基于刚架结构模型法的采空区群失稳分析

为研究纵向采空区群在外部荷载作用下的整体稳定性,将其转化为平面刚架体系,构建纵向采空区群刚架结构的失稳模型,提出基于刚架结构模型法的采空区群失稳判据及分析方法。通过分析多层纵向单元空区构成的采空区群在顶层间柱回采后的整体稳定性,利用数值模拟和现场工程验证该方法分析结果的可靠性。结果表明,间柱回采完成后,顶板围岩的最大拉应力值、最大竖向变形量均超过允许的阀值,采空区群处于严重失稳状态;数值模拟对比分析表明,空区群内部质点的最大拉应力、压应力值与前者基本吻合,变化趋势相似,拟合度高;现场工程揭示,采空区群上部中段顶板出现垮塌,覆岩坍塌,采空区与地表贯通,验证了该方法分析结果的可靠性。     

浅埋极近距采空区下工作面顶板结构及支架载荷分析

针对浅埋极近距离煤层采空区下开采支架载荷确定难题,以神府矿区某矿极近距离煤层开采条件为背景,采用物理相似模拟实验和理论分析方法,揭示了采空区垮落顶板二次采动结构的运动特征,建立了极近距离采空区下开采顶板结构模型,得出了支架载荷计算公式。研究表明,上层煤顶板垮落稳定后在采空区形成"自由冒落区"和"斜柱条梁区"。极近距离下煤层开采时,"斜柱条梁区"的顶板结构运动分为铰接离层段和沉降压实段,通过建立这2个阶段的顶板结构模型,给出了支架载荷计算公式,确定了以沉降压实段的支架载荷作为工作面支架选型的依据,通过石圪台煤矿浅埋极近距离煤层开采实践分析,验证了公式的可靠性。     

采空区强制爆破法技术分析——以大宝山673采空区为例

采空区是矿山开采过程中形成的一种特殊地质现象,其存在对矿山生产和安全构成重大威胁。随着我国金属非金属矿山的不断开采,地下采空区问题日益突出。本文以大宝山673采空区为工程背景,提出相应的处理方案和安全措施。利用空区内部存在较大范围的空洞这一特性,采用三维激光扫描技术探测采空区的形态范围,确定相关参为后期采空区处理工作提供参考依据。为尽快解决采空区对露天影响,消除安全生产隐患,拟定对采空区采用爆破处理,以空区顶板上方、下方为自由面,对空区进行爆破崩落,充填采空区,解除空区对安全生产的威胁。     

广州市白云采空区稳定性分析

白云区位于广州市北部,区内存在大片废弃的采空区和大面积的覆盖型岩溶区.随着城市建设,尤其是地下工程项目不断增多,严重扰动了原来相对稳定的地质环境,地面塌陷逐渐成为该地区的主要地质灾害之一.研究区主要为小型采空区,因此,文章根据结构力学原理,采用两种方法对白云采空区的稳定性进行分析.分析结果表明,白云区嘉禾煤矿采空区开采深度在150m以内都处于不稳定状态,大于225m较稳定.与调查情况(浅部-150m以上煤层开采对地面影响较大,曾出现塌陷漏斗、形成冒落带和地面塌陷的现象;-210m水平以下煤层开采对地表影响不大)较一致.     

广州市白云采空区稳定性分析

白云区位于广州市北部，区内存在大片废弃的采空区和大面积的覆盖型岩溶区。随着城市建设，尤其是地下工程项目不断增多，严重扰动了原来相对稳定的地质环境，地面塌陷逐渐成为该地区的主要地质灾害之一。研究区主要为小型采空区，因此，文章根据结构力学原理，采用两种方法对白云采空区的稳定性进行分析。分析结果表明，白云区嘉禾煤矿采空区开采深度在150m以内都处于不稳定状态，大于225m较稳定。与调查情况（浅部-150m以上煤层开采对地面影响较大，曾出现塌陷漏斗、形成冒落带和地面塌陷的现象；-210m水平以下煤层开采对地表影响不大）较一致。     

