山后矿区基于厚板理论的进路极限跨度设计研究

该文主要研究的是深部金属矿的采场设计问题。在开采过程中,进路宽度设计不合理会影响采矿效率,同时增加充填压力,因此合理的采场结构参数对于保证矿山的安全高效生产至关重要。为此,该文借助厚板理论,分析顶板拉应力分布状态,对山后矿区深度在-282~-500 m的多个中分段典型采场进行优化设计,得到各采场的极限跨度值。该研究的应用将为矿山的安全防护和工程参数优化提供可靠数据,为矿山深部安全开采提供技术支撑。

基于Reissner厚板理论与Mathews稳定图的空场采矿法采场结构优化研究

优化空场采矿法采场结构可有效减少矿石的贫化与损失,并且对防止大规模地压活动发生具有重要作用。以大新锰矿急倾斜中厚矿体开采工程为背景,基于Reissner厚板理论,构建了顶柱四边固支的采场顶柱厚板模型,计算了在不同厚度下顶柱的采场极限暴露长度。设计了两种采场结构初步优化方案:加大预留顶柱厚度(方案Ⅰ);增设一条间柱(方案Ⅱ)。采用Mathews稳定图法,结合现场矿岩体结构面调查数据,分析了采场顶柱、上盘围岩与下盘围岩的稳定性,对比了稳定水力半径与真实水力半径的大小,确定了采场结构的最优方案。研究表明:顶柱厚度与极限暴露长度的关系为a=6.4h-8.35;方案Ⅰ的矿石的损失率与贫化率均高于方案Ⅱ,采场结构最优方案为方案Ⅱ。研究成果可为空场法采场结构优化提供一套完整的力学分析方法与一种矿岩稳定性评价方法。

基于厚板理论的顶板破断规律研究

基于Ressine厚板理论,对余吾煤矿某工作面的层状顶板开展了力学特性研究,分析得到工作面基本顶初次破断时的挠度分布状态;同时利用3DEC数值模拟软件,对该工作面回采过程的覆岩变形和破断过程等特征进行系统性分析研究,归纳总结了余吾煤矿某工作面顶板岩层破断规律。分析现场实测的液压支架阻力数据表明,工作面初次来压步距为42 m左右,周期来压步距为15 m左右。顶板破断及来压规律与理论分析、数值模拟结果基本吻合。

基于厚板理论下向进路充填假顶强度模型及应用

充填假顶作为下向进路式采场的直接顶板,其稳定是该法成功应用的关键,以充填假顶所需强度为研究对象,通过分析下向进路式采矿法典型工艺特征,确定了假顶危险力学状态,并将其简化为四边简支的厚板模型,借助厚板理论符拉索夫基本解答,分析了充填假顶拉应力分布状态,据此建立了下向进路充填假顶强度模型。通过实测大屯锡矿下向进路式采场充填体上覆压力,以最大监测结果0.35 MPa作为基础计算参数,分析确定了假顶底部极限拉应力为0.23 MPa,为保障假顶稳定,考虑1.5的安全系数,设计假顶抗拉强度0.345 MPa。采用FLAC 3D构建了3-1矿体下向进路式采场物理模型,并模拟分析了充填假顶在设计强度参数条件下服务矿体回采过程中应力分布及稳定性状态,矿体回采至最后一分层,假顶拉应力分布于0.10~0.23 MPa,最大值为0.23 MPa,与理论分析结果一致,假顶服务至分层回采结束,未出现塑性破坏。根据模型计算结果与数值模拟分析结果,推荐满足强度指标的最优配比为废石∶尾砂=8∶2,水泥添加量210 kg/m^(3),质量分数85%,并指导完成大屯锡矿3-1矿体下向进路式采场11万m^(3)充填实践,假顶服务矿体回采过程中未出现失稳引发安全事故,为矿体安全回采提供了强度保障,与矿山原设计相比,模型设计强度更加合理且经济,推荐的废石+铜渣尾砂膏体配比较矿山原充填配比节约32.30元/m^(3),累计节约充填成本355.30万元。

