基于支护阻力对巷道围岩塑性区深度作用的柔性锚索支护技术研究

为明确支护阻力对巷道围岩塑性区深度的影响,采用卡斯特纳公式和FLAC3D软件分析了支护阻力与巷道围岩塑性区深度之间的关系,分析结果表明:现有技术水平条件下提供的支护阻力不能显著减少巷道围岩塑性区深度,难以有效避免巷道围岩发生塑性破坏,即使支护阻力高达2.50 MPa,巷道顶板围岩塑性区深度也未显著减少。因此,提出采用具有足够承载能力、锚固深度和延伸率的支护材料进行柔性支护,将塑性区内的破坏岩石锚固到塑性区外的稳定岩层是维护巷道围岩稳定的一种有效途径。在信湖煤矿五中车场回风道采用大变形柔性锚索进行补强支护,取得了较好的控制效果,减少了巷道断面的收缩量,保障了巷道的长期使用。

Effects of strength matching and crack depth on the fracture parameters for welded joints

Fracture parameters of welded joints with different strength matching and crack depth in weld metal are investigated by using the methods of elastoplastic finite element analysis and three point bend specimen test. The results show that for shallow crack, the plastic zone turns large in loading process, and the fracture toughness turns high. The extent of the plastic zone of overmatched joint is larger than that of undermatched joint because it will extends to parent metal from the weld metal in loading process for the same CTOD value. The plastic zone of undermatched joint is restricted within the weld, and the size of that is small. Overmatched joint shows the fracture behaviour of shallow crack may more easily than the undermatched joint, while the two sorts of joint specimens have the same crack depth. Therefore, the fracture-resistant capability of overmatched weld is better than that of undermatched weld. when the toughness of weld metals is similar for both overmatched and undermatched joints.

桃园煤矿综采工作面过断层巷道注浆加固技术研究

为探究工作面过断层顶板破碎、难以管理且易造成冒顶的问题,以桃园煤矿Ⅱ1044综采工作面为工程研究背景,通过采用FLAC3D数值模拟软件模拟工作面向断层推进,研究当工作面推进到不同位置时的垂直应力分布规律、塑性区演化规律、断层滑移量,并据此制定科学有效的过断层技术措施和安全措施。研究表明:当工作面距离断层40 m时,断层处应力约20 MPa,断层处的塑性区已经达到直接底,同时工作面顶底板塑性区范围变大,围岩破坏严重,底板破坏深度可达47.2 m。随着工作面向断层处推进,断层将被完全破坏。因此,当工作面距断层40 m时,开始注入马丽散进行加固,在工作面25—55支架处注水泥浆加固,注浆后工作面支架压力基本稳定。

边帮压煤在不同回采条件下边坡变形破坏及稳定性分析

因边坡存在典型失稳特性,边帮煤回采会进一步加剧边坡发生变形和失稳现象;采用FLAC3D构造边坡结构模型对边帮煤在不同回采状况下边坡变形破坏及稳定性进行分析预判。结果表明:不同回采条件,边坡内部岩体塑性区扩展形态和范围不同,对边坡平盘所形成的扰动破坏也不相同;逆坡和顺坡回采相比,在回采长度及边坡稳定性方面都比顺坡回采差,顺坡回采在一定程度上可以保证边坡的稳定性,虽存在局部滑移现象,但整体稳定性较好,逆坡回采边坡存在失稳现象;上煤层回采边坡存在局部失稳现象,整体稳定性较好,下煤层回采塑性区远离边坡平盘,稳定性比上煤层回采更优;由此可以得出边坡稳定性和回采深度有关,回采深度越大边坡稳定性越好。

深部埋深巷道变形特征数值模拟研究

深部巷道的应力分布对巷道支护方案的确定及围岩稳定性具有重要的参考价值。通过FLAC^(3D)数值模拟分析不同埋深(600 m、800 m、1 000 m、1 200 m)巷道围岩的垂直应力、水平应力及塑性区分布特征。结果表明,巷道围岩垂直应力沿巷道开挖中心线呈近似对称分布,垂直应力随埋深的增加而增加。随着埋深的增加巷道顶板发生剪切、拉伸破坏的塑性区半径增加了151%.巷道两帮支护强度的增加可以减少巷道底板的应力集中,帮部的强化对巷道的应力集中具有较好的抑制作用。

