李家壕煤矿地下水库人工坝体稳定性研究

针对人工坝体稳定性问题,以李家壕煤矿地下水库为工程背景,基于Drucker-Prager准则对人工坝体所能承载的极限水头值以及易破坏位置进行了分析研究。结果表明:受地下水库储水水压的影响,坝体易在内表面中点以及外表面四边中点处出现DP峰值,且外表面的DP值大于内表面的DP值。外表面底边中点处DP峰值最大,接着是顶边中点处,左右两边中点次之,中心处峰值最小,并且左右两边中点处峰值呈近似对称分布。坝体的外表面底边中点处是最易发生失稳破坏的位置,并进一步计算得出人工坝体所能承载的极限水头值为17.8 m。并得到了Comsol数值模拟以及现场实测数据的验证。     

煤矿地下水库煤柱坝体极限水头值研究

安全煤柱坝体所能承载的极限水头值大小对煤矿地下水库系统安全运行有很大影响。以李家壕煤矿为例,综合运用数值模拟,理论分析研究了水库稳定性与煤柱坝体所能承载的临界水压的关系。二者对于煤柱稳定性的影响相反,最后利用煤柱所能承载的极限水头值与塑性区宽度之间的函数关系对安全煤柱的极限水头值进行了预测。     

煤矿地下水库人工坝体稳定性分析

为了研究煤矿地下水库人工坝体稳定性，对人工坝体修建位置应力环境进行分析，认为煤矿地下水库蓄水后在坝体周围会形成围压环境。利用FLAC3D数值模拟软件建立人工坝体模型，对模型正面施加梯度水压模拟水库水压环境，模拟结果表明：对坝体施加不同围压条件后，人工坝体稳定性与无围压条件下差距明显，施加较低强度的均匀围压和非均匀围压均会提高人工坝体的稳定性，当施加较高水平均匀围压或明显的不均匀围压时会促进人工坝体的破坏。利用理论公式及数值模拟对人工坝体外表面最大位移进行分析，研究发现坝体外表面最大位移与水库储水高度表现出良好的线性关系，当围压水平较低时，坝体外表面变化趋势相差很小，但坝体稳定性差距较大。     

矿井水库煤柱坝体力学性能分析

为研究矿井采空区地下水库煤柱坝体在井下作业环境中的力学性能变化以及变形情况,以李家壕煤矿为研究背景,采用实验室相似模拟和FLAC3D数值模拟的方法,首先,将取自李家壕煤矿3-1煤层的煤样按照ISRM加工成标准试样,试样按照一定时间周期浸水处理,对其进行力学性能分析实验;随后,采用数值模拟技术模拟煤柱坝体的实际作业环境,分析煤柱坝体力学性能和变形情况。研究得出:水对煤样有软化作用,随着浸水时间的增加煤样单向抗压强度、单向抗拉强度均有所下降,但并未出现规律性递减趋势;在软化作用和上覆岩层的压力的共同作用下,煤柱浸水面容易发生水平变形,变形随着时间的增长逐渐增大,靠近底板处的变形量最大,从而现场煤柱更容易遭到破坏。     

煤矿地下水库平板型人工坝体抗震性能分析

煤矿地下水库有效地解决了西部矿区矿井水保护与利用问题,地下水库安全稳定是其执行“导储用”核心技术的关键,而人工坝体是连接水库坝体的纽带。为此,针对煤矿地下水库人工坝体安全稳定问题,选取典型的平板型人工坝体为研究对象,基于大柳塔2^-2煤层煤矿地下水库基本情况,利用相似模拟实验、数值分析等研究方法,分析了不同地震(1～15 m/s²)作用下煤矿地下水库平板型人工坝体稳定性特征。相似模拟结果表明：煤矿地下水库平板型人工坝体可以抵抗10烈度以上(12 m/s²)地震作用,在由小到大地震循环加载作用下产生的最大位移为0.19 mm;人工坝体产生应力集中的位置主要在坝体底部,应力变化规律为底部>腹部>顶部,同一地震波作用下坝体反面应力峰值约大于正面10%,整个震动过程中人工坝体未出现裂隙发育情况,说明人工坝体始终保持弹性工作状态;顶部压力逐渐增加和循环地震作用过程中,人工坝体内应力急剧增加,坝体水平方向位移与非加压阶段相当,未表现出明显增加现象,但煤柱坝体在此过程中逐渐产生裂隙,最终裂隙贯通造成煤柱坝体垮落破坏。基于力学...     

考虑垮落岩体应变硬化特性的采场覆岩破坏特征研究

煤炭开采引起的覆岩运动、变形和破坏直接影响地下水库的储水库存与水源补给能力,为了科学精确化计算地下水库库容,有必要考虑采空区垮落岩体在渐进压实过程中体现出的应变硬化力学特性对采场覆岩"两带"高度分布特征的影响作用.以李家壕煤矿为工程背景,基于垮落岩体在压实过程中体现出的应变硬化力学特性,采用双屈服模型和提出的反演计算方...     

