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热力耦合作用下深井巷道围岩变形规律研究

热力耦合作用下深井巷道围岩变形规律研究

作者：黎明镜安徽理工大学

学位级别：硕士

深部岩体处于高地应力、高地温、高岩溶水压和强烈采掘扰动的复杂环境,其非线性大变形动力现象极为突出,导致深部资源开采中重大灾害事故增多,使得深井巷道经常需要返修和重新支护。因此有必要对深井巷道热力耦合作用下围岩的变形特征... 详细信息

深部岩体处于高地应力、高地温、高岩溶水压和强烈采掘扰动的复杂环境,其非线性大变形动力现象极为突出,导致深部资源开采中重大灾害事故增多,使得深井巷道经常需要返修和重新支护。因此有必要对深井巷道热力耦合作用下围岩的变形特征及围岩长期变形规律进行深入研究。本文采用有限元程序ANSYS计算了不同通风工况下围岩的温度场分布,对深井巷道开挖后围岩的应力和变形进行热力耦合数值模拟,并结合现场实测结果,计算了围岩变形的时间效应,数值计算结果与实测值吻合程度较好。计算结果表明考虑热力耦合作用计算的巷道围岩应力比不考虑耦合作用时要增大约4MPa,巷道围岩变形量增大约26%左右,最大应力差值位于径向深度约为1.5m处。热力耦合对围岩应力和位移的影响在径向深度为0-7.6m的范围内影响较为显著;径向深度在7.6m-14m范围内,影响很小;径向深度大于14m,则可视为无影响。实测结果表明,深井巷道围岩长期变形在开挖30天左右的时间内,变形速率较快,变形特征对应于岩石蠕变曲线中的初始蠕变阶段;巷道开挖30天后,变形速率开始逐渐变小,围岩变形特征对应于稳定蠕变阶段。同时根据围岩变形实测结果,对深井巷道围岩进行动态加固,确保了深井巷道工程的施工和运营安全。图[70]表[3]参[42]

关键词：深井巷道热力耦合围岩变形 ANSYS

深立井过瓦斯抽排孔群扰动煤岩层损伤评估与支护优化

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采矿与安全工程学报 2014年第1期31卷 146-153页

作者：黎明镜荣传新程桦郑世豪安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001 安徽大学资源与环境工程学院安徽合肥230601 淮北矿业集团公司海孜煤矿安徽淮北235000

针对深立井过受瓦斯抽排孔群扰动的煤岩层工程安全问题,分析了钻孔群对煤岩层的扰动影响,基于损伤力学理论建立了定量的扰动损伤评估模型,对淮北海孜煤矿千米立井过受瓦斯抽排孔群扰动煤岩层的稳定性及井筒掘砌过程进行了数值模拟,根据... 详细信息

针对深立井过受瓦斯抽排孔群扰动的煤岩层工程安全问题,分析了钻孔群对煤岩层的扰动影响,基于损伤力学理论建立了定量的扰动损伤评估模型,对淮北海孜煤矿千米立井过受瓦斯抽排孔群扰动煤岩层的稳定性及井筒掘砌过程进行了数值模拟,根据分析结果优化了受扰动煤岩层的加固与井筒掘砌支护方案。研究结果表明:瓦斯抽排钻孔群对煤岩层的扰动评估应综合考虑钻孔水"冲刷效应"、煤岩体"卸压效应"及"孔群效应",3种效应相互作用使得煤与软弱泥岩受损程度远大于稳定粉砂岩层;煤与软弱泥岩层受瓦斯抽排孔扰动后易于出现大范围失稳;井筒掘砌过相应扰动层位前,可利用瓦斯抽排孔进行预注浆加固受损围岩,通过加强掘进初期支护、提高井壁混凝土抗拉性能及壁后注浆等综合措施确保围岩稳定与支护安全。

关键词：突出煤岩层瓦斯抽排孔群损伤评估井壁

施工扰动下深井硐室衬砌结构受力及稳定性分析

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煤炭科学技术 2013年第11期41卷 34-38页

作者：黎明镜程桦荣传新安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001 安徽大学资源与环境工程学院安徽合肥230011

通过现场实测获得了深部矿井中央水泵房及相关硐室衬砌结构内力和变形的实时分布规律,分析了吸水井、配水井及配水巷的掘进施工对水泵房硐室衬砌结构的扰动影响。结果表明:吸水井、配水井施工扰动期间,上部衬砌结构直墙和拱底产生了竖... 详细信息

