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深部矿井泵房硐室变形破坏原因及稳定控制方法

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煤炭工程 2011年第3期43卷 67-70页

作者：张国锋何满潮孙晓明何鹏飞中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083

在现场地质调查、地应力测试、围岩物理力学特性试验、数值模拟等基础上,揭示了影响深部矿井硐室群稳定性的几个关键因素:硐室群布置不合理、高复合应力、膨胀性围岩、开挖扰动、支护不合理等。然后针对传统硐室群的设计弊端从力学原理... 详细信息

在现场地质调查、地应力测试、围岩物理力学特性试验、数值模拟等基础上,揭示了影响深部矿井硐室群稳定性的几个关键因素:硐室群布置不合理、高复合应力、膨胀性围岩、开挖扰动、支护不合理等。然后针对传统硐室群的设计弊端从力学原理、施工过程、软岩巷道控制等方面优化了设计,提出深部矿井泵房硐室群设计方法及配套稳定性控制技术并应用于现场,使用效果良好,具有重要的应用价值和良好的推广前景。

关键词：深部矿井硐室群稳定性大变形破坏集约化设计数值模拟

新疆中生代复合型软岩大变形控制技术及其应用

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岩石力学与工程学报 2013年第3期32卷 433-441页

作者：何满潮袁越王晓雷吴兆强刘超姜育林中国矿业大学力学与建筑工程学院北京100083 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083

针对新疆沙吉海矿区中生代复合型软岩产生的顶板离层冒落、侧墙鼓出、底板鼓起等非线性大变形破坏现象,综合应用现场工程地质调查、理论分析、数值计算、物化分析、软岩水理作用测试、现场测试等手段和方法,深入分析本区中生代复合型软... 详细信息

针对新疆沙吉海矿区中生代复合型软岩产生的顶板离层冒落、侧墙鼓出、底板鼓起等非线性大变形破坏现象,综合应用现场工程地质调查、理论分析、数值计算、物化分析、软岩水理作用测试、现场测试等手段和方法,深入分析本区中生代复合型软岩巷道围岩的分子膨胀+岩体结构面错动+开挖扰动的复合破坏机制,提出以恒阻大变形锚网索耦合支护为核心的主动支护技术体系。通过恒阻装置充分释放围岩膨胀能和塑性能,减小支护荷载及高应力集中,同时借助高阻性能抑制过大有害变形,合理控制围岩塑性圈;然后通过锚网索二次耦合支护消除围岩塑性大变形、层间软弱结构面的错动引起的围岩–支护之间的变形不协调,并采用注浆锚管控制底鼓大变形,最终形成围岩–支护结构协同承载体系。基于非线性大变形力学设计方法及数值分析,进行施工过程设计及参数设计。工程实践表明,该技术得到成功应用,保证了巷道的稳定。

关键词：岩石力学中生代复合型软岩大变形破坏恒阻大变形支护耦合支护底角锚杆协同承载

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深部煤巷底臌控制机制及应用研究

岩石力学与工程学报 2009年第A01期28卷 2593-2598页

作者：何满潮张国锋王桂莲许运良吴创周唐强达中国矿业大学岩土工程研究中心北京100083 徐州矿务集团有限公司夹河煤矿江苏徐州221167

以徐州矿区发生非线性大变形破坏现象的深部煤巷围岩结构体为研究对象,从围岩3个部位相互作用的角度提出有效控制底臌的新方法。通过对围岩物理力学性能的测试、理论分析、数值模拟、现场试验的研究,得出采用锚网索耦合支护技术控制底... 详细信息

以徐州矿区发生非线性大变形破坏现象的深部煤巷围岩结构体为研究对象,从围岩3个部位相互作用的角度提出有效控制底臌的新方法。通过对围岩物理力学性能的测试、理论分析、数值模拟、现场试验的研究,得出采用锚网索耦合支护技术控制底臌的力学作用机制:利用关键部位施加锚索,减小顶板松动岩体通过两帮传递到底板上的压力,有效减小底臌量;利用锚网注浆增加两帮岩体强度及减小收缩量,限制两帮对底板两侧形成的固定约束向深处转移,以减小发生底臌的底板宽度;对底角施加刚性锚杆及注浆,分解来自两帮的挤压应力,提高底角抵抗剪切滑移破坏的强度,控制底臌。在该原理下提出控制设计,运用到夹河煤矿-850m水平煤巷,监测结果表明:基于技术原理下的支护设计可以有效控制深部煤巷大变形和底臌的发生。

