一种分析粘弹性岩体中水平圆形硐室变形特性的新模型

利用分数导数Kelvin固体模型,并结合Mittag Leffler函数,在不考虑体积变形的情况下,分析了粘弹性岩体中水平圆形硐室的变形特性,得到了位移及其应变随时间变化的规律;该模型考虑了瞬时弹性变形及其蠕变的非线性特性。     

声发射等多种技术在采空区稳定性监测中的应用

介绍了岩体声发射技术及应力、位移观测在云南某铜矿采空区稳定性监测中的应用情况,分析了监测过程中岩体声发射信号的变化特性以及采空区稳定性变化对区域内巷道和采场的影响,对矿山采空区监测预报作了初步的探讨.     

围岩流变特性对隧道二衬支护时机的影响

为了研究岩体流变特性情况下隧道二衬的支护时机,首先推导了在考虑围岩流变特性时,衬砌抗力、位移及围岩的位移表达式;然后以广梧高速公路茶林顶隧道岩体为工程背景,探讨了考虑岩体流变情况下,隧道二衬支护时机的确定方法,并对比了围岩拱顶下沉实测值和理论计算值。结果表明：(1) 理论分析所建立的衬砌抗力、位移及围岩的位移表达式中均包含了时间参数,可确定达到不同衬砌抗力、位移及围岩位移所需要的时间;(2) 围岩拱顶下沉实测值和理论计算值表现出相同的发展规律,验证了所建立方法的正确性。     

采空区悬顶岩梁模型的蠕变分析

为了对煤岩体的蠕变特征、长期强度、破坏特征,以及煤岩体结构和围压等影响因素进行研究,主要探讨了材料在应力、应变、湿度、温度、辐射等条件下,材料与时间因素有关的变形、流动和破坏的规律。在前人所求得的弹性解的基础上结合蠕变模型,在方程中考虑了时间因素,对采空区悬顶板梁模型进行了时间相关性分析得出其延迟失稳的三种情况。     

不同采出率下覆岩移动的数值模拟

为准确而有效的掌握条带开采上覆岩层移动规律,采用FLAC3D数值模拟软件,对辽宁省灯塔市西马煤矿北二采区西上岗子村下压12煤在不同采出率开采条件下,采空区上覆岩层变形传播规律进行研究,对采空区覆岩及对应地表布设位移测点得到竖向和水平位移变化曲线.研究结果表明:随着采出率由40%增加到50%,再到60%,采空区顶板测点最大竖向位移增量分别为51.51 mm和119.56 mm,对应地表最大竖向位移增量为17.38 mm和65.67 mm,而水平位移随采出率变化关系与竖向位移相似,但其受到开采影响范围相对小一些;当采出率一定时,在同一位移观测线上,采空区顶板对应测点移动变形量大于煤柱顶板对应测点的移动变形量,这种高差趋势向地表方向而逐渐减小.最后,通过对竖向位移与采出率变化关系进行拟合分析,得到采空区顶板和对应地表最大竖向位移与采出率呈幂函数增长关系.     

水平爆破波作用下采空区顶板累积破坏效应分析

采空区上部进行爆破作业时,爆炸应力波产生的水平爆破波将会对采空区顶板及其围岩形成动力加载,采空区顶板及其围岩将会出现累积破坏。当这种累积破坏积累到一定程度时,将导致顶板突发性冒落和塌陷,对采空区上方作业人员和采掘设备构成潜在安全隐患。基于现场实测的水平爆破波速度时程曲线,构建FLAC3D三维数值计算模型,考虑在机械施工设备荷载的影响下对采空区顶板施加水平爆破荷载,揭示水平爆破波作用下的采空区顶板和采空区围岩损伤破坏区域的发展、应力集中程度变化情况,并通过监测点位移变化曲线,揭示了在水平爆破波反复作用下,采空区顶板及采空区围岩的动态变形响应特征和渐进位移累积效应。为保障类似工程的安全施工,提供了理论基础和技术依据。     