广州新电视塔底部透空区外筒群柱面外稳定承载力试验研究

广州新电视塔整体屈曲分析表明,底部透空区外筒的群柱面外失稳是结构设计中的控制因素之一。为能够准确模拟底部透空区外筒中最不利柱的受力特征,通过对3柱、5柱、7柱并联群柱模型以及底部透空区整体模型的稳定承载力分析与比较,确定以5柱并联群柱模型为试验对象。在两种不同轴力比例的加载模式下,对两榀群柱模型进行试验研究,考察最不利柱的稳定承载力、破坏模态及受力机理,探索影响群柱失稳性能的关键因素。试验结果揭示:(1)群柱的轴力分布模式对最不利柱承载力和破坏形式有重要影响;(2)群柱失稳时的相互作用(周边构件对最不利柱的约束作用)可以较大幅度地提高单柱的稳定承载力;(3)群柱失稳时环向构件的弯弓效应会强化柱受到的支撑作用;(4)广州新电视塔外筒结构依据目前斜柱和斜撑与环梁不共面的构件布置形式以及独特的节点构造设计,能够满足面外稳定承载力设计要求。     

地下采空区框架结构的变形研究

对地基采用D-P模型,地基和基础采用四边形单元,对上部结构采用梁单元,通过有限元计算方法地对采空区距建筑物的间距、采空区的深度、采空区的高度、采空区上覆岩层对框架结构的影响进行分析,采用考虑二阶矩的简化刚度法计算框架结构的挠度曲线和塑性铰出现的位置和顺序。计算结果表明,采空区在一定范围内的存在,对建筑物有很大影响,导致柱的剪力增大,塑性铰出现的顺序发生变化,结构的延性变差,同时也表明条形基础的抗采空影响能力要高于独立基础,并给出框架结构抗采空结构措施。     

钢网架与混凝土框架混合结构在采空区的应用

结合钢网架与混凝土框架结构的实际工程项目,考虑采空沉降区变形对结构内力的影响,采用MIDAS/Gen软件,建立钢网架与下部钢筋混凝土框架结构的整体模型,输入采空区地表变形,提取网架各杆件的内力,分析采空区变形对网架内力的影响大小。给出采空沉降区使用钢网架与混凝土框架结构体系的可行性结论,对相关结构设计提出设计建议。     

某工程大型钢拱结构稳定性分析

分析对象包括单拱,不同单元的拱系子结构和整体拱结构体系,并分有柱间支撑和无柱间支撑两种情况。分析内容有线性稳定,完善结构非线性稳定,有初始缺陷结构非线性稳定和几何非线性弹塑性稳定分析。分析比较得到如下结论：几何非线性和初始缺陷对深拱结构体系在拱平面内的整体稳定性的影响不明显,而材料的塑性性能影响十分明显;拱系结构的稳定性分析用单拱或少量单元的拱系子结构代替并不一定偏于安全。     

紫金山金铜矿复杂采空区数值模拟与监测研究

紫金山金铜矿经多年开采后,形成上采下空的生产工程格局,加上地下开采形成重叠式采空区分布,给露天开采带来一定的安全威胁。通过对金铜矿的采空区进行稳定性数值分析和监测,及时掌握采空区的地压活动规律,为采空区治理提供依据,有效保证了露采边坡稳定。     

松软煤层托顶煤巷道煤柱宽度优化及控制技术

以芦沟煤矿32081工作面为工程背景,采用数值模拟和现场实测等方法,研究了松软煤层沿空掘巷托顶煤巷道的变形特征及控制技术。结果表明:不同煤柱宽度下,巷道变形量的变化幅度由大到小的顺序是煤柱帮(498 mm)、顶板(260 mm)、实体煤帮(135 mm)、底板(105 mm)。以6 m煤柱宽度围岩变形最为理想,在沿空掘巷中顶底板变形和两帮变形都是巷道变形的主要方面,而在两帮变形中,小煤柱帮变形量占76%左右,在顶底板变形中,顶板变形占80%左右,得出巷道顶煤和煤柱帮是支护的关键部位。据此,提出了高强度锚网保证围岩完整,长锚索控制顶板稳定、在帮角布置加强锚杆的帮顶协同控制综合技术。通过现场实测表明,该支护方案对于此类巷道的围岩变形量有较好的控制效果,对于类似巷道的支护技术也提供了参考和借鉴。     