通过现场实测获得了深部矿井中央水泵房及相关硐室衬砌结构内力和变形的实时分布规律,分析了吸水井、配水井及配水巷的掘进施工对水泵房硐室衬砌结构的扰动影响。结果表明:吸水井、配水井施工扰动期间,上部衬砌结构直墙和拱底产生了竖向受拉效应,同时顶、拱部环向钢筋应力和混凝土应变急剧增长,其中顶部环向钢筋应力平均变化速率较扰动前增大约4.2倍,衬砌结构顶拱受力接近其极限状态。基于实时受力特性分析,有针对性地对围岩与支护结构进行及时加固,有效控制了围岩与支护结构的稳定。

关键词：深井硐室群扰动效应水泵房衬砌结构

深厚冲积层钢筋混凝土外层井壁结构模糊随机有限元可靠性及灵敏度分析

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煤炭学报 2016年第12期41卷 3032-3039页

作者：姚亚锋程桦黎明镜荣传新宋健安徽理工大学安全科学与工程博士后科研流动站安徽淮南232001 南通职业大学建筑工程学院江苏南通226001 安徽大学资源与环境工程学院安徽合肥230022

基于模糊随机有限元的基本原理及方法,对结构失效函数和材料本构关系作等效模糊化处理,设定输入输出模糊随机变量,建立钢筋混凝土外层井壁结构的模糊随机有限元分析模型。利用ANSYS数值计算外层井壁结构的模糊随机有限元可靠性,结果表明... 详细信息

基于模糊随机有限元的基本原理及方法,对结构失效函数和材料本构关系作等效模糊化处理,设定输入输出模糊随机变量,建立钢筋混凝土外层井壁结构的模糊随机有限元分析模型。利用ANSYS数值计算外层井壁结构的模糊随机有限元可靠性,结果表明:由于综合考虑到各变量参数的不确定性,获得的模糊随机有限元可靠性相比常规的有限元可靠性总体偏低,其结果更能反映实际工况。此外,模糊随机有限元可靠性以区间值表征不同井段的可靠程度,较常规可靠性的定值表现方法更具工程针对性。模糊随机有限元灵敏度分析发现:影响外层井壁结构可靠性的重要因素依次是井壁冻结压力、混凝土抗压强度和厚径比。通过ANSYS灵敏度散点图可指明主要输入变量的变动对输出变量的影响程度以及变量需改动的大致区间范围。

关键词：钢筋混凝土井壁模糊随机有限元可靠性概率设计系统失效函数灵敏度

平行钻孔-套筒致裂法测试地应力试验研究及工程应用

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采矿与安全工程学报 2016年第1期33卷 165-171页

作者：荣传新彭世龙程桦黎明镜程帅袁小永安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001

针对套筒致裂法测试深井地应力存在的技术瓶颈,改进了套筒致裂法测地应力的套筒膨胀管装置;综合单孔套筒致裂法和控制致裂法的特点,提出了可操作性更强的平行钻孔-套筒致裂法地应力测试技术,通过试验对原有的单孔套筒致裂法和控制致裂... 详细信息

针对套筒致裂法测试深井地应力存在的技术瓶颈,改进了套筒致裂法测地应力的套筒膨胀管装置;综合单孔套筒致裂法和控制致裂法的特点,提出了可操作性更强的平行钻孔-套筒致裂法地应力测试技术,通过试验对原有的单孔套筒致裂法和控制致裂法地应力计算公式进行了合理修正。由试验结果可得,单孔套筒致裂的修正系数为0.78,控制致裂的修正系数为0.83。现场地应力测试结果表明:朱集东煤矿-965 m轨道大巷最大主应力为23.16 MPa,东西水平方向;中间主应力为21.04 MPa,铅垂方向;最小主应力为13.01 MPa,南北水平方向。

关键词：套筒致裂法地应力平行钻孔模型试验现场测试

深厚砂黏分界处不同工况下多圈管冻结温度场特性

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煤田地质与勘探 2020年第6期48卷 224-232页

作者：杨青荣传新黎明镜杨国兵滁州学院土木与建筑工程学院安徽滁州239000 |安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001 安徽理工大学矿山地下工程教育部工程研究中心安徽淮南232001 安徽滁州技师学院安徽滁州239000

多圈管冻结壁设计方案是解决深冻结问题的有效方法,为研究深厚砂黏层分界处不同工况下多圈管冻结温度场特性,采取分界处原黏性土XRD试验结果,利用ANSYS数值模拟冻结三圈管,对比分析了细砂土与膨胀性黏土在冻结管偏斜与不偏斜工况下温度... 详细信息

