深部巷道围岩破坏特征的数值模拟分析

针对深部巷道围岩失稳变形严重、围岩变形量大、应力集中程度高的支护特点,以淮南矿区丁集矿1422(3)工作面的巷道围岩为研究背景,运用理论分析和数值模拟的综合研究方法对深部巷道围岩的失稳变形机理及岩体破坏特征进行深入研究。相应探讨了围岩应力场的时空演化规律,揭示了围岩分区破裂的力学本质,为深部巷道的围岩治理及支护设计提供重要的理论参考。     

綦江铁矿采场巷道围岩稳定性数值模拟研究

以綦江铁矿白石潭矿区12阶段的顶底板及矿柱的稳定性为研究对象,结合现场数据和资料,通过单轴抗拉、单轴抗压和三轴抗压室内试验确定出岩块的力学参数,获得数值模拟的计算参数。应用ANSYS软件对12阶段掌子面的稳定性进行数值模拟,确定出应力和应变最为集中的区域、塑性区域的分布和大小,以及各个监控点的垂直位移的变化情况,为改善开挖过程中的应力分布情况和加固区域提供依据,以此确定开挖方案的合理性。     

高应力破碎硐室围岩加固方法及其效果的数值模拟

高应力破碎硐室围岩具有大变形、强流变等特性,合理的加固方法是硐室安全稳定的保证。以长平矿4303变电所硐室加固为研究对象,通过对硐室围岩条件、受力情况和变形破坏机理的分析,提出了反拱封闭支架、组合锚索强力加固和深孔高压注浆转移围岩应力的加固方法。数值模拟研究结果表明:反拱封闭支架与组合锚索能够有防止破裂,深孔注浆能够使围岩高应力向深部转移,组合加固方案能够有效防止围岩破坏和减小围岩变形量。     

深部高应力硐室围岩稳定性分析

针对深部高应力条件下硐室围岩变形严重、围岩稳定性差的问题,采用现场调查、试验研究和数值模拟等方法,分析了硐室围岩变形破坏特征和围岩变形机理,对硐室围岩矿物成分进行了分析,模拟了相邻硐室和巷道开挖对硐室围岩的扰动影响,对硐室围岩进行了松动圈窥视探测,确定了硐室支护方案。结果表明,新的支护方案提高了硐室的安全稳定性,硐室支护效果良好。     

某石膏矿床深部开采稳定性分析

某石膏矿采用房柱法进行回采,开采范围内已经形成大面积采空区,且矿区范围内有村庄,人口稠密。为对-400 m以下深部资源进行科学开采并保障地表建(构)筑物安全,采用数值模拟的方法分析开采对岩体的稳定性及地表变形的影响。结果表明：-400 m以下矿体分层开采后,岩体的最大变形和竖直位移都出现在顶板位置,整体变形均偏小,下沉或底鼓现象并不明显;矿柱部位出现区域压应力集中,最大达26.38 MPa,矿房边墙所受拉应力较小,不超过2 MPa,整体无较大应力集中区域和塑性贯通区;地表沉陷最大位移为2.72 mm,水平变形最大值为0.0035 mm/m,倾斜率最大值为9.1×10^-3 mm/m,曲率最大值为6.74×10^-5 mm/m²,各指标结果表明-400 m以下矿体分层开采整体稳定,对地表建(构)筑物的影响很小。     

深部开采对下盘竖井稳定性影响的研究

为研究深部开采对下盘竖井稳定性的影响,以内蒙古某金矿为工程研究背景,通过测定矿山岩体力学参数、建立矿山三维数值模型,采用数值模拟分析方法,模拟空场法开采该金矿32号矿体188～-300m的过程,得到深部矿体开采过程中下盘竖井围岩变形量、应力集中情况和塑性区分布特征。研究结果表明:32号矿体深部开采的过程中,下盘竖井围岩主要受压应力作用,且围岩所受最大压应力超过围岩抗压强度,围岩稳固性差;下盘竖井围岩中将发生较大范围的剪切破坏;下盘竖井的变形量将超过规定的安全许可范围,易发生变形破坏。     

深部开采围岩应力及变形数值模拟研究

随着矿山开采向深部转移,出现的地压问题也日益增多,主要表现为冒顶、片帮及岩爆等。针对出现的这类问题,特别是深埋矿体开采过程中的应力变形,利用FLAC^3D程序对实际开采过程进行了模拟,对其应力场及位移场进行分析。模拟结果表明巷道两帮水平变形主要是由垂直应力作用造成的侧向膨胀,而巷道顶底板的垂直变形则主要是水平应力在垂直方向造成的挤压变形。研究结果为巷道支护方案提供了依据.     

