露天矿边坡稳定性的层次分析-模糊综合评价耦合分析

露天煤矿台阶所构成的边坡对矿山资源生产及运输发挥着重要的作用,也承载着煤炭外运的任务,其稳定性对矿山连续生产具有重要意义。文章在边坡地质调查和监测信息分析的基础上,充分考虑边坡几何形态、地质信息、气象水文信息、现场监测信息等指标,以层次分析法确定边坡稳定性分析的指标权重,基于隶属度最大原则确定边坡稳定性状态,建立了多源信息融合的边坡层次分析-模糊综合评价模型。将该模型应用于扎哈淖尔露天煤矿北帮边坡稳定性分析中,最后基于数值模拟对模型进行了验证。研究表明,北帮边坡基本稳定,基于数值模拟得出扎哈淖尔露天煤矿北帮边坡滑移面安全系数为1.121,模型结果与数值模拟结果所得到的边坡稳定性状态吻合度较好,验证了模型的有效性。该模型可以充分考虑多重信息对边坡稳定性分析的贡献,从而更全面准确分析边坡稳定性。

含Y型组合节理花岗岩单轴压缩破坏机理及声发射特征

利用劈裂法在花岗岩试件中预制不同倾角的Y型组合节理,进行单轴压缩实验,分析组合节理倾角对破坏模式、峰值强度、表面变形场、声发射能量释放特征的影响,探究不同破坏模式下的破坏机理.实验结果表明:1)含Y型组合节理岩石随节理倾角变化呈现整体破坏、楔形体弹射破坏和沿主节理面破坏三种主要模式;2)组合节理夹角、主节理倾角均与岩石强度具有负相关关系;3)破坏模式从整体破坏转变到弹射破坏、沿主节理破坏时,滑移变形集中区域由次节理向主节理转变,AE高能级事件诱发原因由主、次节理压密及滑移错动向主节理压密及滑移错动转变;4)随主节理倾角的不断增大,主节理面上释放的能量更高、能量的分布更加不均匀.

无人值守的实验室机房安全管理探索与实践

作为高校普遍存在的问题,许多计算机类实验室24小时不间断运行,但由于成本和人力等原因,无法实现全面的有人值守,因而常处于无人值守状态。本文针对这类实验室的安全管理问题进行了有益的探索与尝试,并结合实例提出了一种集成物联网技术的有效解决方案,对同类实验室具有一定的参考和指导意义。

河北省责任主体灭失矿山迹地生态修复现状、存在问题及修复对策

河北省为北京市、天津市的生态屏障,生态敏感性强。该省矿产资源丰富,历史上的乱采乱挖、无序开采等导致大量的责任主体灭失矿山迹地遍布全省,这与生态环境保护间的矛盾显得异常突出。在收集相关资料的基础上,总结了河北省矿产资源的赋存状况、责任主体灭失矿山迹地的分布特征、生态环境破坏现状及生态修复现状,揭示了河北省责任主体灭失矿山迹地生态修复存在的主要问题,并基于河北省不同区域的生态功能定位,提出构建“环境地质致灾机理模式—地质灾害隐患的治理与消除—优化生态修复技术方案—地质灾害、修复效果动态监测与评价”4个环节的生态修复理论框架,依据各生态功能定位区的作用、区位特征、气候、土壤等要素,分析总结了适用于不同区域生态修复的技术与实施方案,并以具体的案例开展了修复工程分析。

大红山铁矿露天——地下联合开采岩移发展规律研究

地下开采产生的地表移动会影响邻近露天采场边坡的稳定性。以大红山铁矿露天—地下联合开采为例,采用微震、地表开裂观测等多种方法进行岩移监测和数据分析,探究了地下开采引起的岩体移动与地表开裂规律。首先,对历史监测数据进行了整理和分析,包括地表塌陷和裂缝的发育情况。其次,针对地下开采过程中的围岩变形特点,开展微震数据分析,获取了岩体损伤破坏信息。同时,结合矿山地质资料,统计数据得出了陷落角的变化范围。结果表明:大红山铁矿露天—地下联合开采,岩体移动发展阶段可划分为:冒落及地表贯通的岩移阶段、陷落区充分发展的岩移阶段、F2断层影响的陷落角非对称发育阶段、废石充填与深部开采下的岩移阶段。西北部陷落角发育范围为75°~81°、东南部陷落角发育范围为65°~82°。研究可为类似地质及工程条件矿山岩移发展规律分析提供一定参考。

