动力扰动下高应力巷道围岩动态响应规律

 采矿过程中,爆破震动等动载荷常会导致高应力巷道失稳塌陷,诱发岩爆发生。根据弹性力学和应力波理论,分析扰动波诱发高应力巷道失稳破裂的机制。针对用沙坝矿高应力巷道受到动力扰动破坏的情况,运用颗粒流软件PFC^2D对动载荷作用下高应力巷道的稳定性进行数值计算,通过改变动载荷幅值的大小,探讨扰动应力波强度的变化对巷道围岩应力场、位移场及破坏区范围的影响,对模型采用静力和动力两种计算方案。研究表明：动载作用下巷道围岩应力场、位移场及破坏区范围相对静力计算结果显著增大;随扰动应力波强度增加,巷道顶、底板的应力、位移及裂纹数量也显著增加。为了避免动力扰动诱发高应力巷道失稳塌陷,给出了几条建议。     

地下厂房洞室群动力反应时程分析

采用动力时程分析法,对杨房沟水电站地下厂房洞室群地震反应进行了三维非线性数值模拟,分析了洞周围岩的加速度、位移时程变化及应力分布特征.计算结果表明,在地震荷载作用下,洞室高边墙对加速度有一定放大效应;洞周围岩地震位移波形与输入地震波形一致,围岩各质点间的相对变形及围岩永久变形均较小;围岩应力分布较为合理,最大主应力及最小主应力幅值较小,地下洞室群在设计地震荷载作用下抗震稳定性较好.     

列车动载对采空区稳定性影响

为研究列车动载荷对采空区稳定性的影响.概化运行列车和采空区顶板力学模型,分析采空区顶板在以一定速度运动的常力作用下的运动方程,用移动的恒定载荷模拟理想情况下运行列车对采空区顶板及地表的作用过程,进行动力有限元分析.结果表明:与不受外部载荷影响条件下相比,在列车动载荷作用下,地表最大竖向位移和煤柱所承受的最大压应力都有大幅增加,并随着列车的前行最大值逐渐增大,且相应向前移动,列车运行到采空区中部达到最大,然后随着列车的前行最大值开始逐渐减小.     

金川矿区深部巷道围岩流固耦合稳定性数值模拟

 地下水渗流会影响巷道围岩力学性质,本文结合流固耦合基本原理,以金川二矿区深部巷道为例,采用MIDAS/GTS建立了金川二矿区1000m水平某巷道流固耦合模型,研究渗流对围岩应力场、围岩变形及开挖卸载影响。计算结果表明,渗流作用对巷道围岩竖向应力的影响大于水平应力,渗流也导致围岩最大、最小主应力比无水时偏大。渗流和无水状态下围岩变形空间分布具有相似性,渗流对巷道围岩水平位移影响相对较小,但对围岩竖向位移影响较大,其中巷道拱部竖向位移明显大于无水状态,渗流时拱部最大位移约为8.2mm,而无水时仅2.3mm左右。因此,渗流效应将导致巷道顶板稳定性变差。开挖卸载对渗流场的影响表明,开挖后巷道周边压力水头迅速降低,孔隙水压力最小降为零,且孔隙水压力也从水平层状分布变为沿巷道轮廓环形带状分布。     

动压巷道顶板非均匀剧烈变形机理及其稳定性控制

针对布尔台矿保留巷道受一次采动影响后出现的顶板非均匀剧烈下沉且补强微效的情况,综合现场监测、理论分析、数值计算等方法,分析采空区侧方应力分布规律及其影响下的巷道塑性区发育特征,并对支护阻力对采掘应力场和采动塑性区的控制作用进行系统研究。研究结果表明:1)巷道围岩围压比控制围岩塑性区的发育形态,不同强度的围岩对蝶形塑性区的成蝶敏感性不同,且蝶形塑性区具有方向性;2)受采动影响,采空区侧方最大最小主应力的变化引起主应力方向与围压比处于动态变化中;3)受应力变化的影响,侧方不同位置塑性区也是变化的,且不同围岩成蝶敏感性的不同导致顶板出现隔层塑性破坏,非均匀塑性区内岩石破坏对应的膨胀压力及碎涨变形导致巷道非均匀剧烈下沉及锚索破断;4)巷道工程现有支护水平对采动塑性区的控制作用有限,解释了给定条件下大密度补强的作用有限性。     