基于厚板理论分析深水域中弹性浮板的水波响应

基于线性水波理论和Mindlin厚板动力学理论,采用Wiener-Hopf方法,研究了不同水深水面上弹性浮板在不同入射波数水波作用下的动力学响应问题。首先推导了无限深水域中弹性浮板水波响应的解析解,并将本文分析计算结果与采用其他方法(经典薄板理论)得到的计算结果进行了对比和分析;其次,采用本文方法研究了大型浮板在三种入射波数的水波作用下动弯矩幅值的分布情况;最后,根据其他文献的方法计算了不同水深(有限水深)情况下浮板的动响应,并与本文的计算结果进行了对比分析。

基于厚板理论的滨海开采顶板安全厚度确定

根据海下开采采场顶板的受力特点,建立了采场顶板的厚板力学模型,后采用Volasov厚板理论进行分析求得了顶板最大拉应力的表达式,并以拉应力极限强度理论作为采场顶板的破坏判据。首先,采用安全系数法拟合得到安全系数与顶板厚度的回归曲线,由此计算出满足安全系数要求的顶板最小厚度为37.5 m。其次,基于可靠度理论,得到影响顶板稳定性最显著的因素是顶板厚度,并探讨了采场顶板安全系数与可靠度之间的关系。并应用ansys-flac分析得出37.5 m厚度下采场顶板的应力和变形数值大小均在容许的范围之内。最后,将本文分析结果应用于新立矿区西南翼矿体的开采中,并对采场顶板的沉降变形进行监测,监测结果论证了本文方法的有效性和正确性。

基于厚板理论确定岩溶及采空区路基岩层顶板安全厚度

基于Rejssner厚板理论,在求解过程中结合加权余量法,概化了岩溶及采空区顶板的力学模型。以四边固定与四边铰接为边界条件,考虑岩溶及采空区顶板上部受到均布荷载作用,推导了均布荷载作用下岩溶及采空区顶板的挠度方程和内力表达式,揭示了均布荷载作用下顶板应力和挠度随顶板厚跨比的变化规律。联系实际工程,以顶板岩层抗拉强度为计算控制条件,结合岩溶及采空区顶板安全厚度计算公式,对挠度计算方法的合理与准确性进行验证。

基于Ressiner厚板理论的采空区顶板稳定性研究

根据层状顶板矿体构造特征,基于Ressiner厚板理论,简化并构建层状顶板弹性厚板模型,结合弹性力学相关理论,推导出固支和简支两种边界条件下,顶板的挠曲线方程与顶板内部最大应力表达式;利用matlab软件得到顶板扰度随坐标轴变化的三维曲线图,以及顶板最大应力随顶板厚跨比与长宽比的三维曲线变化图,从图中直观得到顶板最大应力受顶板厚跨比影响较大,受顶板长宽比影响较小;以顶板抗拉强度作为破坏标准,结合顶板最大应力推导出顶板安全厚度计算模型。以某典型多层顶板矿床的某一区段为研究背景,利用顶板安全厚度计算模型,得到了该矿区段顶板安全厚度为14.53 m,矿山开采设计顶板厚度16 m,验证了层状顶板安全厚板计算模型的可行性。

厚锚固板支护理论在三沟鑫都煤矿的实践研究

依据两帮松软破碎的特征,选择厚锚固板理论方法确定了三沟鑫都煤矿条件下首采工作面开切眼的锚固强度、锚杆间排距、锚杆长度、锚固长度等支护参数,并对成巷至工作面安装期间的围岩变形进行了现场实测,结果表明,依据厚锚固板理论确定的破碎两帮条件下的锚固支护方案是合理的。

