冲击矿压的层裂板模型及实验研究

片帮型冲击矿压是煤壁局部失稳, 与煤壁层裂板结构的形成有关。分析了煤壁层裂板结构形成及压曲失稳破坏规律, 给出了裂纹扩展、贯通的应力判据以及随后形成的层裂板结构压曲失稳的条件, 并据此对冲击矿压进行模拟试验研究, 实验结果与理论分析基本一致。     

冲击矿层的层裂板模型及实验研究

片帮型冲击矿压是煤壁局部失稳，与煤壁层裂板结构的形成有关，分析了煤壁层裂板结构形成及压曲失稳破坏规律，给出了裂纹扩展，贯通的应力判据以及随后形成的层裂板结构压曲失稳的条件，并据此对冲击矿井进行模拟试验研究，实验结果与理论分析基本一致。     

冲击矿压模拟试验研究

采用相似材料和煤质材料模拟煤矿冲击矿压发生的过程和现象,揭示了煤壁局部突然失稳形成片帮型冲击矿压的机制,即巷道附近压应力集中区内裂纹平行壁面扩展、贯通,形成层裂板结构,在一定压力下发生压曲破坏。此外,试验采用三维模型和现场煤样,更接实际情况,为此类试验提供了新的途径。     

地下结构抗冲击波作用层裂钢板效果数值模拟

利用ANSYS/LS-DYNA软件,对混凝土结构底面是否固定钢板进行了模拟.通过对两种情况下的结果分析,揭示了混凝土不同位置处单元σy值的时程规律,得到了在计算时间内钢板的存在能够有效地减小相邻混凝土单元的最大拉应力,并延长其出现时间;同时得到了在类似研究的工程结构中,边界效应对混凝土层裂现象无影响.对相关工程的设计、施工具有参考价值.     

层状岩体中洞室围岩层裂及破坏的数值模拟研究

非均质性是岩石类材料的基本特性,均质度的不同使得岩石表现出不同的力学特性和失效特征。基于RFPA?8程序,对层状岩体中洞室围岩的层裂及破坏进行了数值模拟,得到了层裂结构的层裂板厚度。同时,研究结果表明,对于岩石材料,其均质度对受压岩体内裂纹的演化具有重要意义。对于不同均质度范围,洞室围岩将表现出较高均质度的层裂破坏或较低均质度的局部弱化失效两种特点。     

岩巷围岩介质中冲击震动波传播效应数值模拟及频谱特性分析

为了研究冲击矿压发生时岩巷围岩介质中冲击震动波传播衰减规律以及巷道围岩响应特征,以传播效应分析模型为基础,采用FLAC3D模拟软件建立数值模型,在模型内部加载冲击震源动力条件,并分别在指定位置布设冲击震动波监测点,利用Dynamic动力分析模块进行模拟运算,运用MATLAB软件对各测点采集的冲击震动波信号进行频谱特性分析,进而研究岩巷围岩介质中冲击震动波传播效应。研究结果表明:(1)冲击震动波能量沿巷道走向与震源的距离呈幂关系衰减,短距离内震动波能量衰减很快,达到一定距离后能量衰减不明显。(2)顶板监测到的冲击震动波能量最大,肩窝受到的震动影响次之,帮部和底板区位受到的震动影响相对最小。这些结论为进一步研究冲击矿压发生过程中冲击震动波传播规律以及对煤矿巷道的损伤破坏特点提供理论基础。     

冲击地压、岩爆、矿震的关系及其数值模拟研究

全面论述了冲击地压、岩爆与矿震现象，对其进行了具体定义，指出三者之间的关系。采用数值计算手段对冲击地压与岩爆现象进行对比分析，指出它们的异同。在此基础上，建议对“冲击地压一、“岩爆”和“矿震”这3个术语区别使用。     

深井巷道掘进围岩演化特征模拟与扰动应力场分析

 深井巷道围岩扰动应力场与开挖扰动区的形成密切相关。然而,受现场地质条件和监测技术制约,尚难以准确获得围岩扰动应力的演化过程。为此,首先通过原位监测得到深井巷道围岩开挖扰动区的演化特征;然后,基于监测结果利用反分析的方式构建能较为准确地模拟围岩开挖扰动区演化特征的数值模型;最后,通过这一模型分析了深井巷道掘进过程中围岩扰动应力场的演化特征。研究结果表明：当工作面未掘进至监测断面时,由于工作面前方岩体空间约束,测点应力值基本没有变化;当工作面掘进过监测断面后,巷道帮部、顶底板的主应力大小和方向均发生了变化;通过对比扰动应力场与原位监测得到的开挖扰动区的演化特征,发现两者的部分演化特征较为相似。     

