地下采场失稳的能量突变判断准则及其应用

文章在有限元计算模拟地下采场开挖的实际工程设计中，根据岩石破坏与岩体工程整体失稳破坏的含义不同，提出不能将岩石材料的破坏与岩石工程系统的破坏用同样的破坏准则加以判断的观点．运用能量的原理，借助突变理论的方法，推导出了采场开挖前后系统失稳破坏的能量突变准则，通过计算开挖前后能量变化值，以判断采场系统失稳的可能性．通过对国内某铅锌矿的有限元模拟分析，证明所提出观点和判断准则是正确的，具有一定的实用价值．     

地下采场失稳的能量突变判断准则及其应用

文章在有限元计算模拟地下采场开挖的实际工程设计中,根据岩石破坏与岩体工程整体失稳破坏的含义不同,提出不能将岩石材料的破坏与岩石工程系统的破坏用同样的破坏准则加以判断的观点.运用能量的原理,借助突变理论的方法,推导出了采场开挖前后系统失稳破坏的能量突变准则,通过计算开挖前后能量变化值,以判断采场系统失稳的可能性.通过对国内某铅锌矿的有限元模拟分析,证明所提出观点和判断准则是正确的,具有一定的实用价值.     

岩体工程失稳的塑性能突变判据及其应用

岩体工程失稳形式的判定是近年来岩石工程界关心的一个重要问题。在总结前人研究的基础上,根据能量耗散原理、突变理论,提出了岩体工程灾变失稳的塑性能突变判据,并应用于金川二矿水平矿层的稳定性判定,结合水平矿层的现场工程地质调查和声波探测结果,得出结论：水平矿层现已遭受新的破坏,处于峰值强度后的破裂状态,水平矿层在开采过程中不会发生突然性的灾变失稳。     

许东沟矿下盘岩体边坡能量突变分析

极限平衡法一直是边坡稳定性分析的主要计算方法,具有不考虑岩土体变形的主要理论缺陷,而且 目前经常以数值分析的单元安全度计算相辅助,但总体效果尚未改观。数值模拟、强度折减和能量突变相结合,计 算分析了许东沟露天矿下盘二期设计边坡的稳定性,开采初期至-48 m 水平时,混合岩构成的岩体边坡安全系数 高达 2.18,边坡较为稳定;采深到-204 m 时,绿泥石英片岩在边坡出露后,安全系数下降为 1.59;而下部边坡由强度 较高的铁矿体构成,安全系数并未因高度增加而下降,最终边坡安全系数为 1.64,并同极限平衡法的计算结果进行 了对比。探讨了局部边坡分析时的能量统计区域形状影响问题,梯形和平行四边形区域的能量密度统计值略有差 异,但突变点一致。采用同极限平衡法相同的强度折减策略,数值模拟和能量突变相结合的方法,可弥补极限平衡 法的理论缺陷,考虑问题全面,是值得深入研究的一种计算体系。     

失稳倾向矿床结构参数优化及稳定性的能量突变分析

讨论了失稳倾向矿床的采场结构参数的优化问题,以平均能量释放率为优化目标,将数值模拟与正交设计方法相结合,提出了失稳倾向矿床采场结构参数优化的一般方法。采用作者改进的优化方法与程序,对某失稳倾向矿床的采场结构参数进行了优化研究,获得了该矿床开采设计较优的采场结构参数。并用能量释放理论进行分析,讨论了其稳定性,为矿山实际生产提供了可靠的理论依据。     

用突变理论预测地下采场冲击地压发生的可能性

冲击地压是地下采场中破坏最为严重的一种地压现象，本文试用突变理论对冲击地压发生的可能性进行预测，结合两市镇石膏矿现场实例进行分析，取得了良好的效果。预测结果表明，该矿采场不会发生冲击地压，采用的采矿工艺是可行的。     

深部大跨度采场盘区矿柱的失稳研究

盘区矿柱在深部开采过程中起到非常重要的支撑作用,在研究盘区矿柱失稳问题时,为保证回采作业安全,确定合理的盘区矿柱宽度具有重要意义。根据深部大跨度采场的岩梁—狭窄盘区矿柱建立了简化力学模型,利用能量突变分析法,导出盘区矿柱的失稳判据为:ΔΠ 0时,盘区矿柱处于失稳态;ΔΠ=0时,盘区矿柱处于失稳和稳定态的临界点;ΔΠ不存在时,盘区矿柱处于稳定态。将该判据应用于某铜矿,得到盘区矿柱的安全宽度为31 m。数值模拟及现场位移监测综合分析结果表明,盘区矿柱宽度为31 m时,满足深部开采的安全稳定性要求。     

