基于正交试验的采场压力拱形态因素敏感性分析

为研究地下采场围岩压力拱形态影响因素主次关系,选取采场高度h、采场高跨比α、覆岩厚度H、地质强度指标GSI、侧压系数k_(0)等因素,借助FLAC^(3D)软件进行5因素4水平的正交数值模拟试验,研究影响采场压力拱形态因素敏感性,选取压力拱内边界高度H_(in)、拱顶厚度Z两个指标进行敏感性分析。研究结果表明:采场高跨比α是压力拱形态的主控因素,随着α的减小,H_(in)与Z显著增大;H与k_(0)对压力拱形态分布具有显著影响,而岩体GSI值对压力拱形态敏感性不显著;矿房高度越大,H_(in)与Z越大;侧压系数、矿房高跨比及GSI值越大,H_(in)与Z越小;采场覆岩厚度越大,H_(in)越小,Z越大。

单轴压缩试验中减弱端部效应新型方法研究

为了减弱端部效应对单轴抗压强度测量的影响,提出一种新型的单轴压缩试验方法。该方法采用与试件材质相同的岩石作为垫块进行单轴压缩试验,设置了(25+50+25)mm和(20+60+20)mm 2种试件高度组合进行试验,并与高度为50 mm、60 mm的单一试件的试验结果进行对比。结果表明:该新型试验方法可以降低单轴压缩试验中端部效应对测量岩石单轴抗压强度的影响,并得到更为均匀的径向应变;(25+50+25)mm和(20+60+20)mm组合试件相比高度为50 mm和60 mm的单一试件,单轴抗压强度分别降低了38.41%和39.69%,相比标准试件,单轴抗压强度也有所降低。数值模拟结果表明:无论有无端部摩擦,组合试件的单轴抗压强度均与理想状态下模拟所得的岩石试件的单轴抗压强度值接近;无端部摩擦时单个试件与组合试件具有均匀的径向应变;有端部摩擦时组合试件的径向应变较为均匀。数值模拟结果证明了该新型试验方法减弱了端部效应,但并未完全消除。

打通一煤矿破碎煤岩巷中锚杆支护优化及其应用

为解决煤岩巷道围岩力学性质差,受采动影响强烈,支护效果差、成本高等特点,以打通一矿W22602回风巷为工程背景,运用组合梁理论和悬吊理论对原有的锚杆支护参数进行优化设计;运用FLAC^(3D)数值模拟方法,研究了锚杆直径、长度、预应力、间排距等参数与巷道围岩塑性区、表面位移、应力分布的关系;揭示了煤岩巷道的变形规律,提高了锚杆支护围岩体的承载强度、抗压抗剪能力。理论与现场试验表明:大间距、高强度、高预应力锚杆支护对破碎围岩巷道支护可靠性高,且能够大幅度地降低工程成本;与原来的支护方案相比,巷道两帮移进量降低了63.7%,顶板下沉量减低44%,掘进速度提高了25%,平均每米的掘进成本降低了350元,可见优化后的支护方案能有效控制围岩变形,加快巷道掘进速度,降低巷道成本。

考虑矿柱流变效应的采空区力学模型分析

采空区是地下采矿活动中所形成的空洞区。为预测采空区自稳时间,指导矿山安全生产,本研究以某钨矿2线0沿南采空区为工程背景,通过采空区影响因素敏感性分析,基于Burgers蠕变模型和弹性薄板模型,构建采空区三维蠕变力学模型,最后应用Flac^(3D)模拟软件,进行采空区自稳流变效应的对比分析。结果表明:根据构建的采空区三维蠕变力学模型,推导出了顶板下沉位移量随时间变化的表达式,计算得出该采空区自稳时间为120.22个月,与采用Flac;软件计算得出的118.06个月自稳时间相近,表明所建立的三维蠕变力学模型能够较好地应用于采空区自稳时间的预估。

房柱法采场结构参数优化研究

为解决某钨矿深部采空区稳定性差的问题,基于数值模拟、熵权法、BP神经网络和混沌优化算法,对深部采场结构参数进行综合研究,提出了一种采场结构参数优化的方法。研究结果表明:合理的采场结构参数是保证采空区稳定性的关键;采用此方法获得了采场结构的最佳参数:边缘矿柱宽度为4.8 m,采场内点柱宽度为7.8 m,矿房宽度为17 m,矿柱个数为9个。矿山应用后,获得的实际回采率为79%左右,为采场优化结构参数设计提供了一种新的思路。

端部放矿覆岩提前混入研究

为解决某铁矿放矿过程中覆岩提前混入、矿石损失贫化大的问题,基于椭球体放矿理论、MATLAB程序以及PFC3D软件,采用实验室物理试验和数值模拟试验进行放矿研究。研究结果表明:现行采场结构参数与矿岩移动规律不匹配是废石提前混入、矿石损失贫化大的主要原因,据此对采场结构参数进行优化,确定最优的采场结构参数(分段高度×进路间距×崩矿步距)为20m×17m×3.8m,以该组结构参数安排矿山生产,矿石回采率提高至90.43%,贫化率降低至8.41%,明显增加了矿山的经济效益。