动荷载作用下采空区顶板安全厚度确定方法及其工程应用

基于Reissner厚板理论,考虑施工机械的动荷载作用,概化了采空区顶板力学模型,推导了在集中简谐动荷载作用下采空区顶板的挠度方程和内力表达式,揭示了动荷载作用下采空区顶板应力和挠度随顶板厚跨比、动荷载振动频率变化的规律。以顶板岩层抗拉强度为控制条件,推导了采空区顶板安全厚度计算公式,并结合实际工程,进行了验证分析。

厚板哈密顿求解体系及其变分原理与正交关系

将哈密顿求解体系推广应用于Reissner-Mindlin厚板问题。首先导出了厚板哈密顿对偶微分方程,然后采用换元乘子法导出了厚板哈密顿变分原理的泛函表示式,最后提出并证明了厚板理论的两个正交关系。厚板哈密顿体系的理论成果将为研究厚板解析解和有限元解提供新的有效工具。

基于轴对称厚板模型的浅埋空区顶板安全厚度

空区的存在影响地表建筑物和设施的稳定.在考虑超载情况下,根据Reissner厚板理论,建立了轴对称圆板模型,以拉破坏为控制条件,导出了顶板安全厚度的解析解.以剪切破坏作为控制条件,提出了考虑剪切导致的拉应力控制和剪应力控制的顶板安全厚度计算公式.结合某一工程实例,给出了几种典型岩石条件下顶板的安全厚度,当超载不大时,顶板安全厚度由弯曲拉应力控制.

复合材料厚板双轴非线性渐进失效分析

为计算复合材料厚板在三维应力状态下的极限承载,综合考虑复合材料厚板的三维应力特性和厚板的本构理论,基于非线性本构关系与增量步迭代法,以Hashin 3D失效准则为单层板失效判据;当层压板中有一层或多层被检测到失效时,对失效层进行刚度折减,并在增量过程中不断更新刚度矩阵。同时,对航空结构件中使用的复合材料厚层压板进行了双轴载荷下的渐进失效过程模拟,分别计算了两种碳纤维环氧复合材料单向带在两种铺层形式以及三种载荷工况下的初始失效和极限承载包线;并给出了不同的铺层和材料组合下层压板的初始失效与最终失效强度包线及每一段所代表的失效模式,展示了层压板的渐进失效过程。本文研究方法解决了对复合材料厚层压板失效过程状态的跟踪与判定问题,同时又不必去建立复杂的三维有限元模型,减小了计算量。

基于哈密顿解法的矩形厚板分析

建立了分析Reissner-Mindlin厚板问题的哈密顿解法。首先,以x坐标模拟时间坐标,选用互为对偶的混合变量作为基本变量,建立哈密顿正则微分方程组。然后,采用分离变量法和特征函数展开法在相应的边界条件下求出级数解。最后,给出矩形厚板典型例题的解答,分析了级数解的收敛性质。与常用的半逆解法相比,Hamilton解法有其优点:一是求解方法严密合理、有规可循;二是应用范围广,可用于求解系列问题。

采场上覆巨厚砾岩层运动对冲击地压诱因的实验与理论研究

采用相似模拟试验和理论计算的方法,对采场上覆巨厚砾岩层的运动规律进行研究,并分析其运动对冲击地压诱发因素的影响。下位巨厚砾岩层的大面积悬顶下沉会在工作面前方煤体及巷道围岩中增加静载荷的积聚,提高了冲击地压诱发的机率;下位砾岩层达到极限悬顶步距断裂垮落时,会通过煤层释放其积聚的弹性变形能并在采空区后方产生较大的冲击荷载,在该动载荷的扰动下有可能诱发能级较大的冲击地压事件。上位巨厚砾岩层能在21141工作面开采范围内保持稳定,岩层弯曲下沉量较小,对特厚煤层开采所引起的上覆岩层冒落、下沉、离层起屏蔽和缓冲作用,因此对冲击地压诱发因素的影响较小。