多圈管冻结壁设计方案是解决深冻结问题的有效方法,为研究深厚砂黏层分界处不同工况下多圈管冻结温度场特性,采取分界处原黏性土XRD试验结果,利用ANSYS数值模拟冻结三圈管,对比分析了细砂土与膨胀性黏土在冻结管偏斜与不偏斜工况下温度场冻结壁形成与发展特性。研究表明:多圈管不偏斜冻结,细砂层与膨胀性黏土层冻结壁温度场均呈规则、对称、有序发展,主冻结中圈管间、内圈管间、中-内圈管间、中-外圈管间、外圈管依次形成交圈过程,随着冻结时间增加,中-内圈、中-外圈管间冻结温度由抛物线型发展为梯形降温形状,且温差减少,内、外圈管外侧呈倒八字型发展形态,内圈管内侧降温效果明显好于外圈管外侧。偏斜时,冻结壁温度场交圈降温不规则,冻结冷锋交圈叠加具有随机性和离散性。膨胀性黏土冻结壁形.成时间严重滞后,偏斜、土性差异对冻结壁温度影响均较大,偏斜对膨胀性黏土影响尤其明显,与某矿冻结法凿井在地层-400 m以.上砂黏分界处发生的多根冻结管断管事件较为吻合,研究成果可以为类似深层矿井冻结施工提供参考。

关键词：膨胀性黏土砂黏分界处冻结壁温度场多圈管冻结冻结管偏斜冻结壁特征

复杂条件下深井马头门围岩稳定性分析及支护结构优化

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采矿与安全工程学报 2015年第2期32卷 298-304页

作者：蔡海兵程桦荣传新宋海清黎明镜安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001 安徽大学资源与环境工程学院安徽合肥230039

针对淮北海孜矿新副井马头门处于岩层极为破碎、千米埋深、断面尺寸大等复杂条件,利用ABAQUS有限元数值软件进行了原支护设计方案情况下的马头门围岩稳定性分析,研究了马头门围岩位移场、应力场和塑性区的分布规律及支护结构的受力特征... 详细信息

针对淮北海孜矿新副井马头门处于岩层极为破碎、千米埋深、断面尺寸大等复杂条件,利用ABAQUS有限元数值软件进行了原支护设计方案情况下的马头门围岩稳定性分析,研究了马头门围岩位移场、应力场和塑性区的分布规律及支护结构的受力特征,据此对马头门的支护结构进行了设计优化。马头门初期支护采用锚、网、喷、索的支护形式;二次支护采用带反底拱的全断面钢纤维钢筋混凝土衬砌,增设底板注浆锚杆和底板锚索,并通过室内配合比试验确定了钢纤维混凝土的强度等级、钢纤维掺入率和最优配合比。现场监测结果表明,优化后的马头门支护结构安全储备较高且设计方案合理。

关键词：马头门围岩稳定性数值模拟支护结构优化

冻结法凿井施工期外层井壁破裂机理及应对方法

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煤炭技术 2016年第3期35卷 68-70页

作者：杨海若黎明镜安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001

针对冻结法凿井施工期过厚膨胀黏土层段井壁破裂问题,以淮南矿区顾桥矿东回风井-290 m破裂井壁为研究对象,分析其受力特征与致裂机理。在此基础上,提出通过短段掘砌、优化冻结减小不均匀压力等措施,可为类似条件下的冻结法凿井提供参考。

关键词：冻结法凿井不均匀冻结井壁破裂膨胀黏土层

基于RBF模糊神经网络模型的深厚冲积层立井冻结压力分析与预测

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采矿与安全工程学报 2016年第1期33卷 70-76,82页

作者：姚亚锋程桦荣传新黎明镜蔡海兵宋健安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001 南通职业大学建筑工程学院江苏南通226001 安徽大学资源与环境工程学院安徽合肥230022

针对丁集矿井壁冻结压力进行不同监测水平的现场实测,发现冻结压力随时间和环境而变化,受层位深度、岩土含水率、冻结壁平均厚度和平均温度等因素的影响,具有明显的不确定性,以变异系数表征其不确定程度。在此基础上优化传统的RBF神经网... 详细信息

针对丁集矿井壁冻结压力进行不同监测水平的现场实测,发现冻结压力随时间和环境而变化,受层位深度、岩土含水率、冻结壁平均厚度和平均温度等因素的影响,具有明显的不确定性,以变异系数表征其不确定程度。在此基础上优化传统的RBF神经网络,把变异系数引入模糊中心值和权值学习策略中,建立深厚冲积层井壁冻结压力预测模型。该模型以层位深度、含水率、冻结壁平均厚度和平均温度为输入信息量,区分黏土层与钙质黏土层,采用两淮地区7只井筒33个监测水平的样本数据进行训练学习,最后通过口孜东矿井壁冻结压力预测分析进行模型验证。结果表明:现场实测值与预测值拟合度好,模型算法高效,精度合理,为两淮地区深厚冲积层立井冻结压力的分析与预测提供可靠依据。

关键词：冻结压力变异系数 RBF模糊神经网络学习策略优化工程预测