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深部煤岩动力扰动响应特征及数值分析

中国矿业大学学报 2013年第4期42卷 540-546页

作者：胡少斌王恩元沈荣喜中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116

理论分析了动力扰动引起的应力波在煤岩空间内的传播规律;探讨了动力扰动引起的煤岩附加能量场特征规律;采用LS-DYNA软件进行数值模拟,分析了煤岩系统对扰动频率与幅度的响应特征及能量变化规律.结果表明:扰动幅度和频率对深部围岩稳定... 详细信息

理论分析了动力扰动引起的应力波在煤岩空间内的传播规律;探讨了动力扰动引起的煤岩附加能量场特征规律;采用LS-DYNA软件进行数值模拟,分析了煤岩系统对扰动频率与幅度的响应特征及能量变化规律.结果表明:扰动幅度和频率对深部围岩稳定性具有较大影响,由动力扰动引起的附加能流密度与扰动幅度的平方成正比,扰动促使围岩应力集中区前移;最大反射能流密度峰值位置离自由面距离与扰动频率符合幂函数关系,扰动频率的增大加快了能量流动的速度,降低了单位时间流入煤岩单元的能量,表现为"高频低能,低频高能",扰动伴随着能量流的不均衡发展并相互促进.

关键词：动力扰动数值模拟能流密度

锦屏隧洞深部大理岩动力扰动力学特性试验研究

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中南大学学报（自然科学版） 2021年第8期52卷 2669-2676页

作者：李邵军徐怀胜晏飞黄翔周济芳中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049 雅砻江流域水电开发有限公司四川成都610051

为研究在不同荷载条件下的隧洞岩石在动力扰动时的力学特性,基于霍普金森压杆(SHPB)系统耦合一套预加静载装置,对锦屏隧洞大理岩进行动态冲击断裂实验,探究在不同预加静载情况下,大理岩冲击荷载动力学特性及其静载对冲击破坏的影响。研... 详细信息

为研究在不同荷载条件下的隧洞岩石在动力扰动时的力学特性,基于霍普金森压杆(SHPB)系统耦合一套预加静载装置,对锦屏隧洞大理岩进行动态冲击断裂实验,探究在不同预加静载情况下,大理岩冲击荷载动力学特性及其静载对冲击破坏的影响。研究结果表明:加载过程的应力最大点往往滞后于应变最大点。因此,该试验系统得到的动拉伸强度比实际强度偏大;锦屏大理岩动态拉伸强度与冲击荷载加载速率之间呈正相关,且静载每增加1 MPa,大理岩动态拉伸强度减小约2 MPa;动压缩强度在加载速率较小时受静载影响较小,当加载速率较高时,静载10 MPa时动压缩强度最大,静载20 MPa时居中,无静载时最小;大理岩动拉伸强度受静态拉伸强度、预加静载和加载速率三者影响,其与静态拉伸强度和预加静载呈线性关系,与加载速率成一定的指数函数关系。

关键词：锦屏隧洞深部大理岩动力扰动拉伸强度加载速率

动力扰动下深部巷道围岩力学响应FLAC分析

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地下空间与工程学报 2009年第4期5卷 680-685页

作者：高富强高新峰康红普煤炭科学研究总院开采设计研究分院北京100013 陕西集华柴家沟矿业有限公司陕西铜川727200

深部巷道具有强烈的动力扰动特征。采用有限差分数值计算软件FLAC(Fast La-grangian Analysis of Continua)对动力扰动下巷道围岩力学响应进行了数值分析。结果表明:动力扰动增大巷道顶、底板的水平应力峰值,并使峰值位置后置;扰动后巷... 详细信息

深部巷道具有强烈的动力扰动特征。采用有限差分数值计算软件FLAC(Fast La-grangian Analysis of Continua)对动力扰动下巷道围岩力学响应进行了数值分析。结果表明:动力扰动增大巷道顶、底板的水平应力峰值,并使峰值位置后置;扰动后巷道顶板下沉量及巷道围岩塑性区范围显著增加。原岩应力越大,动力扰动对巷道围岩应力场、位移场及塑性区范围影响就越显著,对于深部高应力巷道,动力扰动可使巷道顶、底板的水平应力峰值达到极高应力状态,并存在大范围的塑性屈服区域,具有发生岩爆的危险。

关键词：深部巷道动力扰动力学响应 FLAC

动力扰动下侧压系数对卸压孔与锚杆支护的研究

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地下空间与工程学报 2013年第5期9卷 1076-1081,1136页

作者：宋希贤左宇军朱万成贵州大学矿业学院贵阳550025 贵州大学贵州省非金属矿产资源综合利用重点实验室贵阳550025 贵州省优势矿产资源高效利用工程实验室东北大学岩石破裂与失稳研究中心沈阳110006

为探讨各因素对深部巷道卸压孔与锚杆联合支护的影响机制,利用岩石破裂过程分析系统RFPA2D-Dynamic模拟了巷道支护模型在动力扰动作用下围岩应力场的分布规律、巷道破坏形态特征。通过分析得到动静组合加载下不同侧压的巷道围岩应力重... 详细信息

为探讨各因素对深部巷道卸压孔与锚杆联合支护的影响机制,利用岩石破裂过程分析系统RFPA2D-Dynamic模拟了巷道支护模型在动力扰动作用下围岩应力场的分布规律、巷道破坏形态特征。通过分析得到动静组合加载下不同侧压的巷道围岩应力重分布的一般规律,并从破坏单元声发射能量释放的角度分析了动静组合加载对围岩的损伤效应。研究指出,侧压系数λ是静态和动态扰动作用下巷道围岩应力重分布的主控因素;高围压条件下,动力扰动成为触发巷道破裂失稳的主要诱因,且动力扰动作用对不同围压的巷道围岩破坏形态的影响各不相同。

关键词：动力扰动侧压系数深部巷道联合支护数值模拟

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动力扰动作用下采空区公路稳定性

辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2018年第1期37卷 87-91页

作者：张向东宋凯孙琦母倩雯辽宁工程技术大学土木工程学院辽宁阜新123000 辽宁省化工地质勘查院辽宁锦州121000

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FLAC3... 详细信息

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.