深井上下山煤柱区巷道围岩响应特征数值模拟及其灾害控制

深井上下山煤柱区巷道围岩应力高度集中,矿压显现剧烈,是煤矿动力灾害多发区。文章通过FLAC~(2D)数值模拟及微震监测等对深井上下山煤柱区巷道围岩响应特征进行研究。结果表明:随着7、9煤层两侧工作面的开采,上下山巷道围岩应力、位移、塑性区分布等响应特征均不断增加,且上升趋势越明显,越易发生冲击破坏;针对不同的开采阶段及矿压显现,提出针对性的煤柱区动力灾害控制措施。研究成果为深井煤岩动力灾害防治提供借鉴和指导。     

煤矿冲击矿压动静载的“应力场–震动波场”监测预警技术

为提高煤矿冲击矿压监测预警的针对性与准确性,基于煤岩破坏的不同裂隙发展阶段与微震、应力、声电等参量响应的关系,建立煤岩冲击破坏的多信息归一化预警力学模型,并将冲击矿压危险分为无、弱、中等与强4个等级。提出动静载叠加诱发冲击矿压的原理,结合弹性波CT成像技术与煤岩震动的微震采集,提出定期反演空间应力场(静载)的"震动波CT"预警方法,选取震动波波速异常和波速梯度异常作为预警指标;基于微震监测,分别构建了时间与空间序列的冲击变形能指数,提出短临预测时空震动场(动载)的"冲击变形能"预警方法;以此,形成了基于时空架构的冲击矿压"应力场–震动波场"综合监测预警技术。该技术在义马矿区和大屯矿区等开展工程应用,实现了冲击矿压危险的时间与空间、定期与短临相结合的分期分级预警,综合预测准确率达到了80%以上。     

岩溶隧道施工围岩变形动态监测与仿真分析

 岩溶区隧道因受岩溶发育程度、岩溶位置等影响,其围岩位移特征与一般隧道存在较大区别。以达成高速铁路宝石岩隧道为工程背景,对侧部含有溶洞的隧道围岩变形进行现场监测研究,并运用有限差分软件FLAC3D进行仿真分析,现场监测和仿真分析所得围岩变形规律基本一致。结果表明：隧道开挖后,围岩分别向溶洞和隧道内变形,溶洞与隧道之间的围岩向两个相反的方向变形,是较危险区域;靠近溶洞的隧道左侧特征位置的位移值要比远离溶洞的隧道右侧相应部位的位移值大,其中,左边墙的水平位移是右边墙的2倍左右。随着开挖断面处溶洞尺寸的逐渐增大,拱顶下沉位移增量最大,边墙水平位移增量次之,腰拱水平位移增量最小。溶洞顶部下沉位移和靠近隧道的溶洞右侧部水平位移较大,溶洞其他部位的位移值较小。侧部含有溶洞的隧道,其围岩变形的非对称性容易使隧道受“偏压”。所得结论可为同类隧道的设计、施工和研究提供有益的借鉴和参考。     

变埋深下软弱破碎隧道围岩渐进性破坏试验与数值模拟

 以一定范围内埋深(25～60 m)的3车道公路隧道软弱破碎围岩(公路隧道IV级)为研究对象,研制相似模型材料和配套试验设备,再现开挖后围岩的渐进性破坏全过程,分析不同埋深下围岩的应力场特征。通过模型材料室内试验获取岩体相关计算参数,引入弹塑性损伤本构模型对试验工况进行有限元数值模拟,计算结果与模型试验吻合较好。综合模型试验和数值模拟结果,可以得出以下结论：(1) 围岩破坏区是隧道塌落荷载的来源,主要集中在拱顶上方区域,在两侧边墙下方和拱底也有局部存在;(2) 隧道埋深对围岩破坏区域大小有重要影响,随着埋深的增大,围岩破坏区域呈渐进扩大趋势;(3) 围岩内的周向应力在隧道开挖后先升高而后逐渐降低,其最大值所在位置即对应压力拱位置,且该位置随着破坏区域的扩大而不断向围岩内部移动,形成动态压力拱现象;(4) 通过对围岩内部周向应力最大值的测试来获取隧道压力拱范围,并进而确定围岩塌落荷载大小,这在理论上是可行的。     

软弱巷道围岩变形破坏综合分析

 针对软弱回采巷道变形破坏严重的问题,进行巷道围岩的岩层结构、力学参数及成分的试验研究和巷道变形破坏的实测分析。试验研究表明巷道顶底板属遇水膨胀软岩,煤层内生裂隙和构造裂隙发育,锚固可靠性差,难以形成稳定、有效的承载结构。实测分析表明巷道顶底板和两帮变形大,底鼓严重,现有的支护方式不适应围岩非线性、大变形的要求,必然导致支护失效。在试验和实测的基础上,提出锚棚联合支护的综合加固措施,并取得显著的应用效果。     

