深部巷道围岩变形破坏规律的数值模拟研究

巷道随开采深度的增加,其围岩变形会逐渐增大,特别是深部巷道.本文采用FLAC3D软件,分析深部巷道的掘进过程中围岩变形规律及应力分布.研究表明:巷道开挖后,顶板会产生了高达144 mm的下沉变形量,底部产生了将近15 mm拱起变形量,两帮偏移量高达208 mm;围岩应力会产生二次分布,其中顶底部会产生最大0.12 MP...     

不同侧压系数下复合地层变形破坏特征数值模拟

针对中国中西部挤压造山带大埋深不同侧压系数(0.5~2.0)下复合地层在工程开挖扰动下复杂叠加的变形破坏特征,采用有限差分程序FLAC3D对3种不同组合型式的复合地层开展了数值模拟研究。同时结合软岩和硬岩解析解的分析对比,发现开挖卸荷作用下复合地层位移量比均质软岩小,前者随侧压系数增加位移量较大的点由顶拱向边墙转移变化。硬岩中富集的主应力比软岩中高。软岩塑性区半径最大的是前软后硬型,比上下叠置型复合地层的结果大很多。后者接近该深度下的均质软岩隧道的塑性圈半径。本文结果可为复合地层中隧道工程设计和施工提供参考。     

深部倾斜岩层巷道变形特征模拟与控制技术

对深部倾斜岩层巷道存在的变形不对称和采用对称支护方式不能有效控制围岩变形的问题,在巷道围岩受力分析的基础上,结合曲江煤矿工程实践运用离散有限元模拟软件UDEC建立深部倾斜岩层巷道受力模型,对模型进行掘巷后不支护和采用传统方式支护的数值模拟.根据现场变形和模拟结果,提出采用非对称强化支护结合全断面锚索支护扩大围岩应力承载圈来保证巷道稳定,并对改进后支护方案进行数值模拟,数值模拟和现场工程实践均表明改进后支护方案能够有效地减小巷道围岩变形.     

断层带巷道围岩变形特征及支护优化

安里煤矿处于矿建二期施工阶段,随着回风大巷不断延伸,已施工至一大型断层影响带内,受该断层带的影响巷道发生严重的变形.根据巷道实际地质条件和破坏原因,采用锚网喷加预应力锚索配套U型钢可缩性支架注浆综合支护.结合该巷道内围岩的力学性质参数及现场围岩变形观测结果,运用FLAC3D软件进行模拟计算,对比修复前后巷道围岩的变化情况,结果表明该方案能有效地控制巷道变形,为以后类似的工程提供参考.     

不同侧压系数下各向异性巷道围岩破坏模式研究

针对各向异性初始应力状态(不同的侧压力系数下)的岩体巷道开挖问题,利用复合材料的Hoffman强度准则考察各向异性对巷道周围应力、位移和塑性破坏区的影响.结果表明:巷道围岩的最大主应力与侧压系数无关,当θ=30°~60°时为最大,θ=0°,90°时为最小.随θ的增加,巷道围岩的水平位移增加,垂直位移减小.在各向异性岩体中强度较大的方向与最大应力方向一致时,破坏发生在此方向,塑性破坏区的范围为最大.     

复合顶板巷道围岩变形与破坏特征数值模拟

为了研究复合顶板巷道围岩变形及破坏规律,结合镇城底矿工程实际,应用RFPA分别模拟了一般顶板巷道和复合顶板巷道开挖后围岩的动态变化过程,得出了复合顶板条件下巷道围岩变形和破坏的特征,从而为该矿巷道的支护设计提供科学依据.     

断层影响下千米深井巷道围岩破坏机制及控制

为解决深部巷道断层附近围岩变形量大的问题,以山东鑫汇金矿-1 070 m水平石门巷道为研究背景,现场调查发现巷道存在冒顶和片帮等隐患,且巷道断面尺寸在原有支护下2个月后由3.6 m×3.1 m缩减到3.1 m×2.5 m.采取修正后的Hoek Brown准则引入Hoek Brown常数(m1)、岩体地质强度指标(GSI)和扰动因子（D）3个参数,计算后发现临界失稳半径与Hoek Brown常数、地质强度指标和岩石单轴抗压强度呈负相关,与围岩应力和扰动因子呈正相关.在此基础上,通过数值模拟对比了原方案和 “超前管棚注浆支护+锚梁网喷+长锚索+钢支架”联合支护方案的效果,结果表明：巷道顶底板变形量最大分别减小了400和300 mm,底板变形量两帮变形量最大减小了200 mm,检验了支护方案的有效性.方案实施后,现场监测表明,巷道顶底板及两帮的围岩变形量维持在250 mm以内,巷道围岩状况满足工程的需要.     