关键词：采矿工程深部开采煤巷大变形破坏底臌控制数值模拟

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考虑界面效应的砂土静力触探物质点法模拟

铁道工程学报 2019年第7期36卷 6-11,18页

作者：文妮张博武汉铁路职业技术学院武汉430205 中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司长沙410014

研究目的:静力触探试验广泛应用于工程领域,但室内及原位试验在探究土体内部应变演化机理方面具有一定的困难。相比之下,数值模拟更加高效节约,也更有利于探究土体内部应变演化机理。传统的有限单元法是常用的一种数值方法,但在计算大... 详细信息

研究目的:静力触探试验广泛应用于工程领域,但室内及原位试验在探究土体内部应变演化机理方面具有一定的困难。相比之下,数值模拟更加高效节约,也更有利于探究土体内部应变演化机理。传统的有限单元法是常用的一种数值方法,但在计算大变形问题时会出现网格畸变问题,造成数值困难。基于上述背景,本文引入一种固体力学中的新型数值计算方法--物质点法,能有效避免网格畸变问题,非常适用于岩土大变形问题的分析研究。因此,本文采用物质点法针对静力触探试验开展三维数值模拟工作,探究锥体贯入过程中土体内部塑性变形区域的演化规律及锥头贯入阻力随深度的变化规律;分析砂土内摩擦角、锥体尺寸等因素的变化对贯入阻力的影响;分析静力触探锥体与土体接触面的界面效应,即不同的摩擦系数对锥头贯入阻力的影响。研究结论:(1)采用广义插值物质点法模拟静力触探试验是合理且可行的;(2)随着锥体的贯入,其周围土体将逐渐屈服,产生弹塑性变形并形成明显的破坏区域;随着贯入深度的增大,锥体贯入阻力先逐渐增大,再趋于稳定;(3)根据土体强度及锥体尺寸参数试验,锥头最大贯入阻力随砂土内摩擦角的增大而增大,随锥尖角的增大而增大,随截面面积的增大而减小;(4)锥-土摩擦系数对于贯入阻力的大小具有显著影响,随着摩擦系数的逐渐增大,最大贯入阻力逐渐增大,两者近似呈线性规律;(5)本研究成果主要应用于静力触探试验机理的分析研究工作。

关键词：广义插值物质点法静力触探试验大变形破坏参数试验界面效应

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五阳矿厚煤层巷道底鼓机制及控制研究

采矿与安全工程学报 2012年第1期29卷 8-13页

作者：杨本生耿学良孙利辉宋献忠张利河北工程大学资源学院河北邯郸056038 潞安环保能源开发股份有限公司山西长治046011

针对五阳矿76#-2厚煤层专用回风巷道底板经常发生大变形破坏,通过研究厚煤层巷道底鼓机制及控制原理,提出对厚煤层巷道底板进行中、深部加固的治理思想控制底鼓。采用FLAC3D模拟了不同支护方法对底板的作用,研究表明：底板无支护,底板... 详细信息

针对五阳矿76#-2厚煤层专用回风巷道底板经常发生大变形破坏,通过研究厚煤层巷道底鼓机制及控制原理,提出对厚煤层巷道底板进行中、深部加固的治理思想控制底鼓。采用FLAC3D模拟了不同支护方法对底板的作用,研究表明：底板无支护,底板变形量为1.3~1.6 m,在采动应力扰动下,底板破坏范围将逐渐增大;采用锚网浆支护,底板塑性破坏区相应减少,但受到应力扰动的影响,底鼓量为0.7~1.0 m,仍不能满足生产需要;采用高强度锚索束分区注浆及混凝土条块耦合支护（锚混凝土浆支护）,底板围岩塑性区明显缩小,底鼓量仅为0.24~0.38 m,达到控制底板变形的要求。通过对锚混凝土浆支护方法进行工程试验,结果表明：巷道两帮收缩量226 mm,底鼓量283 mm,分别减少了56.5%,83.4%,有效控制了厚煤层巷道底板的较大变形。

关键词：底鼓控制大变形破坏底板中深部注浆

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软岩大变形巷道支护技术及应用

中国安全生产科学技术 2014年第8期10卷 69-74页

作者：曹平王飞邱冠豪李凯辉曹日红中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083

针对三门峡铝土矿软岩巷道大变形难支护的问题,综合现场工程地质调查、软岩水理作用测试、现场测试等手段和方法,对该地区巷道破坏模式和失稳机理进行详细分析,提出了锚喷-砌碹相结合的互补支护技术。按照互补支护参数建立数值模型并进... 详细信息