矩形断面巷道冲击地压机理研究

基于顶板剪切梁模型研究矩形巷道冲击地压发生问题,得到矩形断面巷道发生冲击地压的临界塑性软化区深度和临界载荷,分析巷道宽度、巷道高度或煤层厚度、顶板厚度等几何因素,以及煤层与顶板刚度比、煤的模量比、煤的强度参数、侧压力系数和水平应力分布指数等煤岩力学性质因素对临界条件的影响规律。结果表明：巷道顶板岩层以剪切变形破坏为主,当临界塑性区深度与临界载荷较小时,易于发生冲击地压,其发生频度较高,强度较小,破坏性较小;反之,冲击地压不易发生,其发生频度较低,一旦发生其强度会较大,破坏性较大。临界塑性区深度与巷道宽高比、初始黏聚力的大小无关,随顶板厚度、刚度比、模量比、水平应力分布指数的增加而增大,随煤层塑性软化刚度、内摩擦角、侧压力系数的增加而减小。临界载荷随巷道宽高比、煤层塑性软化刚度、水平应力分布指数的增加而降低,随顶板厚度、刚度比、模量比、初始黏聚力、内摩擦角、侧压力系数的增加而增大。

非静水压力条件下巷道围岩破碎区应力分布特征

煤矿巷道围岩的应力状态与稳定性关系密切,尤其是巷道围岩破碎区的分布范围及应力分布特征的研究,对于确定巷道支护方案,提高巷道围岩稳定性具有重要的理论意义和工程指导价值。以非静水压力条件下圆形巷道围岩破碎区分布范围为研究对象,建立了非静水压力条件下巷道围岩应力状态分析的力学模型,给出了非静水压力条件下圆形巷道围岩破碎区及塑性区的应力与位移的解析解,对比分析了2者随埋深及侧压系数的变化特征。以辽宁大兴煤矿北二采区902工作面运输巷道为工程背景,通过数值分析和理论计算,对比分析了巷道围岩破碎区的应力与位移随埋深及侧压系数的变化特征,评价了围岩稳定性。研究结果表明:在巷道掘进后围岩环向正应力的变化明显比径向正应力剧烈,围岩破坏的主要形式是沿纵向开裂;由于不同区域的围岩变形特征不同,使其黏聚力及内摩擦角等物理力学参数的大小存在差异,从而导致围岩破碎区、塑性区和弹性区边界应力产生不连续现象;在一定埋深范围内巷道围岩破碎区及塑性区范围随埋深的增加而线性增大。当巷道埋深较小时,巷道围岩破碎区较小,巷道处于相对稳定的状态。当埋深较大时,巷道左、右两帮处较顶底板更易发生失稳破坏;塑性区及破碎区半径的比值随埋深及侧压系数的增大而减小,且随着埋深的增大,侧压系数对围岩塑性区及破碎区范围的影响程度逐渐减小,当埋深增大到一定程度时,围岩应力状态趋于静水压力状态;当埋深达到1500 m时,围岩达到了极限平衡状态。

钻孔瓦斯涌出初速度测试深度的探讨

通过分析钻孔瓦斯涌出初速度的影响因素及其与工作面前方应力分布状态的关系 ,得出钻孔瓦斯涌出初速度的测试深度必须穿过工作面前方的煤层卸压带 ,进入应力集中带的塑性极限应力区 ;对于不同矿山地质条件下的煤层 ,必须实测其工作面煤层卸压带和塑性极限应力区范围 ,才能准确确定钻孔瓦斯涌出初速度合理的测试深度。

不同埋深下暗挖隧道施工的地层响应

采用实测统计和数值模拟方法,对北京地铁区间暗挖隧道开挖后不同埋深下的地层应力、塑性区分布及地层变形3个方面进行分析研究.结果表明:1)隧道开挖后洞周切向应力升高区随埋深增大而向围岩深部转移,埋深达到20m后,应力升高区的转移减缓;2)随埋深的增大,洞周塑性区与地表塑性区由完全贯通变为逐渐分离,地表塑性区的范围逐渐减小,但洞周塑性区的范围变化不大,而塑性区以外的弹性区范围增大;3)埋深达到12 m时,地中沉降曲线出现拐点,拐点与洞顶的距离随埋深的增大而增大,埋深达到20m后,曲线拐点基本稳定在洞顶上方10 m处;4)计算结果与实测统计规律基本一致,最大地表沉降值随着埋深的增大而减小,但减小的幅度随着埋深的增大而逐渐减小.