金属矿急倾斜矿体开采地表移动范围理论分析初探

为揭示金属矿急倾斜矿体开采地表移动规律,有效预测地表移动范围,以弓长岭铁矿急倾斜矿体开采上盘地表移动为例,考虑地形、废石回填、采深3个因素,建立了用于计算地表主应力分布与易开裂范围的力学模型。基于力学模型,将移动角与地表易开裂范围建立了力学联系,并对移动角进行了补充定义:由最深部开采层边缘向地表作直线,位移为0且使地表开裂范围最大的直线即为移动边界线,移动边界线与水平方向的夹角即为移动角。提出了借助力学模型计算移动角的试算法:预设不同的移动角,由力学模型计算得到的地表最大易开裂范围所对应的预设移动角即为真实移动角。在得到真实移动角后,由力学模型可确定地表易开裂范围与深度。同时,借助极限平衡原理将地表易开裂范围与块体滑移建立了力学联系,提出了地表潜在陷落范围的计算方法:对地表易开裂区内不同开裂点对应的潜在滑移块体列极限平衡方程,依次判别块体是否会发生剪切滑移,可确定地表潜在陷落范围。经计算,弓长岭铁矿下盘含铁带地下开采对上盘地表的移动角为60°,上盘地表具有初次滑移风险的位置距离初采位置的水平距离为130 m,潜在滑移角为55°。根据弓长岭铁矿露天与地下联合开采的现场经验,利用废石及时对地下采空区进行密实回填,并通过优化联合开采时空顺序与开采强度可有效控制地表移动,实现露天与地下安全联合开采。

寒区露天矿板岩冻融力学特性及边坡稳定性研究

为了探究寒区板岩边坡在冻融条件下的力学参数劣化规律及其失稳机理,通过室内冻融循环力学试验,并基于广义Hoek-Brown强度准则计算岩体内聚力和内摩擦角随冻融循环次数的衰减规律,以此修正未考虑冻融损伤的白云鄂博南帮内聚力和内摩擦角块体模型,实现南帮岩体力学参数的时空演化表征,最后通过数值模拟分析白云鄂博铁矿主矿区南帮边坡在冻融效应下的循序破坏机理。结果表明:经20次冻融循环后,矽质板岩、云母化板岩、碳化板岩、断层岩内聚力降低率分别为21.64%、22.66%、28.09%、28.53%,内摩擦角降低率分别为12.76%、14.72%、19.37%、21.35%;在冻融效应下,南帮边坡稳定系数由1.19逐渐降至0.92,1650~1570 m区域剪应变逐渐增大,最终滑体于1570 m平台滑移剪出。

岩体破坏突水模型研究现状及突水预测预报研究发展趋势

在收集整理国内外相关资料的基础上,从岩体渗流损伤耦合方程、突水试验监测等方面总结目前岩体破坏突水模型及预测预报研究现状,认为破坏诱发渗透性演化方程和破坏引起有效应力方程的修正是建立描述破坏渗流机制的关键。通过现场实例分析及提出的数值模型的讨论,提出“采动压力和水压力扰动应力场诱发岩体破裂(微震活动性)是矿山突水前兆本质特征”这一学术思路,认为突水预测预报研究发展趋势为依托实例工程,采用渗流耦合力学理论、计算科学技术和高新微震测量技术手段,在深层次上对采动岩层破坏突水通道形成特征、突水岩层微震活动前兆信息和并行渗流耦合数值仿真结果进行综合反演,通过微震活动信息来基准标定突水模型,达到揭示岩层破断突水前兆规律及定位突水通道的目标,为建立矿山突水灾害预测预报奠定理论基础。

露天矿高陡边坡稳定性研究现状及发展趋势

在收集整理国内外相关资料的基础上,从边坡稳定性分析方法、边坡监测、预测预报方法等方面总结了目前边坡稳定性研究方法及预测预报研究现状,分析露天矿边坡的工程特点,指出当前露天矿边坡稳定性研究存在的问题,提出"边坡岩体渐进损伤破坏是边坡岩体失稳前兆本质特征"这一学术思路,认为边坡稳定性及预测预报研究发展趋势为建立基于微震监测信息反演的边坡岩体内部损伤演化模型,提出露天矿边坡岩体强度参数识别表征方法和动态稳定性评价方法,寻求边坡失稳过程岩体内部"空间"损伤劣化的微震活动性、强度弱化与边坡动态失稳之间的联系,以微震前兆信息和边坡岩体强度储备系数为失稳判据,实现露天矿边坡稳定性动态分析预测。