煤矿地下水库煤柱动力响应与稳定性分析

参考借鉴地面水库坝体抗震安全评价的相关研究,构建了煤矿地下水库相似材料模型平台,进行了不同烈度条件下的动力破坏试验研究,并利用摩尔库伦模型对坝体在地震作用下的动力响应进行了数值仿真,研究了坝体的地震破坏形态、抗震薄弱环节以及影响因素;同时对同等条件下的地面水库坝体进行了模型试验和数值模拟,对比分析了地下水库与地面水库的抗震安全性。结果表明:物理模型试验和数值模拟得到的动力响应较为接近;在地震波逐级加载的过程中,由于受到顶底板约束,煤矿地下水库坝体晚于地面水库坝体进入塑性工作状态,验证了煤矿地下水库坝体较地面水库坝体具有更好的抗震安全性。在此基础上,提出了煤矿地下水库坝体安全系数概念,对比分析了同条件的煤矿地下水库坝体和地面水库坝体的安全稳定性。     

西部缺水矿区地下水库保水的库容研究

利用井下采空区进行水源蓄存和循环利用的地下水库技术是实现西部矿区保水采煤的有效措施,研究确定采空区的合理储水容量对于地下水库技术的安全高效实施至关重要。综合采用理论分析、模拟实验与现场实测等手段,就地下水库储水容量计算、以及极限库容与合理库容的确定等问题进行了研究,结果表明：地下水库的储水容量即为储水范围内覆岩垮落带破碎岩块间自由空隙量与裂隙带断裂岩层离层裂隙量的总和;基于覆岩垮落带类抛物空间形态模型的构建,得到了考虑煤层倾角条件下垮落带岩体空隙量的计算公式;利用覆岩采动裂隙分布的“O”形圈理论模型,获得了覆岩各层关键层底界面及相邻关键层间断裂岩层的离层空隙量确定方法;由此根据储水水位在覆岩垮裂带内的不同位置,建立了地下水库储水容量的数学表达式,形成了地下水库极限库容与合理库容的确定方法,指导了李家壕煤矿地下水库工程实践。     

缓倾斜煤层地下水库煤柱坝体宽度计算及影响因素分析

为分析缓倾斜煤层条件下煤矿地下水库煤柱坝体的影响因素,建立煤矿地下水库煤柱坝体力学模型,划分地下水库煤柱坝体在复杂应力环境下的强度分区,构建煤体的理想弹塑性应变软化模型,区分煤体的破坏过程阶段,推导煤柱坝体合理宽度的理论计算公式,并以灵新煤矿一采区煤矿地下水库煤柱坝体合理尺寸问题为例,分析不同因素对煤柱坝体理论宽度的影响规律。结果表明：与煤矿地下水库运行期间的储水因素(储水时间、储水高度及水源情况)相比,煤矿地下水库所处煤层的地质条件(厚度及埋深)对煤柱坝体合理宽度的影响要更大。     

煤矿地下水库人工坝体构筑材料适用性研究

为分析地下水库人工坝体构筑材料适用性，将渗透性作为衡量标准，以李家壕煤矿为研究背景，通过实验室相似模拟实验，使用电液伺服岩石力学试验机对实验试样进行应变-渗透系数研究，分析了不同岩性体在外界应力变化的情况下渗透系数的变化情况。研究得出不同岩性体在变形破坏过程中渗透系数的变化规律：孔隙度越大，其渗透系数越大，呈对数关系|且外界应力会改变岩体裂痕和孔隙的尺寸和数量：当外界应力使得岩体裂痕孔隙更加紧密时，渗透系数减小，反之，渗透系数增大。对相同岩性体而言，随着外界围压和水压的降低，渗透系数均减小。     

基于Mohr-Coulomb破坏准则的开采过程岩体稳定性分析

针对FLAC3D后处理暂无法定量直观反映岩体破坏状态的问题,采用Mohr圆理论,对某矿4个连续开采步的稳定性进行了FLAC3D模拟分析。研究结果表明,利用Mohr圆反映岩体的稳定性状态,既简单直观,又方便有效,很好地解决了FLAC3D中Mohr-Coulomb准则不能直观、定量反映岩体稳定性状态的难题。     

第四系下隔离矿柱临界破坏厚度研究

隔离矿柱临界破坏厚度的确定是露天转地下和第四系下矿体开采面临的主要难题。以某矿山第四系下矿体开采为工程实例,根据隔离矿柱在不同临空边界条件和应力状态下的破坏形式,分别采用Mohr Coulomb和抗拉破坏准则进行评判。借助FLAC3D软件计算矿柱单元内的应力,建立了基于单元的安全系数法,求解隔离矿柱的安全系数,最终确定合理的隔离矿柱临界破坏厚度。     