针对三门峡铝土矿软岩巷道大变形难支护的问题,综合现场工程地质调查、软岩水理作用测试、现场测试等手段和方法,对该地区巷道破坏模式和失稳机理进行详细分析,提出了锚喷-砌碹相结合的互补支护技术。按照互补支护参数建立数值模型并进行稳定性分析,数值计算结果表明在此支护方式下巷道各部位围岩收敛变形控制良好,且支护后围岩安全系数较之前明显提高。将新支护方案进行工程试验,巷道变形监测数据表明,支护后的巷道变形得到了良好的控制,混凝土喷层未出现裂缝,围岩变形速度迅速减小;锚喷10天后围岩变形基本稳定,此时进行二次砌碹支护效果最好,可以保证巷道的长期稳定。

关键词：软岩巷道大变形破坏联合支护软件模拟变形监测

南窑头矿采动软弱半煤岩大巷变形机理及控制技术研究

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南窑头矿采动软弱半煤岩大巷变形机理及控制技术研究

作者：赵星智中国矿业大学

学位级别：硕士

针对南窑头矿四采区软弱半煤岩回风大巷围岩剧烈变形、失稳问题,采用现场调研、理论分析、数值模拟和现场工业性试验相结合的方法,研究分析了软弱半煤岩回风大巷围岩变形破坏特征,揭示了其变形破坏机理,开发了锚杆承载断裂的数值计算方... 详细信息

针对南窑头矿四采区软弱半煤岩回风大巷围岩剧烈变形、失稳问题,采用现场调研、理论分析、数值模拟和现场工业性试验相结合的方法,研究分析了软弱半煤岩回风大巷围岩变形破坏特征,揭示了其变形破坏机理,开发了锚杆承载断裂的数值计算方法,得到了采动作用下软弱半煤岩回风大巷锚杆分区断裂规律,提出了软弱半煤岩大巷锚、注、底板反底拱支护技术,现场应用效果显著。详细研究成果如下:（1）揭示了南窑头矿软弱半煤岩大巷变形破坏机理。建立了南窑头矿软弱半煤岩大巷变形破坏力学分析模型,研究得到了该巷稳定性的关键影响因素和影响规律,其稳定性由两帮上部煤体、下部砂质泥岩以及两者间结构面决定;多次动压扰动、反复开挖修复、支护强度不足诱使该巷处于频繁加卸载状态,变形破坏向两帮深部发展,直至发生大变形破坏。（2）确定了南窑头矿软弱半煤岩大巷围岩应力分布演化规律。掘进期间:大巷左帮和右帮（距右帮35m掘进了轨道大巷）的峰值应力位置分别距离帮部12m和15m,峰值应力大小分别为16.8MPa和18.4MPa;经历两次采动叠加作用,两帮的峰值应力分别为27.6MPa和30.1MPa,峰值位置分别为19m和17m。（3）确定了FLAC3D中CABLE单元受力破断的力学判据,开发了工程尺度下CABLE单元受力破断的遍历算法。掘进期间随着大巷围岩变形增加,锚杆载荷逐渐增加,但均处于弹性阶段,两帮的锚杆轴力大于顶板锚杆轴力;两次采动叠加作用下,巷道两帮及顶板的锚杆载荷大于破断载荷,且两帮锚杆破断早于顶板锚杆,左帮早于右帮。（4）研究得到了南窑头矿半煤岩回风大巷分阶段围岩变形特征。掘进期间:巷道两帮和底板强度较小,其变形速度和最终变形量均高于顶板;在两侧工作面采动影响下,巷道围岩应力增大,围岩进一步发生变形破坏,两帮和底板的破坏加剧使得顶板下沉量显著增大,巷道顶、底板、左帮和右帮的变形量分别达到643.3mm、578.8mm、732mm和727.3mm。（5）提出了南窑头矿软弱半煤岩回风大巷锚注加固技术,确定了巷道顶板和两帮采用高强锚杆、锚索支护+注浆加固的控制技术,底板采用反底拱+锚注支护控制技术,采取该技术后大巷顶底板相对位移量和两帮相对位移量均小于110mm,有效控制了四采区回风大巷围岩的稳定性,为类似生产地质条件下巷道围岩控制提供参考。该论文有图54幅,表2个,参考文献94篇。