赵各庄矿深部回采巷道围岩变形规律的数值模拟研究

针对深部回采巷道的围岩变形规律而采取针对性的治理措施,改善巷道的支护与维修现状,利用连续介质显式有限差分计算机软件FLAC3D对综采放顶煤工作面的回采巷道围岩变形规律进行了数值模拟研究,并根据其数值模拟结果采取了超前加固支护,有效地控制了深部软岩巷道支架变形,降低了巷道的维修量,对深部矿井开采有一定指导作用。     

不同岩性组合条件下顶板采动效应研究

针对工作面回采后采动顶板稳定性的问题,通过FLAC3D数值模拟软件建立8种不同岩性组合条件下顶板采动效应模型,研究不同组合条件下采动顶板的应力和位移分布变化规律。研究结果表明:顶板全为硬岩时顶板垂直集中应力最大,全为软岩时最小;顶板的剪应力集中区主要位于上覆岩层的硬岩中,剪应力最大组合顶板类型为软-硬-软-硬组合;在不同岩性组合顶板条件下,顶板为软岩时其变形量远大于顶板为硬岩及软硬岩结合时的变形量;相同顶板条件下随着距离的加大,顶板垂直位移量呈现降低趋势。研究结果可为工作面布置方式和顶板支护方式的选择提供参考依据。     

大跨度矩形巷道围岩失稳破坏机制及数值模拟

巷道围岩的失稳破坏是资源开采阶段面临的重要问题。首先,对巷道围岩失稳机制进行了理论分析,探究巷道稳定性的主要因素,并基于ANSYS/LS-DYNA仿真平台对不同跨度巷道（4 、6 、8 、10 m）进行动静荷载耦合响应数值模拟分析。结果表明：当巷道埋深、底板梁厚度等因素一定时,巷道跨度是影响巷道围岩失稳的主要因素。巷道围岩在初始静应力场作用时,第一主应力随着跨度的增加呈现逐渐增大的趋势;跨度的增加（10 m）会使巷道围岩x和y方向的应力发生突增现象,均在巷道底板处有相对较大的拉应力。巷道跨度的增大,导致左右两帮的移近量有所增加;顶板下沉和底板隆起的程度显著增加,加剧巷道失稳破坏风险。在静动荷载耦合作用下,巷道围岩发生失稳破坏,破坏程度随跨度的增加而增加。     

模拟地层条件下不同岩性抗压强度试验特征

岩石抗压强度是油气井钻井工程、完井工程及压裂改造等工作中重要的岩石强度参数。不同岩石类型、不同饱和条件、不同围压条件下岩石的抗压强度差别较大。针对实际井下取心,开展了饱和水状态下的单轴及地层围压下的岩石抗压试验,查明了岩石强度参数与围压、岩性的关系,为研究区钻完井工程及后续储层改造等提供了技术支撑。     

湿度场下矩形巷道围岩破坏规律的数值研究

为探究高湿度环境对矩形巷道破坏过程的影响,利用湿度-应力-损伤耦合模型,采用岩石破裂过程分析软件湿度版,建立3种层状岩层煤巷数值模型及3种开采方式的煤-岩巷道数值模型,再现湿度场下矩形巷道围岩破坏过程,分析湿度场下巷道变形随时间变化的特点。结果表明:湿度对矩形巷道的变形和破坏有显著影响。煤巷的破坏裂纹首先在两帮的煤层中萌生,进而扩展到强度较低的顶板或者底板,最终扩展到强度较高的岩层中;煤-岩巷道顶板的变形量与煤层的相对位置有关,虽然破坏同样先出现在煤层中,但是与煤巷不同的是,裂纹向距离煤层近的顶板或底板扩展。     

不同应力条件下爆破开挖对围岩损伤效应的数值模拟研究

根据芦岭矿的工程地质资料,拟定了硬岩和软岩的典型物理力学参数,并依托芦岭矿现场爆破参数,结合ANSYS/LS-DYNA软件,通过隐式-显式连续求解,完成了不同初始应力条件下硬岩和软岩巷爆破开挖的模拟. 计算结果表明,在5~25 MPa应力水平时,随着地应力的增加,近爆腔处围岩的损伤程度并不发生变化,而远离爆腔处围岩损伤程度明显减小,地应力对爆炸载荷所造成损伤抑制作用明显;相同爆破参数下,软岩爆破较硬岩更易受地应力的作用.     