角点悬空弯曲厚矩形板的边界积分法

在边界积分法中引用了拟基本系统矩形板,在该拟基本系统与实际系统之间应用功的互等定理,得到一挠曲面方程的积分表达式,只要对此表达式进行极简单的积分便可得到该挠曲面方程,这比直接求解Reissner挠度控制方程要简单,边界积分法的求解过程概念清晰,计算伊始便给出了挠曲面方程的总体表达式。以Reissner厚板理论为基础,应用边界积分法研究了角点悬空厚矩形板的弯曲问题,给出了在集中荷载作用下两邻边固定另两邻边自由且角点悬空弯曲厚矩形板的封闭解析解,并给出了相应的数据和图表以供工程上的应用和参考。

不同厚度岩层破断模式转变机理及力学模型分析

采动岩层的变形、破断、运动模式与采场矿压显现、地表沉陷等密切相关。薄岩层与厚岩层的破断模式又呈现出显著的差异,如何将不同厚度岩层的破断模式统一描述并建立力学模型是岩层移动理论难题。统计了23个典型工作面采动岩层破断结构,基于断裂力学理论对岩层的破断力学因素及运动模式进行了分类,详细分析了其与岩层厚度之间的关系。基于中厚板理论建立了不同厚度岩层破断力学模型,揭示了不同厚度岩层的破断力学机理及破断模式,并给出了相应的判据。结合数值模拟分析了不同厚度岩层在开采过程中的变形、破断和运动规律。研究表明,不同的应力边界条件作用在不同厚度的岩层上面,再加上开采条件的不同,岩层会出现不同的破断模式。随着岩层厚度的增加,岩层所受剪力不断增大,岩层的破断力学机理呈现出拉破断、拉剪破断及剪破断的演化规律;其相应的岩块结构则分别表现为砌体梁结构、分层破断以及台阶岩梁;统计数据表明岩块厚跨比大于0.5的岩层更易发生剪切破断而形成台阶岩梁。基于上述统计和分析,针对厚岩层可能发生的拉剪破断问题,提出混合破断模式的概念,将岩层破断力学因素细化为拉破断、拉剪破断及剪切破断3种;将不同厚度岩层的破断模式分为薄岩层常见的拉破断及遇断层引起的剪破断,厚岩层出现的拉破断、拉剪破断及剪切破断,其中拉剪混合破断分为端部拉剪混合破断、分层联动运动及分层非协调运动等7类破断模式。对岩层破断模式的进一步研究可为采场矿压控制及地表沉陷灾害的防治提供有益的理论支持。

基于哈密顿解法的厚板边界效应典型算例分析

在平板弯曲问题中存在边界效应现象。这个现象用Reissner厚板理论可以论证,而经典薄板理论则无法解释。边界效应现象在板的自由边界附近表现最为典型。该文首先选取均载作用下的三边简支,一边自由的矩形厚板作为典型问题,采用哈密顿解法求出解析解。然后结合这个典型问题,对边界效应现象进行分析,对其影响因素和影响范围进行讨论。

厚锚固板理论在巷道锚固支护中的应用研究

根据厚锚固板理论优化了古书院煤矿15#煤层盘区轨道巷和盘区回风巷锚固支护方案,定量确定了锚固支护参数;对厚锚固板结构支护条件下的巷道矿压显现过程进行了现场观测,结果显示,巷道变形量明显减小,取得了良好的支护效果。

集中载荷作用下不同边界条件的弯曲厚矩形板的受迫振动

运用边界积分法研究了四边简支、两对边固定另两对边简支、四边固定三种复杂边界条件下厚矩形板的受迫振动问题,求解过程清晰,从而给出了受迫振动控制方程和挠曲面方程。通过在Matlab平台上进行数值计算,得出了图表形式的计算结果,并与有限元模拟值进行对照。研究表明,边界积分法用于求解厚矩形板的受迫振动问题的准确性,本文推导的控制方程和挠曲面方程的正确性,进而对工程实际中的各种相关问题具有一定的现实意义,也为求解此类问题提供了一种新途径,可以直接运用到工程实际中。