煤岩体蠕变-渗流耦合数值模拟

针对煤岩体具有流变性,蠕变是流变的主要形式问题,遇水后煤岩力学性质发生显著变化,造成煤岩体的变形和失稳,导致重大工程事故的发生。基于等效连续介质模型和流变学的理论,建立煤岩体流变场与渗流场耦合作用下的流变模型,推导相应的直接耦合总体控制方程,并应用于解决煤岩体层状边坡长期稳定性;基于FEPG软件平台,编制蠕变破裂-渗流耦合模块,分析煤岩体层状边坡各设定监测点随时间演化应力变化规律,以及其监测点水压随时间的变化,位移的变化规律,并对模型监测点在蠕变破裂和蠕变破裂-渗流耦合两种情况下的水压变化进行了对比分析,为煤岩工程的长期稳定性提供理论方法和实际预测依据。     

采空区顶板蠕变损伤断裂分析

为了改进采空区顶板管理方式,必须掌握顶板断裂的滞后性.顶板断裂的滞后性是顶板岩层蠕变损伤的结果.基于Kachanov蠕变损伤理论对采空区项板的蠕变损伤过程进行了解析分析.采空区顶板的蠕变损伤断裂经历断裂孕育和裂隙扩展两个阶段.断裂孕育时间随材料的蠕变指数、上覆岩层压力的增大而减小;裂隙扩展时间也随材料的蠕变指数、上覆岩层压力的增大而减小,但随岩石的抗拉强度增大而增加.     

基于软破围岩锚喷支护位移理论的隧道支护时间分析

从软破围岩锚喷支护位移理论出发,结合野狐岭二号隧道工程实例,运用理论分析和现场监测,研究了软破围岩隧道开挖过程中围岩的时间和空间效应,并对空间围岩位移的释放进行了分析.在此基础上,根据围岩的围岩流变曲线进行合理的支护时间选择.结果表明,软破围岩隧道开挖后的时间和空间效应明显,易产生过大的位移,岩体流变的结果能够导致围岩或支护结构破坏.由于软破围岩存在流变特性,通过现场监测和理论计算,根据位移流变曲线确定合理的二次支护时间,突破了过去经验或类比的支护时间确定方法,相关设计参数与现场实际监测数据非常吻合.     

吸力式沉箱基础考虑土体流变效应的p-y曲线法

为了考虑土体流变效应对吸力式沉箱基础承载特性的影响,通过建立理想弹塑性p-y曲线法中土抗力系数与时间变量之间的关系,提出了一种考虑土体流变效应的吸力式沉箱基础长期性能分析方法.基于2组不同水平荷载作用下的长期模型试验,采用Matlab拟合土体参数试验数据,获得关于时间变量的理想弹塑性p-y曲线模型,并采用该方法对模型试验结果进行分析.结果表明:在长期模型试验中位移与土压力发展主要集中在试验前期,后期位移与土压力稳定需要更长时间,土体流变效应较为明显.理论计算值与实测值随时间变化规律类似,理论计算结果与试验结果相差8%左右,说明长期水平荷载下考虑时间因素的p-y曲线计算结果能较好地吻合试验值.     

综放沿空煤巷不同支护方式围岩变形演化规律的数值模拟

针对综放开采沿空掘巷围岩控制的问题,采用数值模拟方法,以山西兰花集团公司大阳煤矿3203综放回风顺槽为研究对象,利用FLAC3D计算程序系统模拟了留设5m煤柱护巷时回采巷道围岩和小煤柱应力演化过程,对无支护、有支护情况下的巷道顶、底板及两帮的应力分布特征,巷道围岩位移特征和沿空煤巷围岩破坏区演化规律进行了对比分析.结果表明,锚杆(索)支护形式能有效控制围岩变形破坏,并且施加锚杆(索)支护后围岩松动范围能有效控制在锚杆(索)锚固范围之内,为保证综放沿空煤巷的稳定提供了理论与技术依据.     

挂帮矿充填法开采对高陡边坡及采场围岩稳定性的影响

以大冶铁矿高陡边坡下2#挂帮矿回采为工程背景,首先采用GEO--SLOPE软件对挂帮矿开采中边坡稳定性进行了分析;然后通过现场监测及模型相似实验相结合的手段,研究矿柱及围岩的应力及位移变化规律,探讨了挂帮矿充填法开采对采场围岩稳定性的影响.研究表明挂帮矿所在露天初始边坡经过扩帮及内部开采后,安全系数平均值由1.274下降至1.005,边坡稳定性较差;目前空区采场矿柱及围岩稳定性较好,但必须对现有采空区进行充填,改变空区及矿柱应力集中状态,才能进行矿柱及顶底板矿石回采.     

