围岩塑性区范围统一解

采用统一强度理论,考虑中间主应力的影响,根据不同的应力状态,正确选择第一主应力,推导了深埋圆形隧洞围岩塑性区范围统一解,并给出了公式的适用条件。通过算例说明,考虑第一主应力的变化是正确、必要的。

割压联合作用下钻孔塑性区范围分布研究

为准确获得超高压水力割缝与水力压裂联合作用下的钻孔塑性区分布规律,基于统一强度理论,考虑煤体塑性软化和中间主应力,建立了钻孔在割压联合作用下的力学模型,推导出钻孔塑性区范围表达式,并通过算例分析了相关参数对钻孔塑性区的影响规律。研究结果表明:采用割压联合技术后,钻孔塑性区半径随着中间主应力系数的增大几乎保持不变,随着软化系数的增大而逐渐减小,随着压裂压力的增大逐渐增大;对比钻孔正常施工和超高压水力割缝情况下,钻孔塑性区半径显著增大。研究成果可为矿井更好地解决低透气性煤层瓦斯抽采治理技术难题提供一定的理论依据。

巷道围岩承载结构弹塑性理论分析

为了分析巷道围岩承载结构与支护的相互作用,建立了圆形巷道围岩内、外承载结构弹塑性分析力学模型,应用广义Hoek-Brown破坏准则和弹塑性基本理论,得到了塑性区半径和围岩承载结构相关参数的表达式.通过实例分析了巷道围岩承载结构与围岩稳定的关系,以及支护力对巷道围岩承载结构相关参数的影响.结果表明:外承载结构位置、宽度以及塑性承载结构宽度与巷道围岩变形量及塑性区范围密切相关;随支护力增大,巷道围岩承载结构越靠近巷道周边.

利民煤矿巷道掘进过程中围岩破坏范围

巷道掘进过程中会破坏原始的应力场,出现应力积聚和重新分布现象,研究矩形巷道掘进过程中的围岩变形破坏范围对支护设计和支护材料选择具有重要意义。本文首先对影响巷道围岩变形破坏的影响因素进行分析,之后采用UDEC数值模拟的方法,对巷道掘进过程中的围岩破坏范围和应力分布特征进行试验研究。研究结果显示,巷道两侧会出现应力积聚,上方和底板会出现应力卸压显现;巷道上方的破坏范围是6 m范围,下方是4.5 m,巷道左右两侧的破坏范围是4 m。

损伤比例系数对巷道围岩弹塑性解的影响

为更加准确地进行巷道围岩弹塑性分析,应考虑围岩的损伤特性,在所构建的理论模型中首次引入损伤比例系数,对深部巷道围岩的力学特征进行了详细分析,并通过具体算例探讨了损伤比例系数对围岩塑性区半径和位移的影响规律.研究结果表明:损伤比例系数对巷道围岩力学特征有着明显的影响,随着损伤比例系数的增大,巷道围岩塑性区半径和周边位移均会增大.因此,在进行巷道围岩力学特征分析时,应当适量考虑围岩损伤比例系数的作用,研究成果可为巷道围岩稳定性评估提供理论依据.

分层开采下分层大断面开切眼顶板稳定性评估

为了研究分层开采下分层工作面大断面开切眼顶煤稳定性问题,以大柳塔煤矿活鸡兔井1-2煤层下分层203开切眼顶煤的14个钻孔为研究背景,采用理论分析、数值模拟和现场钻孔窥视分析了上分层开采与下分层开切眼掘进对开切眼顶煤塑性区的影响,并通过岩体完整性指数对顶板结构稳定性进行评价。从顶煤结构形态来看,由于上分层开采造成开切眼顶煤局部超挖或欠挖现象,开切眼的最大超挖量为1.2 m,最大欠挖量为0.8 m,顶煤不平整率为27.7%。理论分析结果表明:受上分层开切眼顶煤采动影响,底煤塑性区深度为2.02 m;受下分层开切眼掘进扰动影响,顶煤塑性区深度为1.50 m。钻孔窥视结果表明:将开切眼顶煤塑性区分别按理论计算和钻孔窥视划分为理论塑性区与实测塑性区,上分层采动影响造成的底板实测塑性区深度范围为1.06~2.04 m,下分层开切眼掘进扰动影响造成的顶煤实测塑性区深度范围为0.34~1.50 m,上分层采动影响造成的底板实测塑性区比理论塑性区平均小17.63%,下分层开切眼掘进扰动造成的顶煤实测塑性区比理论塑性区平均小25.82%。数值模拟分析结果表明:上分层采动影响造成的底煤塑性区深度范围为1~2 m,下分层开切眼掘进扰动影响造成的顶煤塑性区深度为1 m。上述3者所得结果一致性程度较高。开切眼顶煤稳定性评价结果表明:顶煤完整性指数范围为42.9%~87.9%,顶煤厚度与完整性指数呈正相关,与裂隙发育呈负相关,顶煤完整性评价为良好以上的占比超过1/2,说明顶煤整体结构基本完整。该研究结果可为分层开采下分层大断面开切眼同类工矿条件的顶煤厚度留设及支护方案设计提供参考。

条形均布荷载下地基临界荷载的精确公式

论文根据太沙基塑性区发展的理论,基于临界荷载统一公式的基础上,推导了条形均布荷载下粘性土、砂土等地基的较为精确的临界荷载公式,并制作了供参考和查阅用的图表。理论上,该公式比目前通用的地基临界荷载公式所求解的值更为精确。从一个具体的实例可以看出在某种意义上,该公式在估计地基承载力方面是较为优越的。本文还从公式出发,推得了条形均布荷载下地基塑性区的近似范围。

