交错式充填对采空区上覆岩层的影响

针对充填开采成本较高、条带开采煤炭采出率较低等问题,根据某矿的地质资料,运用FLAC3D软件模拟交错式充填法和垮落法开采过程中上覆岩层的应力分布、垂直位移变化情况.结果表明：当采高为1 m、煤层距地表178.8 m时,垮落法开采的采空区中部出现0～4.1 MPa的拉应力;交错式充填的采空区上部压应力为2.0 ～3.0 MPa,采空区充填区域压应力为3.0 ～4.0 MPa,应力均小于原岩应力.垮落法采空区中部上覆岩层位移最大,向两侧逐渐减小;交错式充填采空区上覆岩层的位移较小,最大下沉量为0.006 m.在降低充填成本的情况下,交错式充填法能够有效控制采空区上覆岩层应力分布和下沉量,为“三下”采煤提供理论依据.     

急倾斜厚煤层采空区稳定性分析及注浆治理效果评价

以某急倾斜厚煤层采空区为对象.首先,通过数值模拟软件进行空区形成模拟,分析最大主应力与竖向位移特征,结合实测数据评价模拟的符合性.结果表明:空区上覆岩层偏向下山煤柱处、上山煤柱偏向下伏岩层处、上覆岩层与上山煤柱交汇处随着集中应力的减小而初期破坏减弱;空区下伏岩层偏向上山煤柱处、下山煤柱与下伏岩层交汇处、下山煤柱偏向上覆岩层处随着应力的增大而初期破坏增强;地表模拟与实际沉降量高度吻合,可以反映空区围岩实际情况.其次,进行空区煤柱失稳模拟,分析并评价围岩的稳定性.表明空区场地最大剩余沉降量为0.3～0.9 m,能破环建筑地基,空区围岩处于失稳状态.最后,模拟空区注浆充填治理,结合现场监测数据评价治理效果.表明现场与模拟监测点最终竖向位移差值在-2.3～8 mm范围,两者基本一致,注浆治理效果显著.可见注浆充填法能有效治理当地类似急倾斜厚煤层采空区失稳问题.     

多煤层采空区对上部拟建建筑物稳定性影响

为研究多煤层采空区对上部拟建建筑物稳定性影响,利用概率积分法和数值模拟法,分析多煤层逐层开采完后并施加上部结构荷载后采空区覆岩的应力和位移变化特征。结果表明:当上部煤层开采后,在采空区工作面两端有围岩应力集中现象,当下部煤层开采后,上部煤层采空区两端应力进一步增大的趋势;上部煤层和下部煤层开采后最大沉降均发生于采空区顶板中部,自顶板至地表逐渐降低,地表沉降自中部向两侧逐渐降低,且呈对称关系;煤层开采应力释放后,采空底板处有轻微隆起;当上部荷载施加后,采空区地表水平、竖直位移量和应力比之前均有所增大,但采空区场地整体仍处于稳定状态。建议对拟建的建筑物采用柱下独立基础加联系梁以提高其整体刚度,严禁采用桩基础等易引起下部采空区活化的基础形式。通过与后期地表监测数据对比,显示数值模拟方法计算的地表下沉值预测结果与实际较为接近。表明在选用合理的地质力学参数的情况下,运用该方法进行多煤层采空区沉降预测是可行的,对类似的矿山问题的分析解决有一定的借鉴和指导意义。     

长臂充填开采上覆岩层移动规律数值模拟

针对王河煤矿10903工作面在开采过程中引起地表下沉问题,用RFPA2D软件对不同弹性模量充填材料下的充填开采和全部垮落开采进行数值模拟,模拟了全部垮落法开采时岩层破坏和裂隙分布情况,全部垮落法随工作面推进关键层及地表下沉情况;不同弹性模量充填材料下的充填开采随工作面推进关键层及地表下沉情况.结果表明：全部垮落法开采会引起地表的塌陷,而充填法能有效控制关键层弯曲下沉量和地表沉陷.充填体弹性模量从1 GPa增加到5 GPa时,工作面前方垂直应力集中程度逐渐降低,关键层下沉量逐渐减小,最大下沉量从510 mm 减小至285 mm.最后通过地表沉陷观测验证了充填材料配比和数值模拟计算的合理性.     