某尾矿库渗流稳定性的数值模拟

为某尾矿库的安全生产,防治由渗流引发的尾矿库灾害事故,利用FLAC^3D计算软件对尾矿库进行渗流数值模拟计算,结果表明,在冲沟的位置有较大的速度矢量,对流沙的裹挟会使局部危害加剧;从图上可以知道水头、梯度和比降最大值的地方相应的动水压力最大,所以最容易发生渗流破坏,造成尾矿库事故;所取断面A-A的坝坡坡角β明显大于使坝坡稳定的安全角度。FLAC^3D软件可以比较好地模拟计算尾矿库的渗流,对尾矿库的安全生产有一定的参考价值和指导意义。     

深部砂岩力学特性试验与本构模型

为深入探究岩石强度劣化特性对深部开采工程稳定性的不利影响。以红庆梁深立井工程为背景,对现场砂岩岩样开展不同围压条件下三轴压缩试验,结合Mohr-Coulomb强度理论研究了砂岩应力-应变、强度与变形等特征;基于岩石损伤变量服从Weibull分布的特点,推导出砂岩损伤软化本构模型,探讨了模型参数F_0和m与围压的函数关系,结合模型参数对模型的影响及砂岩应力-应变曲线变化特点,采用非线性拟合方法对模型参数进行修正,最后得到修正的损伤软化本构模型;利用FLAC~(3D)对修正后的本构模型数值求解,将理论计算结果与砂岩全应力-应变曲线对比验证;通过构建马头门硐室围岩数值模型对修正后本构模型进行工程应用,并分析了数值计算结果的合理性。结果表明:①砂岩变形参数对围压敏感度较低,强度参数受围压影响较大,不同围压条件下,当应力达到峰值后,砂岩呈现出明显的应变软化特性;②通过FLAC~(3D)数值验证结果可知,损伤软化模型理论计算应力-应变曲线与试验曲线高度吻合,说明模型具有较高的真实性,能反映砂岩在复杂应力状态下的破坏全过程;③利用数值模拟方法对深部马头门硐室围岩与支护结构破坏规律分析表明,在拱顶及拱肩位置较易出现塑性剪切破坏,并且与实际工程中支护结构破坏位置及范围基本相同。     

湘西金矿地下采矿方法安全性的数值模拟研究

作者分别采用变形准则与强度准则 ,并借助于快速拉格朗日分析 ,对湖南湘西金矿充填料矿二次回采采矿方法的安全性 ,进行了全面的数值模拟研究。研究结果表明 ,所设计的采矿方法是合理的 ,能确保回采作业的安全     

煤矿地下水库人工坝体安全多层次模糊综合评价研究

基于煤矿地下水库人工坝体安全评价包含多种因素、准则和层次复杂的情况,为了准确评价坝体安全稳定性,提出了人工坝体安全多层次模糊综合评价模型。在该模型中,通过文献研究、访谈专家的方式分析了影响煤矿地下水库人工坝体安全的关键因素,建立坝体安全综合评价指标体系,采用层次分析法计算各层级因素的权重,建立比较判断矩阵并满足一致性检验|根据坝体安全评语集,以模糊理论为基础结合专家调查表,确定评价因素隶属度、评价矩阵并综合评价。应用该模型对神东矿区大柳塔矿地下水库人工坝体安全现状进行评价,结果表明坝体处于安全状态。     

上向水平分层充填法采矿地表变形研究

开采地下矿产会造成地表开裂、变形,破坏建筑物,对人们的生产、生活造成严重的影响,矿区地表变形问题一直是影响矿山安全生产的一个重要方面。应用FLAC^3D数值分析软件,建立三维地质模型,模拟计算司家营铁矿分步开采回填后相应地表变形情况,并与经验公式计算的地表沉降值进行对比分析。提出了司家营矿区地表变形的一般规律及变形机制,对地表变形的地质灾害做出分析评价。研究结果表明,上向水平分层填充法采矿能有效的控制地表变形问题,填充体对减小变形具有重要的作用。对比分析表明数值模拟结果比经验公式结果偏小,但在合理许可范围内,表明FLAC^3D是预测地表变形的一种有效手段,对其他相似采矿引起的地表变形研究和预测具有重要的参考价值。     

不同含水状态煤-混凝土连接体力学特性和破坏特征

对不同含水状态煤-混凝土连接体进行单轴压缩实验和声发射监测,并对连接体力学特性和破坏特征进行探究,研究结果表明：水对煤-混凝土连接体应力-应变曲线特征裂隙压密阶段、破坏阶段和峰后阶段影响明显,水的存在降低了试样间的内聚力,使其脆性降低,塑形增强;含水率增加,煤岩组合体破坏形态由拉伸破坏变为剪切破坏,塑性变形显著;声发射特征曲线与应力-应变曲线对应程度较好,随着含水率的提高,声发射AE计数峰值位置提前,连接体样提前发生结构性破坏。且AE计数峰值数值逐渐减小,连接体样脆性减弱。