深部软岩巷道爆破卸压技术及工程应用研究

为控制深部软岩巷道的变形,利用爆破卸压技术,对淮南矿业集团谢桥矿高应力软岩巷道进行了爆破卸压工程试验,充分改变围岩应力状态,使巷道的变形量及稳定时间得到了很好的控制。     

多壁座支撑桩承载特性数值模拟研究

为了研究新型多壁座支撑桩抗拔和抗压特性,以长15m、直径0.8m的多壁座支撑桩为研究对象,利用FLAC~(3D)数值模拟软件,对其水平方向承载力、竖直方向承载力、位移和侧摩阻力等承载特性及桩身荷载传递规律等问题进行研究与分析。分析结果表明,与普通桩相比,多壁座支撑桩的极限抗拔承载力提高了约37%,极限抗压承载力提高约1倍;承载能力提高的同时,多壁座支撑桩具有更小的位移。当多壁座支撑桩所受承载力达到一定值时,侧摩阻力保持不变,壁座支撑处受力呈小幅度上升。     

多盘土锚抗拔特性FLAC3 D数值模拟分析

多盘土锚是通过气囊膨胀带动凸块在钻孔壁表面形成凹窝,灌注水泥浆形成多盘土锚,该土锚与现有土锚的区别在于:沿着现有土锚柱体表面每隔一定间距设有盘体,与现有土锚相比不仅受到摩擦力作用,而且锚盘迎土面受到被动土压力作用。为研究该土锚的抗拔特性,对其水平方向的承载力、位移、侧摩阻力及荷载传递规律等问题进行了数值模拟分析,研究表明,多盘土锚的轴力在锚盘处变化突出,锚盘分担荷载最大可达到总荷载的70%,与等长等截面现有土锚相比,当多盘土锚与等截面土锚发生破坏时,多盘土锚相较于等截面土锚承载力提高了85%,与等截面土锚相比,多盘土锚的极限承载力大幅提高,锚头位移明显降低。     

多圈管冻结壁温度场发展及冻结管偏斜影响

人工多圈管冻结是深厚地层井筒掘砌的最有效方法,为进一步了解冻结壁温度场发展特性,以某冻结井筒为原型,开展了室内多圈管冻结模型试验,同时借助有限元软件对冻结管无偏斜以及随机偏斜两种条件下冻结壁温度场发展特性进行了分析比较。得出冻结管布置圈径对冻结壁环向扩展速率影响较小;冻结管偏斜对井帮温度、冻结壁有效厚度影响较小,但对不同位置冻结壁交圈时间及对径向方向冻结壁平均温度影响较大;同时冻结管偏斜会使冻结壁内部产生更多的密闭未冻承压水仓,引起冻结壁内部冻胀力增大,对冻结壁整体稳定性产生不良影响。在冻结造孔时,要严格控制冻结管偏斜。     

一种由平面矩形单元转化而来的十字形平面刚架单元

文章提出了一种用平面刚架结构来替代平面问题连续体的有限元方法,将平面连续体离散为5结点15自由度矩形单元,再将矩形单元转化为十字形平面刚架单元;先求出外载荷作用下平面刚架结点位移、结点力,再由虚拟力求梁横截面变形引起的十字形单元结点力,将各次所求结点力叠加,得矩形单元结点力;并编制计算程序,进行数值计算和比较,表明该方法可行。     

深部矿井煤系地层软岩蠕变特征试验

采用在预定围压下先固结后径向卸载的三轴蠕变试验方法,模拟软岩巷道开挖过程应力状态变化,通过三轴卸载剪切蠕变试验表明随剪应力水平的降低蠕变速率显著减小.当剪切应力高于一临界值时,深部矿井软岩蠕变过程历经减速、定常和加速蠕变三个阶段破坏.根据试验结果,为描述非线性加速阶段蠕变规律,采用改进的元件,提出了软岩非线性的黏弹塑蠕变本构模型,通过有限元本构程序的二次开发,将提出的本构模型嵌入到ADINA非线性有限元程序中.对某矿井巷道软岩开挖支护过程进行数值模拟,表明弹黏塑蠕变本构力学模型能够较好地反映软岩的变形特征,数值模拟和实测结果吻合良好,可为矿井深部软岩巷道设计与施工提供参考.     

土内撑开式伞形土锚的钢绞线连接实验研究

针对用于土内撑开式伞形土锚的钢绞线的连接问题进行了实验研究。将钢绞线用两种不同的连接方式连接,一种为卡子连接,另一种为爆压管连接,分别进行了拉伸破坏实验,得到各自的最大抗拉力,通过对比爆压管连接的最大抗拉力值大于卡子连接的最大抗拉力值,从而得出采用爆压管连接要比卡子连接更为可靠的结果。     

陶粒置换泥浆法下管技术研究

采用双塞自平衡法下瓦斯抽排管时,上部空管段长度达到了300m,管内外压力差和提管拉力共同作用,发生瘪管事故。基于此,提出了在上部工作管内用陶粒置换泥浆的下管技术。通过室内试验,测得普通陶粒的抗围压强度为2.4MPa。当泥浆密度为1 200kg/m3时,对应陶粒放置深度200m,并分析了普通陶粒的在围压作用下的破坏机理。现场应用表明,用陶粒置换泥浆,明显减轻钻塔负荷;减小了管内外压力差值,有效避免了套管的瘪管事故。     

潘三新西风井井壁变形安全监测分析

为了反映井壁的安全状态,以淮南潘三矿新西风井井壁为研究背景,通过利用安全监测系统对2011年9月8日-2012年2月15日这段时间内的井壁钢筋混凝土的应力应变进行实测,得到并记录一系列监测点的数值,从而绘制出应力应变数值变化曲线,分析曲线变化趋势以便发现问题及时处理,以保证井筒的整体安全性。     

多向线性聚能切割弹的研究与应用

针对油气井、矿井卡钻问题,设计一种多向线性聚能切割弹,其结构特点是:圆柱形炸药的四周均匀布置12根空心铜管.采用LS-DYNA程序中的Lagrange算法对该切割弹的爆炸作用原理及侵彻钢管过程进行数值模拟研究,并将计算结果与实验相比较.数值模拟结果表明:12根铜管在爆轰压力作用下形成12股金属射流刀以及伴随其运动的杵体和“尾翼”,12股射流刀分别沿着炸药及12根铜管的中轴线形成的12个平面(各平面之间夹角为30°)向四周运动,其头部速度高达3 530 m/s,杵体速度约1 180m/s;钢管首先受到爆轰产物的作用发生膨胀和断裂破坏,然后受到12股射流刀的侵彻作用(侵彻速度约2 550 m/s),最终在钢管上形成12条切缝.数值模拟得到的钢管切割变形效果及切缝数量与实验结果十分吻合,所设计的切割弹在处理某铜矿300 m深度的钻井卡钻事故中得到成功应用,与目前常用的切割弹相比装药量减少了80％以上,成本降低至少50％,且具有结构简单、加工方便的特点.数值模拟、实验及工程实践结果表明:该切割弹结构设计合理,切割效果理想,大大提高了能量利用效率和安全性.