煤矿竖井变形破坏三维数值模拟分析

简要介绍地层失水沉降作用、水平地应力作用、地层排水沉降与水平地应力及重力共同作用下竖井变形破坏的线弹性、弹塑性数值模拟分析，模拟分析结果证实了徐淮地区煤矿竖井变形破坏“三因素综合破坏机理”的主要结论。     

复杂采空区稳定性数值模拟分析

为研究复杂采空区的稳定性,在前期现场调查、现场原岩应力测定、室内力学试验及岩体力学参数工程处理的研究基础上,应用现代仿真技术与计算机数值模拟技术,采用FLAC3D方法对龙桥铁矿空区形成过程及采空区稳定性进行模拟计算和预测分析,研究表明:采空区形成后,空区四周各角隅处首先达到极限剪切破坏状态,随着采空区的增大,角隅处破坏区域逐步延深扩大,顶板中央拉应力分布逐渐明显,最终变为拉应力破坏;采场周边围岩位移最大,往外距离开挖边界越远,围岩位移就越小,且采场上盘围岩位移比下盘围岩要大得多,围岩移动方向均指向采空区;在采场顶板以上形成围岩移动位移等值拱;采空区顶顶中央点下沉量最大,向空区侧面急剧降低,空区以外点的下沉量变化较小,且距空区越远下沉量越小;采空区一半高度的水平断面上围岩以垂直向下位移为主.     

不同应力作用下巷道围岩变形的数值模拟分析

巷道围岩变形规律对降低巷道支护成本、提高巷道掘进效率具有重要意义。文章以首阳煤业15203工作面为例,基于FLAC 3D数值模拟软件,对不同埋深、不同构造应力作用条件下的巷道围岩变形规律进行模拟分析和探讨。研究结果表明:巷道埋深和构造应力对巷道围岩的稳定性具有重要影响,为了保证巷道围岩的稳定,应当分区段科学地选择合理的支护方式。文章研究结果旨在为巷道的分段优化支护设计提供相应的理论支撑。     

深部软岩巷道围岩变形特征及数值模拟分析

针对深部煤矿开采条件下软岩巷道围岩出现持续流变时间长、变形大、地压高、巷道难以维护等特点,首先分析了深部软岩巷道变形特征,采用FLAC^3D数值模拟软件,分析了不同埋深条件下巷道围岩垂直应力分布、水平应力分布以及巷道围岩塑性区扩展规律。研究得出,深部软岩巷道的围岩岩块呈松散破碎形态,相互翻转和滑移,岩体的模量和强度低;随着巷道埋深的逐渐增加,巷道围岩应力集中系数逐渐减小,巷道垂直、水平应力峰值逐渐变大,塑性破坏范围扩展速率逐渐增加。研究为深部软岩巷道支护提供理论基础。     

深部大变形巷道围岩稳定性控制方法研究

针对深部高应力巷道围岩大变形难以控制的问题,采用Kastner等相关理论,研究了支护阻力对深部高应力巷道围岩变形的影响,揭示了其变形难以控制的力学本质,提出了巷道围岩稳定性控制新的支护理念。深部高应力巷道围岩大变形主要来自于两部分:1巷道周边浅部破碎围岩的扩容与剪胀等非连续性变形;2高应力致使巷道围岩产生的以塑性变形为主的连续性变形。研究表明:目前的支护水平对巷道围岩的连续性变形影响十分有限,总是存在一部分变形量无法控制,即深部巷道围岩存在"给定变形"。为实现巷道围岩稳定控制,降低支护成本,巷道围岩支护理念应由变形控制向稳定控制转变,确保巷道围岩均匀、协调变形,消除冒顶与片帮等不安全隐患,增强巷道围岩整体性与稳定性。因此,对于深部高应力巷道围岩稳定性控制,可在巷道掘进时预留一定的变形空间以容纳围岩部分"给定变形",支护结构应具有一定的连续性变形能力,又能持续提供较高的支护阻力,以维持巷道围岩的完整性与稳定性,保障巷道围岩的均匀、协调变形。工程实践结果表明:考虑预留变形并采用"可接长锚杆+刚性长螺纹钢锚杆+锚网+W钢带+喷射混凝土"综合控制技术为主,并辅以可接长锚杆强化顶板支护方案可较好控制巷道围岩的稳定性,保障了巷道服务期间的安全使用。     

深立井围岩稳定性分析

文章目的在于揭示超深立井岩石开挖后，井帮围岩在地应力重新分布情况下的应力变化情况，然后利用围岩的强度准则和变形标准来分析围岩的稳定性，进而为是否采用临时支护提供理论依据。文章的理论分析过程，应用了弹性力学中轴对称理论、应力集中原理和库仑-纳维尔强度准则。本文的研究成果，可作为基岩段井壁结构设计的依据和快速掘进方案制定的基础。     