关键词：动力扰动采空区公路力学模型稳定性地震载荷

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动力扰动诱发巷帮煤体冲击矿压机制研究

安全与环境学报 2014年第2期14卷 13-18页

作者：梁冰汪北方李刚穆贵清辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学矿业学院辽宁阜新123000 北京昊华能源股份有限公司北京102419

基于煤岩介质的动力扰动载荷理论,对动力扰动诱发深埋巷道帮部煤体冲击矿压机制进行了研究。利用FLAC3D软件数值模拟了深埋巷道围岩,尤其是帮部煤体对动力扰动的响应。结果表明,随扰动载荷增加,巷道围岩速度、应力和位移均产生了急剧变... 详细信息

基于煤岩介质的动力扰动载荷理论,对动力扰动诱发深埋巷道帮部煤体冲击矿压机制进行了研究。利用FLAC3D软件数值模拟了深埋巷道围岩,尤其是帮部煤体对动力扰动的响应。结果表明,随扰动载荷增加,巷道围岩速度、应力和位移均产生了急剧变化,两帮煤体发生严重拉伸破坏,塑性分布区明显扩大。始终维持极限平衡状态的深埋巷道帮部煤体在动载反复扰动下容易产生超高应力集中,帮壁煤体发生破坏,形成应力转移,导致深部煤体由三向应力状态迅速转化为双向或单向应力状态。同时,动载产生的强烈振动改变了顶底板对煤层的约束条件,降低了摩擦阻力,诱发深埋巷道帮部煤体冲击矿压。根据现场统计,大安山矿+550 m西二褶曲轴10下槽回风顺槽动力扰动诱发的冲击矿压为35次,约占冲击显现总数的93.3%。

关键词：采矿工程深埋巷道动力扰动冲击矿压数值模拟

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动力扰动作用下充填体的力学响应研究

中国安全生产科学技术 2016年第2期12卷 62-67页

作者：邓红卫罗黎明李爽胡建华中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083

稳定的充填体是二步骤矿房回采的安全保障。在采矿动力作用下实现充填体的稳定性预测,是二步开采的安全控制关键。为了研究不同扰动幅值下充填体的动力响应规律,以某矿山工程为研究对象,采用Midas/GTS与FLAC3D数值模拟技术,建立了充填... 详细信息

稳定的充填体是二步骤矿房回采的安全保障。在采矿动力作用下实现充填体的稳定性预测,是二步开采的安全控制关键。为了研究不同扰动幅值下充填体的动力响应规律,以某矿山工程为研究对象,采用Midas/GTS与FLAC3D数值模拟技术,建立了充填体动力稳定性分析的三维数值模型并进行了数值模拟分析。研究结果表明：动力扰动作用下,充填体暴露面的破坏区域由四周逐渐向中心扩展,并随着动力扰动幅值的增加,充填体暴露面破坏区域逐渐增大直至贯通破坏;充填体暴露面质点峰值振动速度随着动力扰动峰值的增加而增加,并得出了适用于该矿充填体暴露面振动峰值速度与动力扰动幅值之间的函数关系。距动力加载面越远,充填体内部质点峰值振动速度越小,且距动力加载面0~12 m处,质点峰值振动速度衰减较慢,从12~20 m质点峰值振动速度下降趋势最为明显。

关键词：动力扰动充填体数值分析力学响应

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动力扰动下含软弱夹层巷道围岩力学响应特性

科技导报 2014年第21期32卷 56-61页

作者：唐礼忠高龙华王春蒋锋中南大学资源与安全工程学院长沙410083

为了研究动力扰动下有无软弱夹层对巷道围岩稳定性的影响,利用大型通用有限元软件Abaqus对冬瓜山铜矿深部出矿巷道受到采场爆破作用下围岩的力学响应进行了数值分析并提出支护优化方案。结果表明:由于软弱夹层的存在,巷道拱顶和底板竖... 详细信息

为了研究动力扰动下有无软弱夹层对巷道围岩稳定性的影响,利用大型通用有限元软件Abaqus对冬瓜山铜矿深部出矿巷道受到采场爆破作用下围岩的力学响应进行了数值分析并提出支护优化方案。结果表明:由于软弱夹层的存在,巷道拱顶和底板竖向应力波动幅值大于无软弱夹层巷道,底板竖向应力波动幅值变化较明显,而巷道拱顶和底板水平应力波动幅值却小于无软弱夹层;巷道拱顶和两帮的变形明显大于底板,对于无软弱夹层的巷道围岩变形明显大于有软弱夹层巷道,且变形速率较大;离爆炸源越远巷道围岩的应力和变形越小,但变化不明显,并在动力扰动0.15 s左右后趋于稳定;基于对冬瓜山铜矿现场调查,发现巷道顶板冒落破坏形式,从而提出支护优化方案,使得巷道围岩变形是无支护时的1/3,有效地控制了巷道围岩变形。

关键词：动力扰动软弱夹层力学响应支护优化数值模拟

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动力扰动下高应力巷道围岩动态响应规律

科技导报 2012年第22期30卷 48-54页

作者：李夕兵廖九波赵国彦周子龙邹洋中南大学资源与安全工程学院长沙410083

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PFC2D对动载荷作用下高应... 详细信息

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PFC2D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。

关键词：动力扰动高应力巷道应力波动态响应 PFC2D