脆性岩石破裂过程损伤与渗流耦合数值模型研究

大量的实验结果表明,脆性岩石的渗透性不是一个常量,而是应力和应力诱发损伤破裂的函数.建立了一个描述非均匀岩石渗流-应力-损伤耦合数学模型(FSD Model),开发出岩石破裂过程渗流-应力-损伤耦合分析计算系统(F-RFPA^(2D).在该系统中,单元的力学、水力学性质根据统计分布而变化,以体现材料的随机不均质性,材料在开裂破坏过程中流体压力传递通过单元渗流-损伤耦合迭代来实现.该系统能够对岩石试件在孔隙水压力和双轴荷载作用下裂纹的萌生、扩展过程中渗透率演化规律及其渗流-应力耦合机制进行模拟分析.最后,给出两个算例:算例1模拟载荷作用下岩石应力应变-渗透率全过程.模拟结果表明,非均匀性对岩石的应力峰值强度、峰值前后其渗透性演化规律及其破裂机制影响十分明显,模拟结果和实验结果较为一致;算例2模拟孔隙水压力作用下岩石拉伸断裂过程,通过和物理实验对比验证,验证了模型计算结果的可靠性.

应力-损伤-渗流耦合模型及在深部煤层瓦斯卸压实践中的应用

根据瓦斯渗流与煤体变形的基本理论,引入煤体变形过程中应力、损伤与透气性演化的耦合作用方程,建立了含瓦斯煤岩破裂过程固气耦合作用模型。应用该模型模拟分析了深部采动影响下瓦斯抽放过程中煤层透气性的演化和抽放孔周围瓦斯压力的变化规律,认清了开采卸压瓦斯瞬态渗流的力学机制。模拟结果表明,采动影响使得处于其上部67m的煤层卸压,透气系数增大了2000多倍,卸压范围70m左右,同现场实际观测结果比较吻合。这对于进一步深入理解开采过程远程卸压瓦斯渗透性的演化、瓦斯抽放渗流的机制具有重要的理论和实践意义。

煤层瓦斯卸压抽放动态过程的气-固耦合模型研究

根据瓦斯渗流与煤体变形的基本理论,引入煤体孔隙变形与透气性演化的耦合作用方程,建立了考虑煤层吸附、解吸作用的含瓦斯煤岩固-气耦合作用模型。应用该模型模拟研究了不同压力影响下瓦斯抽放过程中煤层透气性的演化和抽放孔周围瓦斯压力的变化规律,其结果对于深入理解瓦斯抽放作用机制并采取相应的瓦斯预防和控制措施等具有重要的理论和实践意义。

破碎岩体非线性渗流突水机理研究现状及发展趋势

在收集整理国内外相关资料的基础上,从非线性渗流理论方程、非Darcy渗流试验和非线性渗流数值模型方法等方面总结目前破碎岩体非线性渗流突水研究现状,认为破碎岩体渗流具有突水通道的非Darcy渗流特性、3种流场(Darcy层流、非Darcy高速流及Navier-Stokes紊流)动力学系统的统一性和突水3要素(含水层水源的Darcy流、突水通道的非Darcy流和开采扰动作用)中的应力扰动特性。据此,提出了破碎岩体非线性渗流突水机理研究的发展趋势:从矿山采动岩体渗流突水3要素这一渗流特征出发,通过试验和现场测试研究不同围压、水力梯度和流速条件下破碎岩石渗流规律,建立考虑应力作用的耦合Darcy,Forchheimer和Navier-Stokes方程混合流场的模型,提出有限单元弱形式和有限体积法耦合积分解算混合流场方法,把采动应力作用下含水层、冒落岩体破碎带和巷道整个突水水流路径连接在一起,Forchheimer流域的边界流量压力是动态变化的,可以有效解决破碎岩体非线性渗流模型存在的问题,能比较合理模拟采动应力作用下矿山突水瞬态流动全过程。

岩石破裂与渗流耦合过程细观力学模型

从岩石细观非均匀性的特点出发,应用弹性损伤力学、B iot渗流力学理论,对岩石破裂过程渗流-应力-损伤耦合模型进行了描述.算例表明,该模型能较好的模拟出岩石材料在水压和载荷作用下裂纹扩展路径不规则发展及稳态、瞬态渗流过程,裂纹扩展对渗流路径和流动过程起到明显的控制作用.