建筑载荷下采空区地基变形有限元分析

为了解决不同位置载荷采空区覆岩应力分布以及对地表建筑物影响的问题,结合采煤引起的开采沉陷研究理论,应用有限元方法,建立基本数学模型,选取合理的计算参数,进行数值模拟,绘制出不同位置载荷的条件下采空区位移分布等值图.结果表明:相对于采空区中心不同位置的载荷对采空区覆岩的位移分布情况,有较大的影响,由采空区的中心到采空区边缘岩层的垂直和水平位移变化较大,这是影响采空区地表建筑物稳定性的一个重要条件.     

下伏采空区隧道变形稳定性与治理数值分析

在采空区上方修建铁路隧道时,隧道围岩的稳定性与地下采空区必然产生相互影响。针对某铁路隧道下伏采空区的实际情况,采用FLAC3D数值分析平台,对隧道围岩变形和采空区治理措施进行模拟分析。模拟结果表明,与无下伏采空区情况相比,下伏采空区的存在对隧道拱顶部位围岩沉降量及水平应力影响较大,大小分别由18.00 mm、3.50 MPa增大到30.75 mm和4.00 MPa,增幅分别约为71%和15%,模拟得到的结果与工程中实际存在的情况基本吻合;同时提出的采空区隧道综合治理方案是可行的,可以取得良好的治理效果,位移沉降量降幅达到了40%,可为类似工程提供参考。     

高铁隧道穿越采空区段围岩变形受力规律分析

为研究高铁隧道过采空区段的围岩变形规律,本文以太焦高铁皇后岭隧道典型过采空区段工程为背景,通过对典型断面进行隧道围岩变形和拱架内力的持续监测,对比分析不同施工阶段下高铁隧道围岩变形受力规律。分析结果表明：上台阶开挖时是围岩变形发生的主要阶段,隧道最大沉降变形发生于拱顶,占总变形比值的50%以上,且隧道距离采空区底板距离越近,围岩受开挖和采空区扰动影响越大;钢拱架受力为全环压应力,整体分布呈现“上大下小”、“不均匀对称”的特点,受力最大位置出现在拱顶和右拱肩位置,并且拱架受力随着掌子面的远离,其轴力变化速率呈现出逐步减少的趋势。结合位移和应力监测数据分析结果,采空区对隧道的影响高度约为25.7m。研究成果可为类似隧道过采空区工程的设计、施工提供借鉴和参考。     

下庄铜矿爆破施工对临近丙汉河隧道的安全影响

通过FLAC3D计算软件,对下庄铜矿爆破时临近隧道衬砌和铁轨的位移、应力和安全系数进行了分析.结果表明,铜矿爆破施工后,衬砌最大水平位移为4.07 mm,最大水平收敛为0.08 mm,最大沉降为4.23 mm,铁轨最大横向位移为3.46 mm,最大沉降为3.48 mm,均符合位移控制标准;衬砌与铁轨的最大主应力、最小主应力、剪应力增加量均较小;衬砌最小安全系数为4.49,符合规范要求.     

动力扰动作用下采空区公路稳定性

为研究动力扰动作用下采空区公路的稳定性,以辽宁凤城某采空区公路为研究对象,基于弹性板理论,建立了交通载荷和自重应力共同作用下的采空区顶板—煤柱突变力学模型,根据此模型分析了交通载荷对采空区公路安全稳定性的影响,并采用FLAC3D软件对地震和采动耦合作用下的采空区路基稳定性进行了数值模拟.研究结果表明:建立的力学模型能够准确地描述交通载荷和自重应力作用下的采空区顶板—煤柱的变形特征,在单一交通载荷作用下该采空区顶板未出现大面积冒落和采空区公路塌陷;在地震和采动耦合作用下,该公路出现了较大的下沉和水平移动,顶板失稳,采空区受到地震载荷作用下出现了"活化",诱发上覆岩层的移动和变形;公路将出现塌陷坑和拉伸裂缝,道路中心线出现了偏移,对道路安全影响较大.     