基于统一强度理论桩孔稳定性分析

目的解决钻孔灌注桩桩孔的孔壁坍塌和缩径问题,推导出孔内最小要求泥浆重力密度和钻孔初始屈服深度的解析解.方法考虑中主应力对土体强度的影响,通过算例分析了土体内摩擦角、钻孔深度及统一强度参数对最小要求泥浆重力密度和初始屈服深度的影响.结果孔周土体土质越差,钻孔越深,最小要求孔内泥浆重力密度越大;统一强度参数越大,孔壁越稳定,所对应的最小要求泥浆重力密度也就越小.对应于不同孔内泥浆密度存在一个钻孔初始屈服深度,初始屈服深度随中主应力参数、土体强度参数以及孔内泥浆密度的增大而增大.结论钻孔初始屈服深度由孔周土体强度和孔内泥浆重力密度共同决定,在实际工程中应根据实际地层情况和埋深适当调节泥浆重力密度.

深部厚煤层条带开采煤柱的稳定性

通过对三向应力状态下的煤柱极限强度计算公式分析得出:我国目前普遍应用的A.H.威尔逊计算理论公式存在因简化带来的问题,并且随着采深的增大,问题表现的越明显.理论分析表明,煤柱塑性区宽度不仅与采深、采厚有关,而且也同采出率有关.结合古城煤矿的实际情况,利用FLAC3D模拟得出了不同开采条件下煤柱塑性区宽度,通过二元线性回归分析,得出了煤柱塑性区宽度与采深、采厚及采出率的计算公式.最后给出了在深部厚煤层条带开采情况下煤柱极限载荷的计算公式.

8.5m大采高综采工作面煤壁稳定性的理论分析

大采高综采工作面片帮问题是影响高效安全开采的主要因素之一,为了研究大采高对煤壁稳定性的影响,基于上湾矿四盘区1-2煤层8.5 m大采高工作面围岩力学条件,采用压杆理论分析煤壁的挠度特征,得到煤壁容易发生片帮的位置在煤壁的中上部;并提出梯形滑块模型,在考虑摩擦力的前提下通过力学计算,得到护帮力不能小于0.251 MPa;针对8.5 m超大采高综采工作面,特别提出了采用支架增压增力复合护帮机构支护方式,护帮板长度分别为1 100、1 600、800 mm,总长度达3 500 mm,可以有效地减少工作面大块煤壁片帮现象。

地表倾角和埋深对浅埋偏压隧道塑性区的影响范围研究

浅埋偏压隧道施工安全是隧道施工的常见问题.采用FLAC3D有限差分软件,针对地表倾角和埋深对隧道塑性区范围的影响,分为两组不同工况的隧道开挖进行了数值分析.结果表明:随着地表倾角增加,左边墙和左拱脚的水平位移逐渐减小,当地表倾角为35°时位移值为负,出现了向左的位移,右拱腰的竖向位移增大趋势要大于左拱腰,随着隧道埋深的增加,位移的大小随埋深的增大均逐渐增加;剪应力主要集中在左右拱脚和左右边墙处,塑性区首先出现在这些区域,并随着剪应力的增加范围逐渐增大.

大直径桩渐进破坏机理分析

根据桩受力的特点 ,讨论了大桩端阻力渐进破坏的机理 ,从而明确了端阻力随直径增大而降低的原因 。

断层影响下底板应力分布和破坏分析

采用FLAC5.02D数值模拟软件模拟了煤层开采过程中断层对底板应力峰值与塑性区变化的影响。对不同断层倾角,断层刚度和底板水压下底板应力峰值和塑性区变化进行了分析,同时根据现场实测,对有无断层条件下破坏深度进行对比。断层倾角越小,底板应力峰值越高,底板破坏区范围越大;断层倾角越大,底板破坏区范围越小,最终发展为"X"型。断层刚度的增加,没有对底板塑性区产生明显的影响,只是从断层带一侧改善了底板突水通道。随着底板水压的增大,塑性区范围没有明显变化,底板应力峰值的波动程度也不大。无断层存在,底板破坏深度为0～17 m;断层带的存在使底板破坏深度增大了135%。

圆形硐室岩爆机制及其突变理论分析

硐室岩爆机制是围岩中处于极限状态的塑性变形集中区承载能力下降时,其中完好岩体部分以弹性方式卸载,当后者释放的弹性能超过前者形变耗散的能量时便发生岩爆.以岩体等效应变为状态变量,建立了硐室岩爆的突变模型,给出岩爆释放地震能计算式.分析表明:岩爆发生条件与岩体的升降模量比及岩体裂隙发育程度有关;对于特定冲击倾向的岩体,存在相应的临界软化区深度,当满足岩爆发生条件,且软化区深度达到临界深度时会发生岩爆.