深部巷道围岩蠕变的数值模拟

煤矿深部开采时,针对高地应力下岩体蠕变导致的巷道围岩变形问题,分析了围岩变形破坏特征,并结合现场相关地质资料,采用FLAC^3D程序的Burgers蠕变模块,对不同围压条件下巷道围岩蠕变问题进行模拟研究。结果表明：围岩的蠕变存在着初始蠕变和稳定蠕变两个阶段;围岩的蠕变移近量、变形速率和应力均随时间的延长而增大,最终趋于稳定。该研究对高地应力条件下巷道施工有一定指导意义。     

巷道组过断层围岩控制技术研究

以深井巷道组过特大型断层(落差大于100m)破碎带为工程背景,采用数值模拟的办法对比分析了正常地层和断层破碎带中巷道组围岩的力学特征以及相互影响;结合断层破碎带围岩的实际情况,建立了早预测、短进尺、弱爆破、强支护、紧封闭、勤量测、防突水的断层带施工技术和综合保障体系,形成超前物探、超前加固、微震开挖、分步动态支护等综合配套技术,保证了巷道的施工安全。     

深埋巷道围岩温度场的数值模拟分析

为了研究深埋巷道围岩温度场的分布规律．基于传热学和渗流理论建立了深埋巷道围岩的热扩散数学模型．结合边界条件采用MATLAB对其进行了数值求解,获得了在风流和渗流耦合作用下围岩的温度场和温度矢量分布。研究结果表明,无渗流状态下温度场和温度矢量呈对称分布,风流速度对温度分布有明显的影响,但不改变其对称分布的状态。渗流改变了温度场和温度矢量原有的对称分布的状态,热交换平衡区随着渗流速度的增加,将向顺渗流的方向移动。     

跨断层地下管道破坏的数值模拟

应用非线性有限元分析软件ADINA对跨断层地下管道破坏进行数值模拟．考虑管土相互作用,管道 模型划分为四结点薄壳单元(shell)结构,土体和断层模型划分为三维实体单元(3-D Solid),断层作为有厚 度的特殊材料考虑,管道采用钢管,建立了管土相互作用的有限元分析模型．计算中,分析了地下管道分别 在静载和动载作用下,考虑摩擦和不考虑摩擦下的变形情况,根据模拟结果绘出了管道变形图、应力云图 及应力矢量图等．通过比较不同情况下管道的反应特征,发现跨断层地下管道破坏分析中管土摩擦不容忽 视,并得出几点结论．     

影响巷道变形与破坏节理力学参数的正交数值模拟试验研究

采用正交数值模拟试验方法研究了节理力学参数对巷道变形与破坏的影响.选择法向刚度、切向刚度、粘聚力、内摩擦角、剪胀角、抗拉强度等6个因素、5个水平的正交试验方法进行了相关的UDEC数值模拟试验.试验结果表明:节理法向刚度和内摩擦角是影响巷道变形与破坏最敏感也是最重要的参数,增大节理法向刚度和内摩擦角可显著提高节理的抗变形能力;节理粘聚力和切向刚度对巷道变形也有明显影响.     

通风巷道围岩与空气换热的数值模拟

为有效利用巷道内排除的热空气,以大隆矿区矿井通风巷道为例,采用分离求解方法,对巷道围岩一空气换热系统进行三维数值模拟,分析巷道空气出口平均温度71P、巷道围岩与巷道内空气的平均总传热系数K、巷道空气平均出口热流密度q、风速口的变化规律。结果表明：v在0．2～1．0m／s时,耳较大;v越小,砟越接近于围岩初始温度。v在5．0～7．0m／s内,对K影响不大;当v〈5．0m／s时,K呈线性规律降低。v在0．2～5．0m／s时,q呈二次曲线渐变过程。丁随着”的减小、巷道长度的增加而增加。该结果为进一步研究围岩与空气的换热问题奠定了基础。     

软岩巷道变形特征与分区域分阶段控制技术数值模拟研究

以某矿南翼回风大巷为例,分析了软岩巷道变形破坏原因,并结合数值模拟软件FLAC4.0分析了该巷道围岩变形发展规律:肩角较顶板、两帮和底板变形破坏的区域更大,并且随时间推移巷道浅部围岩的变形不断增大,即空间上的非均匀性以及时间上的持久延续性.针对软岩巷道的变形特性,提出了分区域分阶段动态控制技术,包括:锚网喷支护、注浆加固以及重点部位加强支护.现场的工业性实验观测结果表明,该巷道围岩变形逐步趋于稳定,变形量得到了有效控制,可以满足使用的要求.