动荷载作用下采空区地基稳定性分析

安太堡露天矿东北角的井阳煤矿开采造成了大面积的地下采空区,为避免施工设备陷入采空区,须研究地面施工时动荷载对采空区的影响。本文按照时间顺序把该采空区划分三个区域,通过数值模拟计算分析了在动荷载作用下采空区内的变形、塑形破坏和应力分布状况,并对采空区上方施工安全性作出评价,最后提出采空区地基的处治对策。     

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.     

分层开采采空区下大断面切眼支护

针对采空区下大断面切眼掘进围岩变形规律及控制问题,采用FLAC数值模拟对设计支护方案进行分析,并通过工程应用及现场实测验证支护方案的合理性.结果 表明:采用锚网索+金属棚+单体支柱联合支护有效降低顶板位移,以中部单体支柱为界形成一大一小两个下沉区域;支护后应力重新分布,前后表面形成鲜明对比,前表面卸压区分为一大一小半椭圆形,后表面应力分布状态与无支护条件基本一致;支护前后减沉率最大达到38.73％;现场应用监测顶板最大下沉值为12 mm,两帮移近量最大为6 mm.围岩控制效果良好,不仅为后续工作面开采提供参考依据,也为中外类似条件煤炭资源的回收利用提供良好借鉴.     

精准三维激光探测结合可视化建模的采空区稳定性分析

精准地掌握复杂采空区的三维形态及其空间的相对位移,是进一步开展空区稳定性可靠分析的前提。以中核赣州某铀矿区为背景,利用BLSS-PE矿用三维激光扫描和测量系统, 对该采空区进行三维探测分析并对三维探测所得数据信息进行数字化处理转换,应用DIMINE建立采空区的三维空间模型,经过数字化处理后实现了与FLAC^3D模型的无缝耦合,从而形成了三维数值运算模式。研究结果表明： 818-2#采场在开挖后最大主应力增加且最大值出现在采空区顶底板,最小应力基本保持不变,上下盘虽出现拉应力,但低于围岩抗拉强度; 818-2#采场最大水平位移和最大垂直位移均较小,且随着采场的逐步回采采空区围岩出现塑性区,但面积较小。因此,空区整体上呈稳定状态。研究成果为矿山地压管理和综合治理提供了有力的依据。     

基于Hoek-Brown强度准则磷矿体开采稳定性分析

磷矿是保障精细磷化工生产和粮食供应的物质基础,而地下缓倾斜磷矿体的开采一直是个难题.该文以湖北兴山后坪矿段磷矿层地下开采为研究背景,采用有限差分软件FLAC3D,基于Hoek-Brown强度准则,对磷矿层的开采过程进行了数值模拟.首先进行单轴压缩模拟试验,求得各岩体的单轴抗压强度、弹性模量和泊松比,模拟试验结果和室内试验结果基本一致.然后研究了磷矿层开采过程中采空区围岩的应力变化情况、上覆岩体的位移规律和矿柱屈服区分布情况,从而评价采空区的稳定性.最后,分析了在缓倾斜磷矿体中实施浅孔房柱法开采的的可行性.     

地下水封洞库施工期洞室围岩变形松弛典型特征与规律

地下水封洞库施工期洞室围岩变形松弛特征与规律对其稳定性评价与灾害防治具有重要意义。基于地下水封洞库工程特征与典型洞库工程实例,整理分析了大量洞室围岩内部变形、表层变形、波速与锚杆应力等监测数据。结果表明：预埋的多点位移计测点位移主要为0.5-3mm,收敛位移监测值主要为4-8mm,拱顶沉降监测值主要为3-6mm,围岩时效变形不明显;围岩变形与爆破开挖有关,当掌子面或后续台阶开挖面接近监测断面时,变形出现陡增;围岩质量越差,开挖面空间效应越不明显;基于典型围岩特征曲线经验公式,结合预埋的多点位移计监测数据与数值模拟,提出了地下水封洞库洞室围岩损失位移确定方法,发现损失位移占最终收敛位移50%-60%;基于波速变化率提出围岩松弛程度评价指标,发现围岩最大松弛程度约为0.47,松弛深度为1.5m;洞室围岩锚杆受力普遍较小,锚杆拉应力与围岩变形基本同步变化。