采场厚硬顶板破断失稳与能量聚散演化研究

针对采场厚硬顶板强矿压问题,在采场厚硬顶板采动失稳影响特征分析基础上,运用力学理论构建采场厚硬顶板采动承载力学模型,分析采场厚硬顶板采动承载状态及能量积聚演化发布规律,从能量转化角度分析采场厚硬顶板破断致积聚能量释放与强动压显现关系,推导出工作面液压支架动载响应估算方程,揭示厚硬顶板破断失稳强矿压显现影响特征。研究结果表明,1)厚硬顶板在破断失稳前处于覆岩承载状态和自身弹性势能积聚,在破断瞬间显现略高于重力作用的加速运动失稳,加之悬伸跨度较大,导致厚硬顶板条件工作面动压显现尤为强烈;2)悬伸跨度、上覆岩层荷载是厚硬顶板采动承载和能量聚散演化的关键影响因素,上覆岩层荷载、自身厚度和强度是厚硬顶板极限悬伸跨度的关键影响因素;3)在工作面液压支架动态阻力响应的力源构成中,厚硬顶板破断积聚能量释放所形成的动态阻力占比最高,上覆岩层荷载做功转化所形成的动态阻力占比次之;4)在工作面液压支架动态阻力响应的影响因素中,厚硬顶板的悬伸跨度、上覆岩层荷载起直接加剧影响,岩层厚度增加厚硬顶板极限悬伸跨度,进而间接加剧动态阻力响应,直接顶厚度可对动态阻力响应起缓冲降低作用,支架控顶距的加剧影响程度不明显。     

矿柱的突变失稳研究

针对矿柱失稳的不连续性、突变性,在建立顶板—矿柱力学模型的基础上,采用突变理论推导出矿柱突变失稳的充分必要条件,并研究了矿柱突变失稳的释放能量机理。结果表明:矿柱变形的突跳量,矿柱失稳前后的能量差均与外界干扰无关,只取决于顶板—矿柱系统的内部特性。本文的讨论为矿山合理的布置及优化顶板与矿柱的参数提供了参考。     

矿柱失稳的突变分析

对顶板-矿柱围岩系统进行了简化,将矿柱近似为由弹性元件和塑性软化元件串联组成,建立了顶底板-矿柱系统的力学模型;基于突变理论建立了顶板-矿柱围岩系统失稳发生冲击地压的尖点突变模型,得出矿柱失稳的充要条件.分析了影响矿柱失稳的因素,可以为实际的生产设计提供参考.     

采场围岩能量演化及释放模拟研究

岩体应变能是集主应力、弹性模量、泊松比等综合物理量,能够更好地解释采矿过程中的动力现象。为揭示采动过程中采场围岩能量演化和释放规律,基于岩体应变能理论推导了能量演化与释放的计算方法,以平朔井工三矿为工程背景建立数值计算模型,模拟计算不同回采时刻采场围岩能量变化,结果表明:①采场围岩的应变能峰值随着工作面的推进而逐渐前移,煤层能量峰值主要集中于煤壁前方8 m以内,煤层的应变能相对较高,顶底板坚硬岩层中的能量值相对较低;②开挖开切眼后,开切眼上方为能量释放区,开切眼煤壁前后为能量积聚区;在该矿地质条件下,工作面正常回采时,工作面煤壁上方8 m以内为能量主要释放区域,煤壁前方2～8 m为能量主要积聚区;因此,对于煤壁上方应及时支护,防止其能量的快速释放而引起冒顶;对于具有动力灾害倾向的煤壁前方应采取措施控制应力集中。     

灰色-突变理论在尾矿坝失稳预测中的应用

采用工程类比法,提出了将预测边坡失稳的灰色-突变理论应用于尾矿库坝体稳定性分析及失稳时间预报中。以某尾矿库2号坝体的水平位移监测数据为例,对该坝体的稳定性和失稳时间进行了分析预测,通过预测结果与工程实际情况的对比,表明该方法在尾矿坝的失稳预测中具有一定的适用性和合理性。     

采场冲击地压的能量积聚释放特征分析

运用采矿岩石力学理论,分析了回采工作面围岩系统的加载特性,得到顶、底板对煤体存在着渐进和瞬态两种加载方式,当煤岩组合体载荷达到临界状态时,加载特性诱发煤岩系统动力失稳,即发冲击地压灾害.通过FLAC3D数值计算,分析了采场支承压力的分布、岩层结构的运动、弹性应变能的积聚、释放特征和围岩位移、速度的突出特征,初步提出用采场能量密度因子来预测煤岩冲击地压的发生.结果表明,冲击地压是采掘活动诱发的结果,是在开采过程中诱发并伴有微震活动和弹性能猛烈释放的煤岩体结构失稳的矿压显现.     