深井煤层巷道围岩控制技术及试验研究

分析深井煤层巷道围岩变形特征和支护失效的原因，提出此类巷道的内外结构耦合平衡支护原理。对深井煤层巷道的围岩控制，必须有较高强度的支护结构参与巷道开掘后围岩应力的调整过程，减少围岩内部煤体强度损失。在巷道周围应尽快形成稳定内部承载结构，这样才能缩小围岩塑性流动区的范围，维护巷道的稳定。进行工业性试验，取得较好效果。     

井巷围岩的延迟失稳机理分析

针对煤矿井巷围岩层状结构特征和流变特性,建立了围岩延迟失稳的粘弹性板屈曲模型,用粘弹性理论分析了具有层状（裂）结构特点的围岩延迟失稳特性,讨论了扰动载荷对围岩稳定性的影响以及冲击矿压发生的时间延迟问题,并进行了简单的实例计算,其结果对工程实践有一定的参考价值。     

静态和动态载荷作用下岩石劈裂破坏模式的数值模拟

简单介绍了岩石破裂过程分析程序模拟岩石在动载荷作用下破裂过程的原理和功能,并用该程序研究岩石试样在静态和动态载荷作用下的劈裂破坏过程。数值模拟再现了岩石在静态和动态应力作用下破裂模式的差异,给出了在不同冲击应力波幅值条件下岩石试样的3种典型的破裂模式。数值模拟表明,在动态加载时,应力波幅值较低时试样表现出与静态加载时类似的破裂模式,随着应力波幅值的增加,其他2种典型破裂模式就表现出来。     

综放采场覆岩冒落与围岩支承压力动态分布规律的数值模拟

在岩层控制的关键层理论基础上，运用RFPA2000软件，模拟了综放采动覆岩的冒落过程，得到了采动覆岩的破断垮落规律和围岩支承压力的动态分布规律，进而得到了综放采空区的支承压力分布情况。采空区的破碎冒落覆岩可划分为3个区，即自然堆积区、结构支撑区和压实稳定区，这对老塘破碎岩体压实状态描述及渗流特性分析具有重要的参考价值。     

基于断层带瓦斯突出的巷道冲击波对围岩的三维动力效应

 为了探索断层带瓦斯突出对巷道围岩的三维动力效应问题,基于峰值超压和速度方程等波动基本理论,结合大平煤矿10.20瓦斯突出事故,应用LS-DYNA与LS-PrePost有限元软件,对冲击波传播特征以及巷道围岩的破坏规律进行了数值模拟。研究结果表明：(1) 沿巷道轴向,在扇形冲击波前锋与巷道顶板交界部位,岩体冲击质点的动力响应最为明显,速度峰值可达到78.015 cm/s,构成巷道围岩最大破坏区;最大破坏区前方为冲击波作用的盲区,岩体动力响应比较弱,本案例盲区长度约为2.1 m;最大破坏区后方为冲击波作用的衰减区。衰减区内围岩仍有侵蚀现象,本案例侵蚀区极限长达280 m;(2) 在巷道横向剖面上,冲击波对巷道侧壁的侵蚀相对较轻。距离掌子面120 m以内的范围内,顶板节点的速度和位移峰值均比侧壁节点的相应值高2～4倍;而120 m以外,顶板和侧壁的速度与位移值逐渐趋于相同。(3) 当岩体较为软弱时,其冲击质点振幅较大。当岩体弹性模量减小到0.05 GPa时,振幅已增加到64.776 mm,巷道破坏效应也相应增大。而硬岩中的冲击波衰减较慢,容易诱发地(矿)震。     

软弱围岩段隧道施工过程中围岩位移的三维弹塑性数值模拟

以渝黔二期工程笔架山隧道埋深最大的软弱围岩段实体建模，应用有限元程序对其施工全过程进行三维弹塑性数值模拟，从而得出该段某一指定横断面上各点围岩沉降及水平位移随开挖过程的变化规律和数值大小。计算结果表明：对沉降和水平位移影响最大的是在指定段前后各3m的范围内，约占其总量的2／3，而上台阶开挖的影响又明显大于下台阶开挖；在掌子面未开挖之前，围岩沉降和水平位移均已完成40％先右；从横断面上看，围岩位移比较明显的区域主要集中在距洞壁3～5m处。另外，现场实际量测拱顶下沉数据和拱腰水平收敛值与计算数据的相互比较表明，两者变化规律吻合较好。