浅埋暗挖地铁隧道不同工法对地表沉降的影响

浅埋暗挖地铁隧道施工期地表沉降量对施工安全具有重要意义。本文采用有限差分软件FLAC3D对Ⅵ级围岩条件下大跨度浅埋暗挖地铁隧道进行了数值模拟,分析了不同的施工方法对地表沉降的影响。结果表明：不同的施工方法对地表沉降影响显著,双侧壁导坑法和CRD法在软弱围岩条件下能很好地控制地表沉降,CD法在围岩相对较好时也能满足沉降控制要求;在相同条件下,双侧壁导坑法施工引起的地表沉降稍小于CRD法,CD法的沉降最大;在围岩较差时,地表最终沉降曲线中心稍偏向后开挖一侧,随着围岩条件变好,这种趋势逐渐减弱,地表沉降曲线将对称分布于隧道中线二侧。     

动力扰动下深部采空区围岩力学响应及充填作用效果

针对深部采空区承受高静载同时受到周边采场爆破地震波扰动的具体情况,为研究采场围岩的稳定性,应用应力波方法分析了采空区围岩受到侧崩时的动力响应及充填的支护效果,采用有限差分软件FLAC3D模拟了安徽省铜陵的冬瓜山铜矿典型采场受到周边开采爆破侧崩时的动力特征及全尾胶充填的支护效果。分析结果表明:爆炸地震波传播过程中,围岩应力场受到扰动,采空区自由面振动速度幅值约为围岩内部的2倍,围岩产生新的塑性变形,质点位移增加;对采场进行充填能够降低接触面振动速度,减少围岩塑性变形及质点位移,从而保护了采场间柱,提高采场围岩稳定性。     

基于采矿环境再造的再构空间结构稳定性分析

软破矿体高效安全开采是一个现代采矿技术难题.基于采矿施工过程力学、结构力学理论基础,提出了采矿环境再造的新采矿技术与理论,即利用钢筋混凝土实现采矿空间结构再构,并以再构空间环境开展采矿作业.以Ansys软件为工具,对采矿环境的空间再构的结构进行数值模拟试验,分析其应力、变形和混凝土的裂隙演化状态.在采空区未充填和充填两种模式下,再构空间结构的最大垂直位移分别是0.30 m和0.14 m,而最大的拉应力达到3.8 MPa,最大压应力达到42.2 MPa.而采矿过程中,未充填的人工再构顶板结构混凝土中存在大量的二维裂隙,并且在顶板中心位置存在部分三维裂隙发育.结果表明,在进行采矿环境再构的构筑物,能够承受采动过程中的应力转移,但由于裂隙的存在,顶板需要采用合理的锚支补强和空区充填技术,强化再构顶板构筑物的安全稳定性.     

台阶长度对软岩隧道台阶法施工影响分析

软弱围岩隧道施工时,围岩变形过大会对施工安全造成威胁.本文利用数值软件建立成昆铁路新白石岩隧道V级围岩洞口段的三维模型,模拟分析比对微台阶法和短台阶法隧道开挖引起的围岩位移和应力变化情况.结果表明:减小开挖台阶长度能够有效减小上台阶开挖引起的拱顶沉降和地表整体沉降;采用微台阶法施工可减小开挖引起的围压变形,保证施工的安全进行.     

从采充均衡论煤矿部分充填开采模式的选择

针对矿山充填开采中的3个采充均衡问题:采矿生产能力与充填生产能力、回填体积量与充填料供应量、充填成本与采矿效益;通过对比分析金属矿和煤矿的采充均衡问题,揭示金属矿选择采空区全部充填法可以实行采充均衡,煤矿淘汰该充填法的本质原因是不能实现采充均衡;提出的煤矿部分充填新概念是结合煤系矿床工程特点和充填目的的,从采充均衡角度阐述了部分充填可行性.     

隧道开挖对地表沉降影响的数值分析与沉降预测

文章以隧道开挖引起地表沉降变形为研究对象,采用FLAC 3D有限差分软件模拟隧道开挖施工过程,分析了在不同地质条件下不同开挖方法引起的围岩或土体应力场、位移场变化,对比分析在不同的围岩级别、开挖形状等条件下隧道施工引起的地表沉降变形规律;同时利用最大隧道周边位移值作为孔隙厚度,计算地层损失率,预测地表沉降槽,结果表明,地表沉降曲线与Peck沉降理论曲线吻合较好;比较了4种地表开挖方法的地表沉降值,给出了在不同的地质条件下更加符合实际的开挖方法,为实际施工分析提供一定的理论依据。     

上盘矿柱诱导冒落回收力学分析

针对缓倾斜、中厚矿体高效开采方法研究中,上盘岩体含水、破碎,回采爆破易造成该岩体损伤、破坏而导致贫化过早,涌水量增大,矿石结块,放矿困难等问题,提出预留上盘矿柱,减缓爆破震动对上盘围岩损伤;同时在下分段布置诱导炮孔,破坏残留区域根基,诱导预留矿柱冒落,达到回收矿柱的目的.采用Flac3d对回采过程中预留矿柱的应力、位移、塑性区等扩展、发育过程中力学机制进行模拟分析,反演了回采过程中预留矿柱对减缓上盘岩层破坏力学过程,得出在分段上盘预留2 m厚的三角保护矿柱,可有效地控制塑性区的发展,有利于维持上盘的稳定性,且在下分段拉槽时,进行诱导崩落,可以将该矿柱完全回收.     