改进Verhulst模型与灰色效果测度的软岩巷道顶板破坏规律分析

为了对软岩巷道顶板的位移进行有效预测,防止因顶板位移过大而使得巷道破坏带来损失,利用改进Verhulst模型与灰色效果测度理论对软岩巷道顶板破坏规律进行分析。利用位移监测手段对矿山部分巷道顶板位移进行监测,利用预测精度更高的改进Verhulst模型对检测结果进行分析,得到巷道顶板的最终位移,并判断巷道破坏情况。对影响巷道顶板位移的顶板地应力、围岩质量、巷道跨度以及支护方式等因素灰色效果进行综合测量,将测度值与巷道破坏情况相结合,得到矿山各巷道顶板的宏观稳定性评价结果。研究结果表明:当灰色预测效果测度值在0～0.705 1之间时,巷道是比较稳固的,为巷道进行二次支护提供了依据。     

硬岩采场新型预应力膨胀支柱的研发及应用

针对硬岩采场原岩矿柱损失率高、传统人工矿柱无法有效接顶等难题，利用自主研制的膨胀材料水化反应后体积增大特性，研发一种新型预应力膨胀支柱;基于室内和现场工业试验，测定其膨胀力学性能和承载机制.试验结果表明，桶式膨胀装置(即膨胀支护动力源)在约束条件下，随着膨胀材料装填量的增加，其主动支撑力增加，且增幅逐渐加大;在全约束且满装膨胀材料的条件下，主动支撑力可达500kN.预应力膨胀支柱具有架设周期短(约4h)、主动支撑力大(约600kN)的优点;在房柱法残留矿柱回收过程中，预应力膨胀支柱呈现出应变硬化承载特性，原岩矿柱的负载能够成功地转移至预应力膨胀支柱之上;在确保顶板安全的条件下，试验采场经济效益增加170万元.     

Structure instability forecasting and analysis of giant rock pillars in steeply dipping thick coal seams

Structure stability analysis of rock masses is essential for forecasting catastrophic structure failure in coal seam mining. Steeply dipping thick coal seams (SDTCS) are common in the Urumqi coalfield, and some dynamical hazards such as roof collapse and min-ing-induced seismicity occur frequently in the coal mines. The cause of these events is mainly structure instability in giant rock pillars sand-wiched between SDTCS. Developing methods to predict these events is important for safe mining in such a complex environment. This study focuses on understanding the structural mechanics model of a giant rock pillar and presents a viewpoint of the stability of a trend sphenoid fractured beam (TSFB). Some stability index parameters such as failure surface dips were measured, and most dips were observed to be between 46° and 51°. We used a digital panoramic borehole monitoring system to measure the TSFB’s height (ΔH), which varied from 56.37 to 60.50 m. Next, FLAC3D was used to model the distribution and evolution of vertical displacement in the giant rock pillars;the re-sults confirmed the existence of a TSFB structure. Finally, we investigated the acoustic emission (AE) energy accumulation rate and ob-served that the rate commonly ranged from 20 to 40 kJ/min. The AE energy accumulation rate could be used to anticipate impeding seismic events related to structure failure. The results presented provide a useful approach for forecasting catastrophic events related to structure in-stability and for developing hazard prevention technology for mining in SDTCS.     

综放沿空留巷围岩控制机理

采用适于分析岩层断裂和垮落的数值分析软件UDEC建立相应的数值分析模型,分析了留巷前巷道支护形式、充填体宽度、充填方式、充填体强度和端头不放顶煤长度等对综放沿空留巷的作用和效果.研究结果表明:留巷顶板下沉是老顶回转运动与围岩变形的综合反映;充填体上方顶煤位移由老顶岩层运动引起,由浮煤和充填体压缩变形以及充填体承载前预留变形量3部分组成;留巷前巷道支护形式无法控制老顶回转量,但锚网支护巷道留巷效果比架棚巷道好;端头留设一定长度的顶煤不放,有利于老顶回转触矸后形成具有自稳能力的承栽结构.当采用综放沿空留巷时,在保证顶煤及项板稳定前提下,合理利用围岩移动规律,确定合理充填方式和充填体强度,就能保证充填体稳定,达到很好的留巷效果.     