关键词：软弱半煤岩采动动压大巷大变形破坏锚注支护

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五阳矿厚煤层巷道底鼓机制及控制研究

五阳矿厚煤层巷道底鼓机制及控制研究

作者：耿学良河北工程大学

学位级别：硕士

目前,大多数巷道底鼓控制方案仅仅围绕加固巷道浅部岩体或改善其它部位受力环境进行的,较少研究底板中、深部岩体的稳定性对底鼓的影响,特别是对厚煤层底鼓的研究。厚煤层巷道底板在高水平地应力和采动应力双重作用下,破坏范围广、深度... 详细信息

目前,大多数巷道底鼓控制方案仅仅围绕加固巷道浅部岩体或改善其它部位受力环境进行的,较少研究底板中、深部岩体的稳定性对底鼓的影响,特别是对厚煤层底鼓的研究。厚煤层巷道底板在高水平地应力和采动应力双重作用下,破坏范围广、深度大,单一的浅部加固支护方式难以奏效。因此,本文针对五阳煤矿76采区厚煤层专用回风巷道严重底鼓问题,通过现场工程地质调查、底板受力状态理论分析、支护方案数值模拟研究、开采扰动相似材料模拟以及现场工业性试验相结合的方法研究了厚煤层巷道底板的变形特征,分析了单一浅部注浆与中深部注浆支护下的围岩变形规律,揭示了厚煤层巷道底鼓机理。主要结论如下：（1）建立了厚煤层巷道底板受力模型,计算得到了底板岩体应变分布规律。结果表明,拉应变零点位于底板3.2m左右,拉应变零点以上,岩体主要受水平应力挤压的作用;拉应变零点以下,由于受到移动空间的限制,岩体向深部发生微量变形。（2）采用弹塑性和应变软化本构模型分别对圆柱形试件进行单轴压缩、拉伸加载试验,结果表明,Mohr-Coulomb （?）单塑性计算结果与室内普遍试验不符,峰值前具有明显的强化现象。应变软化模型计算结果与实际试验基本一致,加载初期,应力呈为线弹性增加;峰值强度后,试件发生明显应变软化现象。（3）提出了三种厚煤层巷道底鼓控制方案即锚注支护、U型钢反底拱注浆支护及锚砼浆支护,通过数值计算模拟了不同支护方案的应力场、位移场、围岩塑性区等变化特征,结果表明,后两种支护方案满足工程实践的需要。（4）底板锚索束注浆量分布特征表明,注浆量与岩体破坏范围呈正比,得出76采区厚煤层专用回风巷道单个钻孔注浆量为16.2m3-28.6m3,为相似条件下锚索束注浆支护工程实践提供经验和依据。（5）工程试验表明,底板采用锚梁浆支护,巷道两帮相对移近量为327mm,底鼓量为268mm,分别减少了56.5%、83.4%,有效控制了厚煤层巷道底板的较大变形。

关键词：底鼓控制大变形破坏底板中深部注浆底板力学模型锚索束

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高水头作用下饱和边坡破坏物质点法模拟研究

能源与环保 2023年第5期45卷 276-283,288页

作者：郑厚国周永强刘烨河海大学力学与材料学院江苏南京211100 湖南省洞庭湖水利事务中心湖南长沙410000

水是影响边坡稳定的重要因素之一,对于大变形的边坡破坏问题,难以使用有限元等网格方法进行分析,物质点法由于不受网格畸变影响,在模拟岩土大变形问题上有巨大的优势。为了探究高水头作用下,饱和边坡的破坏机理及其破坏行为,使用完全耦... 详细信息

水是影响边坡稳定的重要因素之一,对于大变形的边坡破坏问题,难以使用有限元等网格方法进行分析,物质点法由于不受网格畸变影响,在模拟岩土大变形问题上有巨大的优势。为了探究高水头作用下,饱和边坡的破坏机理及其破坏行为,使用完全耦合的半隐式物质点算法来模拟饱和滑坡问题。通过一维自重固结模拟来验证物质点算法的正确性,模拟了二维饱和摩尔-库仑土块在高水压作用下其破坏过程,证明物质点算法能够准确捕捉水压及应力的发展过程。模拟了高水头作用下饱和边坡的破坏问题,结果表明,在7 m额外水头作用下,边坡发生整体破坏,由于上下土层的不连续性,破坏主要发生在上层土中,坡脚位移几乎为水平,最大位移约为5 m,坡面的最终位移与实验结果吻合。物质点算法能够较为准确地预测高水头作用下坡体的破坏行为。

关键词：饱和边坡高水头大变形破坏物质点法耦合问题