梯度变化的泊松比、梯度变化的凝聚力、梯度变化的内摩擦角对砂浆受到的压应力和锚索孔周边岩体受到的剪应力的影响。研究结果表明：梯度变化的弹性模量对锚索孔周边岩体受到的剪应力的影响较大,梯度变化的凝聚力、梯度变化的内摩擦角对砂浆受到的压应力和锚索孔周边岩体受到的剪应力的影响都比较大。研究结果丰富了地震作用下压力型锚索锚固机理内容,可供工程界参考。