加固顶板和两帮控制回采巷道底臌研究

回采巷道围岩是由顶板、两帮和底板共同组成的复合结构体,各部位的岩体强度、应力状态及变形破坏等特性方面的差异显著,尤其受采动影响后,巷道围岩各部位变形发展不均匀性显著,往往造成巷道围岩产生结构性失稳破坏。为提高巷道围岩的结构稳定性,通过理论分析和数值模拟分析了提高顶板和两帮强度对底板岩层稳定性的影响。研究结果表明:加固顶板减小了顶板挠曲位移量,同时可以促使围岩应力向深部围岩转移,降低了底板岩层的应力集中程度,有利于控制底板变形;加固两帮可以提高巷道两帮围岩强度,促使应力向两帮转移,有利于减小发生底鼓的底板岩层宽度和两帮移近量,从而减小底板的挠曲效应和压曲效应。分析结果还表明,加强两帮对于减小底鼓量的效果更为明显。在上述分析的基础上,进行了加固顶板和两帮控制巷道底鼓支护技术的现场工业性试验,试验结果表明加固顶板和两帮可有效地控制巷道底鼓。     

Undersea safety mining of the large gold deposit in Xinli District of Sanshandao Gold Mine

The exploration of undersea resources becomes popular as land resources decrease. Researches were conducted with emphasis on the safety and efficiency of undersea mining of the large gold deposit in Xinli District of Sanshandao Gold Mine. A series of tests for the physical and mechanical characteristics of rock mass were carried out, and the three-dimensional geo-stress distribution was tested in the mining area. Further, a similar experimental simulation platform, which revealed the mechanism of water inrush and ascertained the reasonable thickness of the safety isolate layer, was established for the undersea mining. Meanwhile, the feasibility of cancelling the ore pillars and the safety conditions was checked by numerical simulation. The simulation results show that it is safe to exploit the ore body below the -85 m level (presently, the exploitation level is below -160 m in Xinli District), and the ore pillars can be cancelled below the -560 m level. Furthermore, a novel backfill method was designed to reduce the rock strata disturbance and settlement, and the settlement of roof strata was monitored during the mining process. Engineering practice shows that the settlement of roof strata was small and that no disaster happened. This indicates that the undersea safety mining technology of the large gold deposit is achieved in Xinli District.     

煤矿岩层与地表移动机理和规律的再认识

本文认为,发生在煤柱上方地表和采空区上方地表的下沉机理和规律是载然不同的.煤柱上方的下沉是在开采引起的附加应力作用下煤层和岩层的压缩值.其分布与附加应力相对应.采空区上方的下沉是岩体在自重应力作用下向采空区的竖向移动.岩体内部的水平移动是波松效应引起的岩体横向膨胀.     

富水岩溶隧道下穿充填型溶腔技术措施及力学分析

为解决富水岩溶地区隧道下穿充填型溶腔时发生的突水涌泥灾害,以云南玉磨铁路巴罗二号隧道为背景。运用有限元软件MIDAS GTS NX建立充填型溶腔处治前后两种工况下的隧道模型,对两种工况进行力学分析,提出在充填溶腔位置采用超长管棚加固的方法对围岩变形进行控制,并通过现场试验段验证超长管棚加固效果。结果表明：在采用超长管棚加固后,溶腔与隧道间塑性贯通区消失,围岩竖向位移降低76.3％,左侧拱腰收敛降低63.85％,模拟值与现场实测值吻合度较高,证明采用超长管棚加固后隧道结构稳定性明显增强。超长管棚弯矩值和轴力值随开挖进度不断增大,但分布逐渐均匀,超长管棚应变解析解与软件模拟数值解分布规律基本一致,表明管棚在稳定围岩方面效果显著。现场试验段应用超长管棚加固措施后,围岩变形量值得到有效控制施工工期缩短,有效提高施工效率且效果良好,保证了后续施工的安全。