矿井岩体破坏突水机制及非线性渗流模型初探

矿山采动围岩破坏突水过程中,水流经历了在含水层中的Darcy层流、破碎带中的非Darcy快速流以及进入巷道中的Navier-Stokes紊流3个物理过程。研究表明Brinkman方程比较适合破碎带渗流特点;同时,将含水层Darcy渗流和巷道N-S流动有机联系在统一流动场中,基于质量守恒和压力平衡,建立突水流体流动数值模型。据此,以采动诱发陷落柱突水为例,应用COMSOL Multiphysics系统数值分析工具,通过在模型中耦合Brinkman,Navier-Stokes和Darcy方程,把含水层、岩体破碎带和巷道整个突水水流路径连接在一起,模拟突水流动全过程。计算结果表明,陷落柱作为含水层渗流和巷道突水自由流动的过渡区域,其渗透性变化对于突水压力和流速演变十分敏感,陷落柱或导水破碎带沟通了含水层和巷道之间的水力联系,而含水层充足的补给水量是保持恒定的高水压并沿陷落柱形成突水的根源。

岩石破裂过程渗流与应力耦合分析

通过对经典Biot渗流力学做进一步的考察 ,讨论了耦合渗流方程参数的物理意义 ,在Biot基本方程的基础上 ,增加一个反映渗透系数和孔隙变化率关系的耦合方程 ,并结合原有的RFPA弹性损伤本构方程 ,引入渗透率突跳系数 ξ这一概念 ,提出了岩石损伤演化过程渗流 -应力耦合方程 ,开发出岩石破裂过程渗流 -应力耦合分析系统F -RFPA2D,实例分析表明 ,这个系统能够对裂纹的萌生、扩展过程中渗透率演化规律及其渗流

露天矿边坡稳定性智能评价研究现状、存在问题及对策

在收集整理国内外相关资料的基础上,从露天矿边坡稳定性智能感知手段、智能评价预测方法、智能决策技术等方面总结了露天矿边坡稳定性智能评价研究现状,分析露天矿边坡工程的特点,指出当前露天矿边坡稳定性智能评价研究存在的问题,提出“位移时间序列阈值、力学机理分析、案例分析及专家系统诊断”三位一体的边坡稳定性智能评价的学术思路,认为露天矿边坡稳定性智能评价研究发展趋势为:首先,建立边坡灾害案例和多因素多模式智能识别数学模型,采用深度学习和大数据分析方法进行案例类型聚类、要素识别和模式匹配;其次,通过力学机理计算评价,识别隐患区确定滑坡隐患触发因素和条件;然后,基于案例模式匹配结果建立监测预警指标体系和预警阈值,构建案例库知识库和专家系统并实现智能决策;最后以大孤山铁矿西北帮滑坡为例,基于力学计算给出边坡安全系数变化规律,同时结合滑坡案例库的匹配结果,确定现场数据时序曲线指标阈值(位移累积量、位移速率),从而科学合理的给出预警警情判别结果,通过云平台实现数据分析、现场模型可视化和预警发布及滑坡诊断。该案例初步验证了三位一体边坡稳定性智能评价学术思路,为实现露天矿边坡稳定性智能评价提供了有效手段。

范各庄煤矿砂岩岩体结构数字识别及参数表征

借助先进的3GSM三维岩体不接触测量技术,对范各庄煤矿12煤底板砂岩岩体结构面进行现场测量,获取一系列真实描述岩体宏观结构的数字图像,提取节理几何形态空间分布信息,建立三维岩体结构面空间分布模型。在此基础上,得到砂岩岩体结构面联通网络,基于离散介质渗流方法和现场水文试验数据,建立岩体水力学参数表征方法,得到宏观岩体水力学参数,并分析参数的尺寸效应,实现岩体结构参数(几何形态)数字信息与水力学参数的定量表征有机衔接,为范各庄煤矿12煤底板砂岩岩体结构稳定性分析和突水危险性评价提供更加真实、可靠的数据支持。

承压水底板突水失稳过程的数值模型初探

利用自行开发的岩石破裂过程渗流与应力耦合分析系统F RFPA2D,对承压水底板破裂失稳过程进行了数值模拟。在这个数值模型中,材料在开裂破坏过程中流体压力传递通过单元渗流 损伤耦合迭代来实现。根据模拟结果,分析了承压水底板失稳的机理,对承压水底板的突水部位的预测进行了探讨。得出了与实际基本一致的结果,说明了F RFPA2D作为一种新的数值模拟方法,可以用来研究承压水底板突水问题。

不同围压作用下非均匀岩石水压致裂过程的数值模拟

从岩石细观非均匀性的特点出发,提出一个描述非均匀材料渗流和破裂相互作用的数值模型。在这个数值模型中,单元的力学、水力学性质根据统计分布而变化,以体现材料的随机不均质性,材料在开裂破坏过程中流体压力传递通过单元渗流-损伤耦合迭代来实现。算例表明,该模型能较好地模拟出岩石类材料在水力压裂作用下,微结构非均匀分布和不同围压比对破裂模式、失稳压力的影响,非均匀性导致试件的开裂压力、失稳压力明显不同,裂纹扩展路径不规则发展,模拟结果和实验结果较为一致。