基于统一强度理论的煤层平动冲击失稳解答

以统一强度理论作为煤层塑性区的屈服判据,考虑中间主应力对煤层强度的提高作用,建立了平动冲击失稳之前煤层的应力统一解、扰动深度解析式以及塑性区宽度统一解,对其进行可比性分析、文献已有解答的对比验证,探讨了中间主应力效应、煤层埋深与厚度、煤层强度参数对平动冲击失稳的影响特性。研究结果表明:本文所得应力统一解和塑性区宽度统一解均是一系列有序解答的集合,并得到文献Mohr-Coulomb准则解答、Hoek-Brown准则解答以及Lippmann理论的验证,具有广泛的理论意义和良好的工程应用前景;当统一强度理论参数 b 从0增加到1时,煤层发生冲击失稳的破坏范围减小了25.3%,冲击倾向性即塑性区扩展率由0.63减小到0.47,这表明中间主应力对煤层平动冲击失稳的影响显著,应合理考虑中间主应力效应,以充分发挥煤层的承载潜力;支护力对煤层的塑性区宽度影响较大,当支护力从0增加到1 MPa时,塑性区宽度平均减小了21.3%,需切实构筑有效支护以减小煤层平动冲击失稳的破坏范围;深埋煤层的稳定性较差、冲击失稳时破坏范围较大,另外厚煤层相比于薄煤层的稳定性较高,但发生冲击失稳的破坏范围更大;黏聚力和内摩擦角作为煤层的重要强度参数,对煤层平动冲击失稳的影响十分显著,开挖设计时应充分考虑煤层强度参数的变化,特别是内摩擦角。

车集矿2705工作面合理封孔深度研究

为研究车集矿2705工作面的合理封孔深度,采用了理论分析、统计拟合分析并结合工业试验的方法。通过对煤体塑性区范围的理论分析以及根据煤岩体内应力与煤层透气性的关系,理论上确定了塑性区的范围以及最浅封孔深度。结合现场试验,对所得数据进行赋权重处理,得到一个综合值＂s＂。对＂s＂值以及钻进深度进行曲线估计,进一步分析得出煤体的塑性区深度范围,最终可以确定该工作面本煤层钻孔的合理封孔深度为6-10 m。

圆形洞室应力状态及塑性区分析

为了研究圆形洞室开挖后洞壁围岩和工作面前方围岩的应力状态和塑性区范围,采用数值模拟和理论计算相结合的方法,对不同埋深下的圆形洞室进行了FLAC3D模拟,揭示了开挖后的力学特性。结果表明:对于洞壁围岩而言,随着初始应力的增加,最大的切应力不是线性增加的,其增加的幅度在逐渐减小;而最大切应力与初始应力的比值维持在稳定的范围内。塑性区范围随埋深的增加在逐渐地扩大,但增加的幅度也在减小。对工作面前方围岩而言,切向应力和径向应力逐渐靠近初始应力的速度明显快于洞壁围岩,但其切向应力明显小于洞壁围岩的切向应力;随着埋深的增加,工作面前方最大切应力与初始应力的比值处于缓慢增加的过程;随着埋深的增加,工作面前方围岩的塑性区范围比洞壁围岩的大,进一步验证了工作面处存在应力集中现象。

输电塔角钢斜插式基础抗倾覆稳定性数值模拟分析

为了解不同深宽比的输电塔角钢斜插式基础在上拔力与水平力组合荷载作用下的位移趋势及土体塑性区扩展的过程,以及深宽比对基础抗倾覆稳定性的影响,采用数值模拟方法进行计算。结果表明,对角钢插入式基础整体倾覆过程进行数值模拟分析时,可将基础周围土体出现部分塑性屈服时作为失稳的临界时刻。上拔力与水平力组合荷载作用下土体塑性区皆出现在基础底板的一角,地基破裂面具有不对称性,可采用置换基础底板角点土体的地基改良方法来提高桩土体系抗倾覆承载力。适当增加基础深宽比,提高基础嵌固程度是提高基础稳定性的有效措施。