浅埋房式采空区下长壁采场动载矿压发生机制

为了揭示浅埋房式采空区对下位煤层开采矿压显现的控制机制,降低工作面过房式采空区的动压显现强度和压架风险,以神东矿区霍洛湾煤矿2-2煤层房式采空区下3-1煤层长壁开采工作面动压特征为研究对象,将3-1煤层覆岩结构分为四类,利用理论分析和相似材料模拟等方法,系统研究了不同覆岩结构类型运动特征、力学模型及对3-1煤层长壁工作面的动压控制机制。结果表明:房式采空区稳定房柱下易形成上下位关键层双悬臂梁结构,双悬臂梁结构协同失稳是形成动载矿压的主要原因;房柱失稳区主关键层形成的不稳定砌体梁结构及靠近大煤柱未失稳的房柱随下位煤层开采滑落失稳是导致长壁工作面动载矿压发生的原因;当3-1煤层工作面上覆前方为房柱失稳区时,工作面推出集中煤柱时的动载矿压是由于大煤柱两侧关键块已提前滑落失稳,两关键块间无作用力,倒梯形岩柱与亚关键层联合失稳作用结果;当3-1煤层工作面上覆前方为房柱稳定区时,工作面推出集中煤柱时,动载矿压是由房柱失稳所致。     

Ground subsidence observations and a modified influence function method for complete subsidence prediction

The results of surface subsidence investigations carried out in different coal fields in India are presented in this paper. Important differences are seen to exist between the subsidence norms given in the Subsidence Engineers Handbook, UK and those obtained in Indian conditions. Differences also exist for extraction below unfractured or uncaved rock and below pre-existing caved goaf(s). The subsidence is higher in the latter case and also in the slopes and strains. Consequently separate equations and guidelines have been given for these two conditions of mining.Since Indian coal mining is mostly under shallow to moderate cover, several cases of discontinuous subsidence have been observed. A demarcation limit for discontinuous subsidence is given, seeing that discontinuous subsidence causes severe surface damage.Since room and pillar mining is the principal underground method of extraction, panels of irregular shapes often occur making complete subsidence prediction difficult. The influence function method with a new function and additional functions for modelling subsidence asymmetry and the effect of extraction edges are given in this paper. The method for extraction below goaf(s) is also examined. Four cases are given for the comparison of observed and predicted subsidence contours and two cases for comparison of the slopes and strains.     

A hybrid neural network strategy for identification of structural parameters

This paper presents a multistage identification scheme for structural damage detection using modal data. Previous studies of damage assessment using neural networks mostly involved training a backpropagation neural network (BPN) to learn damage patterns that were obtained either experimentally or by simulation for different damage cases. Damage identification for large structures, especially those involving multiple member damage, could result in large training data sets that require a large BPN and consequently greater computational effort. The proposed scheme involves using a counterpropagation neural network (CPN) in the first stage for sorting the training data into clusters and giving an approximate guess of the damage extent within a very short time. After an approximate estimate of the damage is obtained, a new set of training patterns of reduced size is generated using the CPN prediction. In the second stage, a BPN trained with the Levenberg–Marquardt algorithm is used to learn the new training data and predict a more accurate result. A superior convergence and a substantial decrease in central processing unit (CPU) time are observed for three numerical examples.     

桓仁铅锌矿隔离矿柱留设方案模拟研究

桓仁铅锌矿地表不允许崩落。由于诸多因素,在矿井下形成了大量的采空区,而采空区的下部还赋存大量矿体急需开采。为了避免采空区塌陷引起的冲击地压带来的安全隐患,满足矿山生产需要,采用留设隔离矿柱方法来隔离上部采空区,避免冲击地压作用。应用FLAC^3D程序,通过研究隔离矿柱留设位置、隔离矿柱厚度等因素,分析了留设隔离矿柱对整个采空区应力分布的影响及矿柱自身稳定程度。研究表明,在向阳坑-630水平留设14 m厚的隔离矿柱可以有效缓解应力集中程度及分散地压分布,继而能够保证后续深部矿体安全高效开采。     