采场冲击地压的能量积聚释放特征分析

运用采矿岩石力学理论,分析了回采工作面围岩系统的加载特性,得到顶、底板对煤体存在着渐进和瞬态两种加载方式,当煤岩组合体载荷达到临界状态时,加载特性诱发煤岩系统动力失稳,即发冲击地压灾害.通过FLAC^3D数值计算,分析了采场支承压力的分布、岩层结构的运动、弹性应变能的积聚、释放特征和围岩位移、速度的突出特征,初步提出用采场能量密度因子来预测煤岩冲击地压的发生.结果表明,冲击地压是采掘活动诱发的结果,是在开采过程中诱发并伴有微震活动和弹性能猛烈释放的煤岩体结构失稳的矿压显现.     

煤壁片帮失稳的尖点突变模型分析

针对工作面煤壁的受力特性和变形特征,将劈裂后的煤壁视为压杆,应用突变理论对压杆的不稳定性进行分析。基于弹性理论求出压杆系统的总势能,进而建立了煤壁片帮的突变模型。通过对煤壁片帮突变失稳发生的必要条件和充分条件进行分析,得出煤壁片帮的主要影响因素,并提出有效预防煤壁片帮的措施。研究结果表明:煤壁片帮失稳的发生与否不仅取决于煤壁上方纵向载荷的大小,还取决于煤体的几何尺寸和煤的物理力学性质等因素;横向力的扰动与煤壁片帮的发生之间存在着非线性的关系。     

急斜采动夹持岩柱能量异化特征及其调控方法

近年来,随着采深的逐渐增加,新疆乌鲁木齐矿区急倾斜采场围岩能量异常积聚诱发冲击地压问题愈发严重.通过对历史冲击事件及现场微震事件"能量-频次"分布特征进行致灾因素分析,发现夹持岩柱是采动影响下弹性能"蓄积-释放"的主要优势区域,微震能量大于105 J的事件中夹持岩柱占比为47％,B3+6煤层及其顶底板中分布了87％的微...     

深埋隧道围岩突变失稳风险预测

利用突变理论,基于现场拱顶下沉实测资料,建立了隧道开挖围岩失稳的尖点突变模型,导出了失稳的力学判据条件。结合工程实例进行预测,预测结果与现场施工情况一致。所提出的预测模型,可为预防深部隧道失稳破坏、采取合理施工措施提供参考依据。     

采场老顶断裂岩块失稳类型判断曲线讨论

根椐推导出的老顶断裂岩块回转挤压接触面尺寸的计算方法 ,分别按照滑落失稳和回转失稳计算出了类型判断曲线 ,论证了这两种曲线误差产生的根源。给出了正确的老顶断裂岩块失稳类型判断曲线 ,从而纠正了已往文献中的差错     

岩石失稳破裂的能量原理分析

岩石是一种含有初始微缺陷的天然工程材料,其内部结构和变形过程十分复杂,通过分析指出如果月能量的观点研究岩石的破坏问题,就有可能发现岩石破坏的物理机理。基于这一思路,认为岩石在变形初期阶殳具有能量耗散的特点,用耗散结构理论研究这一过程;受力超过峰值点,岩石发生突然破坏,瞬间释放出大量的惶量,这一过程可以用灾变理论进行研究。最后指出了岩石能量原理需要研究的主要内容。     

工程勘察中的岩体能量释放及其工程意义

本文从勘察角度上阐述了岩体能量释放的若干现象,给予数学上和物理机制上的解释,并结合岩土工程讨论这些现象的工程意义。同时,作者试图利用现代岩石力学的新成果对能量释放的课题探讨它的前因后果,为工程勘察提供新的信息。本文所援引的工程实例形象而直观地显现了作者在文中阐述的见解。