基于RFPA-3D含裂隙矿体破裂扩展数值模拟研究

为了深入探究不同参数条件下含裂隙矿体的力学特性及破裂扩展路径、破坏模式及破裂扩展规律,借助RFPA-3D真实数值模拟仿真软件开展了3种不同长度预制裂隙及5种不同角度下的单轴压缩数值模拟试验。结果表明:①随着裂隙长度增大,模型试样峰值应力逐渐降低;随着裂隙倾角增大,模型试样峰值应力出现“V”字型变化规律;当裂隙倾角为60°时,模型试样峰值应力最低。②张拉应力是引起模型试样裂隙尖端产生起裂的主要因素,剪切应力是造成裂隙横向扩展并形成破碎区的主要原因。③0°~30°模型试样以张拉劈裂破坏为主,45°~60°模型以剪切破坏为主,90°模型试样呈现出明显的剪切-张拉组合破坏。

深部片麻岩破坏全过程声发射时频域信号特征及前兆预警研究

针对矿山深部开采中岩石突发性灾害事故频发问题,以揭示岩石破坏前兆特征为目的,以金厂峪金矿深部片麻岩为研究对象,采用单轴压缩声发射试验,研究深部片麻岩承载过程与声发射时频域特征的关联性,并深入分析岩石失稳破坏前声发射时频域参数的前兆特征及两者的耦合性。结果表明:(1)声发射时域参数振铃计数在屈服阶段表现出明显的"单峰"型突增浮动特征;振铃计数率、累计振铃计数和能率、累计能量在临近破坏前呈现"高值突增"现象。(2)岩石破坏全过程声发射主频分为5个频带,低频带信号(0~40 kHz)占比呈现先增大后减小、再增大又减小的规律;中低频带信号(>40~80 kHz)零星分布,无明显特征;中频频带信号(>80~130 kHz)在岩石破坏全过程中占比最大,且呈现稳定变化趋势,临近破坏前呈现快速增大特征;中高频带信号(>130~160 kHz)只在岩石临近破坏前才出现;高频带信号(>160~200 kHz)占比呈现先减小、后增大的规律。(3)临界破坏前振铃计数、能率的"突增"和高频信号在相同时间所表现出的"快速增加"和"下移"特征以及低频信号"缺失"的特征可作为岩石失稳破坏的关键前兆信息。通过分析声发射时频域特征参数变化,可以更加准确地对岩石破坏前兆信息进行判断识别,这对矿山开采及工程施工安全预警具有重要的应用价值。

基于3DEC数值模拟的矿山边坡关键块体稳定性研究

以河北钢铁集团研山铁矿节理岩质边坡作为主要研究对象,使用Shape Metri X 3D高精度三维不接触边坡扫描仪对边坡中结构面信息进行采集。通过分析数据得到优势结构面并采用赤平极射投影方法进行边坡临空面中关键块体的搜索,通过矢量运算方法得到关键块体的稳定性系数及失稳模式。并结合3DEC数值模拟软件,建立关键块体的三维模型,反演了不同优势结构面组合下关键块体发生失稳的过程,从而验证了数值计算的正确性,为矿山治理边坡稳定性提供了可靠的科学依据及技术支撑。

L型充填管道料浆输送压力损失及优化研究

全尾砂料浆管道输送作业中,料浆管道底部磨损问题比较严重,极大地影响了料浆管道的使用寿命。结合唐山某铁矿全尾砂料浆L型管道充填现状,以L型管道输送压力损失最小为原则进行研究,选择灰砂比为1∶4、1∶6、1∶8,配比浓度为54%、58%、62%的充填料浆作为试验对象,以3、5、7 m/s为料浆流动速度,采用COMSOL Multiphysics数值模拟软件,基于3D数值模型计算了管道直径为70、80、90、100 mm 4种情况下的压力损失,分析了压力损失的影响因素并进行了优化研究。结果表明:管道直径越大,45°截面的压力越大,L型管道压力损失与管道直径呈二次多项式函数关系,管道直径减小到70 mm或增大到100 mm,都会加速L型管道底部的磨损。为延长矿山L型管道服务时间,最大限度减轻管道底部磨损,建议该矿山L型充填料浆输送管道直径取85 mm,料浆流速3 m/s,灰砂比1∶4,质量浓度64%。

基于能量耗散与释放的充填体失稳尖点突变预警模型

在充填体失稳预警研究中,以声发射前兆特征作为材料失稳预警标志已得到众多学者的一致肯定。然而,声发射前兆特征具有多种形式,这对充填体的失稳预警有一定的影响。基于此,建立了一种形式固定的充填体失稳预警模型。首先,以能量演化特征为切入点,基于尖点突变理论构建了充填体失稳预警模型,随后针对不同灰砂比充填体开展单轴压缩声发射验证试验。试验结果表明,耗散能突变与可释放弹性应变能突变所构成的区间可描述充填体的预警状态,将其定义为预警区间。不同灰砂比充填体预警区间唯一,模型具有较好的灵活性及普适性。以振铃计数率等认可度高的声发射特征参数的前兆特征对得出的预警区间的合理性进行验证,验证结果表明,根据模型求出的预警区间与声发射参数的前兆特征所处时间高度一致,进一步验证了该方法的合理性及普适性,可为充填体的失稳预警研究提供一种新的思路。