Model for predicting the unit weight of cement-treated soils

In this paper, a rational method for estimating the unit weight of cement-treated clay is proposed, which takes into account the relationship between the various phases and changes in these phases during curing. The simplest unit weight estimate is the unreacted unit weight which may be used as a lower-bound estimate of the cured unit weight. More accurate estimates of the unit-weight are possible by considering the effects of hydration of the cement-water paste during curing period, using the “drained” and “undrained” estimates of the unit weights. The drained and undrained assumptions refer to the drainage conditions during curing. Both are consistently closer to the measured unit weights than the unreacted unit weight, with undrained assumption having a slightly better agreement. An empirical relationship is also proposed for estimating the effect of the change of volume arising from consolidation during curing. This may be significant if the treated soil layer lies deep in the ground, where the effective stress levels are high. Comparison with unit weight measurements from a soil mixing project indicate that the calculated unit weight agrees well with the range of unit weight measurements for soft clay. For the loose sand, the calculated unit weight is higher than the measured unit weight, possibly owing to the dilation of sand when sheared, ahead of the mixing shaft.     

绿色住宅开发风险的结构方程模型分析

针对绿色住宅开发风险因素众多,影响关系复杂的特点,识别出影响绿色住宅开发的16 项风险因素和3 个开发目标,在问卷调查的基础上,运用结构方程模型确立风险因素对开发目标的作用路径和效应。研究结果表明:政治风险对开发目标的作用效应最大,作用路径最多;政策不完善、政府监督和增量成本是对绿色住宅开发目标影响最大的3 项风险因素,并根据模型结果提出降低绿色住宅开发风险的建议,为政府政策制定和房地产企业开发提供参考。     

迎上下采空孤岛面沿空掘巷围岩变形破坏特征

为了研究分析上下煤层两侧都采空而形成的孤岛面沿空掘巷和煤层开采时围岩应力分布及变形破坏特征,应用理论分析、计算机数值模拟与具体工程实践相结合的研究方法,分析了上下煤层两侧采空情况下,下孤岛工作面迎上孤岛面沿空掘巷期间及煤层开采过程中,采场围岩应力分布、变形破坏规律。结果表明:该情况下孤岛工作面围岩结构特征因受多次开采影响,其整体性和联动性都有所降低,采场围岩应力分布特征有所不同,且煤柱宽度尺寸对巷道受力变形有较大影响。掘巷期间轨道巷煤柱帮的变形量大于实体煤帮变形量,顶板下沉量大于底鼓量;回采期间顶板运移特点决定了两巷围岩主要呈现拉剪破坏,随着工作面的推进,采动影响阶段和影响剧烈阶段范围逐渐增大,巷道断面收缩率随着距工作面距离的减小而增大。对于孤岛面开采沿空巷道的特殊围岩条件,应遵循“强顶、固帮、控底的全断面围岩控制技术思路,对上下隅角附近巷道加强支护,提高围岩自身强度,为类似条件孤岛面巷道维护及安全开采提供理论技术保障。     

沿空送巷煤柱在锚杆支护下的稳定性研究

为了在提高煤炭资源采出率的同时保证巷道的稳定性,提出在陈四楼煤矿2216工作面二2煤层采用留小煤柱沿空送巷技术。本文通过平面应变模型试验和FLAC^3D数值模拟计算,分析了在锚杆支护下不同宽度煤柱的破坏状态、应力分布及巷道围岩变形等因素,进而确定沿空送巷的合理煤柱宽度。研究表明,留设煤柱是沿空送巷围岩的一个重要承载结构,选择5 m煤柱作为窄煤柱护巷能够保证巷道的使用安全并具有相对较高的采出率,而帮锚采用全锚支护能够使锚杆的支护效应得到更为充分的发挥。     

沿空掘巷窄煤柱稳定性数值模拟研究

通过数值计算分析，研究了综放沿空掘巷围岩变形及窄煤柱的稳定性与煤柱宽度、煤层力学性质及锚杆支护强度之间的关系，提出一个新观点，即高强度锚杆支护的窄煤柱是沿空掘巷围岩承载结构中的一个重要组成部分，并针对不同煤层条件确定了相应的窄煤柱合理宽度，并将研究结果成功地应用于工程实践。