天然气水合物降压分解诱发储层变形破坏正交数值模拟实验研究

使用降压法进行天然气水合物开采时,天然气水合物沉积层的失稳破坏是制约其有效开发的关键因素。考虑水合物饱和度和有效应力同时变化对水合物沉积层主要力学参数的影响,建立天然气水合物降压分解诱发储层变形破坏的流固耦合弹塑性模型,编制USDFLD子程序,采用正交数值模拟实验方法,研究初始水合物饱和度、井底压力和有效主应力差对水合物沉积层近井储层变形破坏影响的敏感程度。结果表明:井底压力和有效主应力差是影响近井储层变形破坏的2个显著因素;对近井储层等效塑性应变最大值的影响程度由大到小依次为井底压力、有效主应力差、初始水合物饱和度;对塑性区范围的影响程度由大到小依次为有效主应力差、井底压力、初始水合物饱和度;建议根据水合物藏的地质条件,对井底压力进行优化设计。研究成果对采用降压法进行天然气水合物开采的安全性、可控性具有重要意义。

大采深综采工作面充填留巷围岩稳定性关键技术研究

为解决大采深综采工作面无煤柱沿空留巷围岩稳定性问题,通过对充填体切断和支护顶板动力学过程进行理论分析,得出了充填体抗压强度22 MPa条件下,宽度不小于2.4 m;采用FLAC3D数值模拟,对不同厚度及不同强度充填体下巷道顶板下沉量和围岩塑性区变化规律进行了研究,得出了充填体厚度为2.5 m、强度为22 MPa时顶板下沉量达到工程需求,并提出了沿空留巷超前区、待充填区和滞后区分段支护技术,为类似地质条件矿井中该技术的应用提供借鉴。

综放工作面过空巷围岩稳定与控制研究

针对南阳坡矿综放工作面过空巷时面临的支护难题,建立“基本顶断裂在煤柱侧”空巷直接顶的力学模型,研究工作面距空巷距离减小过程中煤柱空间位置关系及载荷作用下空巷直接顶的受力状态,得出煤柱尺寸变化与空巷顶板应力分布规律,结合数值模拟分析工作面至空巷不同距离时空巷围岩状态变化,研究空巷围岩塑性区范围和位移量的变化规律,得出空巷受采动影响严重的距离范围,为南阳坡矿工作面过空巷的围岩控制技术提供理论依据。研究结果表明:工作面推进至40~30 m内煤柱和空巷顶板受采动影响较小,当推进至30~15 m内煤柱塑性破坏加剧,当工作面推进至10~5 m煤柱应力骤降失去承载能力,因此加强支护需超前工作面30 m完成;现场采取超前工作面30 m对空巷进行“锚索+网片+钢带”联合支护方式对空巷进行加强支护,取得良好的效果。

基于离散元的裂隙岩体巷道稳定性分析及安全控制

为了解决裂隙岩体巷道的安全控制难题,以黄岩汇煤矿典型巷道为工程背景,借助离散单元法程序UDEC研究了不同节理性质对巷道稳定的影响,探讨了巷道塑性区及围岩位移场的演化规律和顶板节理的力学性质对塑性耗散能、节理滑移耗散能影响规律。结果表明:不同节理参数下,巷道塑性区范围影响较小,约为5m左右。顶板变形量由150mm增大到800mm,两帮变形量由350mm增加至700mm。巷道围岩节理参数越小,表现出围岩内部裂隙更加容易发育和相互之间贯通,形成较大裂隙,导致巷道顶板下沉量更大;巷道塑性耗散能增加,围岩出现塑性变形,内部岩石破碎碎胀扩容现象。

厚煤层一次采全高工作面煤壁失稳原因及控制技术

采用理论分析方法对煤壁失稳片帮原因、煤壁失稳片帮控制因素效果进行了分析,并在6501工作面现场采用了增加液压支架支撑强度、强化档煤板支撑能力、提升采面推进速度以及煤壁超前注浆加固等技术手段,来控制煤壁片帮失稳问题,现场应用取得了显著效果,有效解决了6501采面生产过程中面临的煤壁片帮问题。

深部高地应力巷道塑性破坏特征及注浆支护

为探讨基于围岩塑性破裂区分布的深部巷道精准注浆加固技术,推导得高地应力下非等压二区破坏圆形巷道的应力和塑性破裂区范围的理论解,并结合COMSOL软件,揭示侧压系数、围岩软弱破裂程度和注浆加固对其的影响规律。结果表明:随侧压系数增大,顶底板内的环向应力和塑性破裂区范围显著增大而巷帮的却减小;围岩软弱破裂程度越高,其最大环向应力越小而塑性破裂区范围越大,故决定塑性破裂区范围的是最大环向应力所在位置距巷道表面的距离;塑性破裂区在侧压系数、黏聚力和内摩擦角的不同组合下将呈圆形、类椭圆形和近似蝶形;注浆加固对具有不同可注性和可改造性围岩的塑性破裂区形态、位置和范围的影响不同。其成果可为高地应力巷道注浆加固等设计提供参考。

风荷载作用下输电线电塔边坡稳定性分析

该文以镇江长江沿岸五峰山输电线电塔边坡为例,用毕肖普法讨论了在输电线电塔风荷载竖向力与水平力作用下,土体性质改变对边坡稳定性的影响。根据桩基布设位置、滑动面位置和桩端持力层的不同,风荷载作用下输电线电塔对边坡稳定性的影响分为三种模式:桩基础在计算产生的滑坡体内,产生的塑性区未接触到滑动面;桩基础在计算产生的滑坡体内,产生的塑性区接触到了滑动面;桩基础不在计算产生的滑坡体内。并对这三种模式进行了分析和评价。