城市浅埋隧道流固耦合施工效应对地表沉降的影响

采用ABAQUS有限元软件分析了浅埋隧道施工在考虑地下水情况下对地表沉降的影响,并与未考虑流固耦合效应进行比较.结果表明,流固耦合计算的地表沉降作用范围比未考虑流固效应要大的多,该研究为控制地表沉降及围岩变形提供了可靠的施工依据.     

兰州红砂岩地层地铁站深基坑变形规律分析

为研究高水位红砂岩地层基坑降水开挖引起的变形规律,以兰州东方红广场地铁车站深基坑工程为背景,对基坑降水开挖过程中桩体水平位移以及坑周地表沉降进行现场监测.采用有限差分软件Flac3D对基坑降水开挖过程中的位移进行模拟计算.监测结果表明:随着基坑开挖深度的增加,桩体最大水平位移的位置逐渐下移,最终靠近基坑底部,大约在坑底以上1～2 m;地表最大沉降值出现在距离基坑边5～7 m处,大约0.29～0.41倍的基坑开挖深度;桩间水土流失是造成地表沉降过大的主要原因.模拟结果与实测结果对比分析得出:地表沉降模拟值与监测值变化趋势基本一致;桩体在距地面小于12 m部分其水平位移模拟值与实测值非常接近,大于12 m部分实测值明显大于模拟值.     

曲线隧道施工引起地表沉降槽峰值偏移规律

由于曲线型盾构隧道卸荷扰动区的不对称性,使得隧道施工后地表沉降槽峰值出现了一定的偏移.故为便于对曲线型盾构隧道沉降峰值的偏移规律进行定性及定量分析,利用Midas/GTS有限元软件,以隧道的不同线路半径作为变量设定多个模拟工况,建立三维模型进行分析研究,且采用Origin软件对模拟的计算结果进行函数拟合;最后,依托乌鲁木齐市南农区间8标段小半径曲线盾构隧道的工程实例进行验证 研究表明:围岩变形、地表沉降峰值及地表沉降槽宽度均随曲线型隧道线路半径的增大而呈现出减小的趋势;地表沉降槽峰值点的偏移距离与隧道的线路半径关系近似反函数曲线.     

软土地基上高速公路沥青路面结构设计

在软土地基上修筑高速公路会产生不均匀沉降,不均匀沉降在沥青路面结构内部又会产生较大的附加应力,从而加速沥青路面的破坏.因此,在软基上修筑道路,必须选择合理的路面结构,从而降低不均匀沉降对面层结构的影响.基于ABAQUS有限元计算方法可知在沥青面层结构下设置级配碎石夹层结构可以有效地降低应力控制层层底水平附加应力,并具有较好的防止反射裂缝的作用,对于在软土地基上修筑沥青路面结构有着一定的参考价值.     

深井开采回采顺序数值模拟优化研究

采用大型矿业软件Datamine构建了冬瓜山矿的地表、岩层、矿体及块段模型;研究了Datamine块段模型与Flac3D计算模型的数据结构、耦合模式及方法,成功地将块段模型转换成数值计算模型.针对冬瓜山深井缓倾斜矿体复杂的开采技术条件,并考虑日产万吨生产能力和主要回采次序要求,设计了两种可行的回采顺序模拟方案,开展了冬瓜山深井开采回采顺序的数值模拟优化研究,分析了不同方案应力、位移和塑性区的分布规律,提出了优化的回采顺序方案.     

上软下硬地层隧道下穿建筑物矿山法施工风险控制

以青岛地区某区间隧道穿越建筑物工程为例,该地铁隧道因地质条件及周边环境的复杂性、不确定性等特点,采用矿山法施工,施工风险较高.本文结合该区间隧道工程地质及水文地质条件和周边环境特点,进行了数值模拟,结果表明,在上软下硬地层中采用矿山法分上下台阶施工安全、经济、快速,可以有效控制地表和拱顶沉降以及衬砌和支撑结构受力,确保施工过程的安全,并提出了具体的风险控制措施,从而确保该工程的顺利进行.对将来隧道在上软下硬地层中下穿既有线或建构筑物的施工具有一定参考价值.     

邢台矿建筑物下充填开采沉陷规律的研究

为了保护井巷、建筑物、水体以及铁路等,使它们免受或少受开采的有害影响,减少地下资源的浪费,邢台矿首次采用建筑物下综合机械化充填采煤技术进行工业广场下开采,本文介绍了建筑下综合机械化充填采煤技术的主要思路,针对7606充填工作面建立岩移观测站,总结了开采沉陷规律及预计参数,并通过7608充填工作面对预计参数进行验证。结果显示:预计移动参数选取合理,预计方法正确,预计结果能较好的反映矸石粉煤灰充填开采的地表移动变形规律。