深部巷道围岩分区破裂化数值模拟

对应变软化模型岩体的变形机理进行分析,确定了巷道围岩产生分区破裂的前提条件为岩体变形进入峰后塑性及残余破坏阶段。对地下硐室围岩应力变形状态进行FLAC数值模拟,并基于破坏接近度指标对围岩完整状态进行描述。结果表明：分区破裂化与岩体峰后特性密切相关,是应变软化模型特有的属性,理想弹塑性模型并不能产生分区破裂化;计算结果对网格精度具有依赖性,当近巷网格大小为巷道半径的1/60时,巷道围岩出现螺旋带破裂区域,产生分区破裂,而在粗糙网格下则为传统弹塑性环状对称变形;分区破裂化区域受平面内侧压力系数影响显著,分区破坏主要集中在硐室围岩应力较大的方位;分区破裂化是巷道开挖过程中二次应力场在时间和空间重分布的结果。     

特厚煤层强动压巷道围岩控制技术研究

针对特厚煤层强动压巷道难维护问题,以中煤平朔井工一矿19110辅运巷道为研究背景,采用数值模拟、理论分析和现场实测等方法,对巷道围岩的采动应力演化规律、变形破坏特征进行了研究,开展了支护方案优化设计和现场试验。研究结果表明：巷道受回采工作面采动支承压力显著影响位置主要发生在滞后临近回采工作面的采空区后方;根据不等压巷道弹塑性力学分析可知,侧压系数对巷道围岩的变形和破坏具有较大影响,巷道的变形量和塑性区半径均随着侧压系数的增大而增大。依据数值模拟和理论计算确定的侧压系数小于2,巷道塑性区半径按1.90 m设计,巷道支护优化设计方案为：锚杆均采用MSGM-335、Φ22 mm×2 400 mm左旋无纵筋螺纹钢,顶锚杆间排距为900 mm×1 000 mm,每排布置6根,最外1根距帮350 mm,安设钢带加强支护;帮锚杆间排距为1 200 mm×1 000 mm,左右帮各布置3根,上面1根距顶300 mm;锚索采用Φ21.8 mm十九芯钢绞线,长度视顶煤厚度采用10 300～13 300 mm,每排布置2根,间排距为2 000 mm×3 000 mm。现场试验巷道变形监测结果表明,支护方案对...     

深部巷道围岩分区破裂现象数值模拟研究

以某矿-910 m水平某段巷道为工程背景,利用FLAC~(3D)数值模拟研究深部巷道围岩分区破裂现象,分析总结了模型网格精度、初始地应力及侧压系数对深部高应力巷道围岩分区破裂现象的影响。     

黑山铁矿隧道稳定性分析及治理方案研究

针对黑山铁矿1#隧道的岩石冒落问题,在现场调查和计算分析的基础上,利用数值模拟软件ANSYS,进行了该隧道的位移、应力及应变研究,分析发现隧道出口处岩体的稳定性最差,竖直方向变形最大位超过最大允许位移50 mm,岩层中最大剪应力超过了岩石层的最大抗剪强度0.28 MPa。根据数值模拟结果制定了灌注水泥砂浆的加固治理方案。实践表明,该方案有效地控制了隧道上方岩体的沉降位移,并减小了隧道岩石层的剪应力,解决了隧道岩石冒落的问题,提高了隧道的稳定性。     

排土场排土过程稳定性的数值模拟分析

阐述了排土过程的稳定性分析,并对排土场排土过程进行数值模拟及比较分析,根据数值模拟结果提出合理的排土建议。     

用统一强度理论分析围岩含水平软弱夹层竖井的稳定性

采用统一强度准则对围岩含水平软弱夹层的圆形竖井井筒稳定性进行分析,导出了软弱夹层应力场、塑性区半径及极限深度的算式,并利用所得的算式探讨了软弱夹层的内摩擦效应和中间主应力效应对极限深度的影响。结果表明,考虑内摩擦效应和中间主应力效应时,围岩软弱夹层的极限深度将明显提高。     

深部高应力巷道劈裂破坏数值模拟研究

针对高地应力条件下出现的劈裂破坏这一特殊的工程地质现象,采用考虑闭合效应下基于曲线扩展路径的劈裂演化模型,通过FISH语言内嵌,运用FLAC软件进行巷道劈裂破坏数值模拟研究,得到了不同地质条件下劈裂破坏深度、面积的演化图;分析了埋深、侧压力系数、体积模量、剪切模量对巷道劈裂破坏的影响规律。研究成果可为高地应力下地下工程的稳定性评价及支护设计提供参考。