采动影响下某矿矩形巷道稳定性数值模拟分析

某矿大巷受工作面回采时的采动影响出现了巷道断面收缩变形问题。针对该矿采动巷道稳定性控制难题,在分析深部采动巷道应力环境与变形特征的基础上,以该矿开拓巷道为研究背景,借助FLAC3D数值模拟手段,研究了工作面推进下采动巷道的应力场及塑性区演化规律,分析了采动系数对大巷稳定性影响机制。结果表明:随着工作面推进,采动巷道顶板处支承应力呈“脊背形”分布,塑性区急速发育,当工作面距巷道间距小于70 m后,采动巷道稳定性显著降低,采动应力系数λ对巷道稳定性影响显著,呈负相关,λ>3.0时巷道上部出现“蝶形”塑性区,变形剧烈。

深井矩形巷道围岩应力分布规律及支护优化

针对巷道矩形断面结构易出现应力集中的现象,对巷道稳定性进行分析并针对性的提出支护优化方案。以赵楼煤矿5302工作面轨道巷为研究背景,基于复变函数理论建立了矩形巷道围岩应力分析模型,分析了不同埋深、不同宽高比、不同围岩力学参数下围岩的应力分布特征,提出了通过锚杆加强顶板、注浆加固巷帮的优化方案,并进行了FLAC^(3D)数值模拟验证和现场试验。结果表明:所提出的优化方案能有效改善破碎围岩的力学性能,提高巷道围岩的自承载能力,相较于原方案,巷帮平均变形量降低了32.9%,控制效果显著。

矩形巷道顶板围岩塑性区分析与支护设计

煤矿采掘大量采用矩形巷道,传统巷道支护设计一般依据圆形巷道塑性区范围确定,而对于矩形巷道塑性区的确定普遍采用数值模拟的方法。为确定矩形巷道顶板围岩塑性区范围,建立巷道顶板梁模型并考虑围岩抗拉压强度不等的特点,对模型进行弹塑性分析,得出巷道顶板最大塑性区高度理论计算式,并据此提出锚杆支护设计方法。为验证理论计算式的适用性,对柠条塔煤矿S1231掘进工作面胶运顺槽巷道顶板围岩最大塑性区高度进行现场监测。研究结果表明,依据理论计算出的巷道顶板围岩最大塑性区高度与现场监测结果基本一致;同时,对柠条塔煤矿S1231掘进工作面胶运顺槽巷道顶板围岩进行支护设计,并对顶板围岩的稳定性进行评价,进一步验证了理论的合理性。

侧压系数对矩形巷道应力及位移影响

使用复变函数对矩形巷道边界最大主应力进行理论求解,并基于理论计算结果进行数值模拟实验,分析矩形巷道围岩应力位移变化规律。结果表明:数值模拟的最大主应力求解结果与理论分析结果完全一致,验证了数值模型的科学性和正确性;巷道最大主应力的最大值在不同侧压下,均出现在巷道边界的4处拐角且4个值相等;随着侧压系数的增大,在不同侧压力下,巷道发生竖向位移的围岩主要发生在巷道的顶底板,两帮未发生明显的竖向位移,并且随着侧压系数的增大,发生的竖向位移量减小,发生竖向位移的围岩范围变小;当侧压系数k<1时,发生位移的围岩范围呈现出“8”形状;k=1时,呈现出“O”形状;k>1时呈现出“∞”的形状,并且侧压系数越偏离1,呈现出的“8”或“∞”形状越明显。

矩形巷道锚杆支护优化数值模拟分析研究

为了提升煤炭开采中巷道锚杆支护的性能,保证煤炭开采环境的安全性,通过矩形巷道锚杆支护优化数值模拟方法对巷道锚杆支护性能进行研究。通过分析巷道中围岩应力的汇集、传递中存在的偏差形成压力拱,确定形成压力拱系数,完成岩层应力变化情况分析,然后分析矩形巷道支护特性曲线之间的关系,确定矩形巷道失稳机理,引入连续介质力学分析软件以及摩尔-库伦模型,构建矩形巷道锚杆支护优化数值模拟模型。模拟结果表明:在采用相同锚杆规格时,可通过改变锚杆间排距的方式来提升支护的性能,实现矩形巷道锚杆支护优化。

基于统一强度理论的矩形巷道塑性区宽度计算

基于应力平衡原理,将统一强度理论作为矩形巷道围岩的塑性条件,推导出矩形巷道边帮的塑性区宽度计算公式;通过中间主应力系数b的变化,得出了在Mohr-Coulomb准则下矩形巷道边帮塑性区宽度计算公式。结合具体案例,将统一强度理论系列解与Drucker-Prager准则解进行比较,分析了采场宽度、岩体黏聚力、岩体内摩擦角以及原始地应力对塑性区宽度的影响规律。结果表明:塑性区宽度随着黏聚力和内摩擦角的增大而减小,随着采场宽度和原始地应力的增大而增大;相同采场宽度下,统一强度理论系列解比Mohr-Coulomb准则解和Drucker-Prager准则解小,适用性更好,可为矩形巷道设计及支护提供一定的理论指导。

泥化弱胶结软岩地层中矩形巷道的变形破坏过程分析

在西部地区,一定数量的矿区处于泥化弱胶结软岩地层,此类软岩胶结性差、强度低、遇水泥化。矩形是采区巷道的常用型式,但其断面受力不均、稳定性差。在上述软岩地层中的矩形巷道承载力低、变形量大、变形持续时间长,给煤矿的安全生产带来极大困难。以内蒙古新上海一号煤矿皮带顺槽矩形巷道为背景,运用FLAC3D软件中的Cvisc黏弹塑性模型,对矩形巷道的变形破坏进行了数值模拟,并将模拟结果与现场监测结果对比分析。结果表明:巷道开挖支护后,受断面形状影响,矩形巷道四角出现压应力集中和顶板受拉区,巷道顶板下沉量大,底板底臌严重,两帮向巷道挤出;受围岩岩性影响,围岩进入塑性的时间快短、范围大,塑性区超出了支护体的作用范围,造成锚杆(索)的锚固效果难以完全发挥,围岩出现整体滑动的现象;巷道变形呈现出流变变形的特性,变形量随时间持续增加,持续的蠕变变形超出了支护体的可控范围,最终引起巷道的失稳破坏。

矩形巷道围岩应力分布及其破坏机理研究

将煤矿矩形巷道围岩的应力求解简化为弹性力学中的求解矩形孔口区域的应力问题。首先利用复变函数理论中的保角变换,求得矩形孔口向单位圆的映射函数,然后将其应用到弹性力学中的孔口应力问题的求解中,最终求得了方形孔口区域及矩形巷道围岩的弹性解析解。通过弹塑型理论提出矩形巷道围岩具有塑性滑动区、裂隙扩展区及围岩稳定区的"三区"理论,求解出塑性区围岩裂隙的扩展方向。

矩形巷道孔边应力的弹性分析

对已有的矩形巷道孔边应力研究成果进行了归纳,并提出其存在的问题。在此基础上,利用隧洞围岩应力复变函数分析法中的解析函数通式和单位圆外域-洞室外域共形映射函数计算方法,计算了不同跨高比和侧压力系数下的矩形巷道孔边应力,分析并获得了其对孔边应力分布的影响规律。给出了原岩垂直应力分量0p和水平分量0?p单独作用下矩形巷道顶板和侧帮中点的应力集中系数,并与相关研究结果进行了比较分析,结果表明,矩形巷道的计算断面与理论断面边界线间的误差对孔边应力计算值有较大的影响。采用共形映射函数计算方法获得的计算断面更逼近理论断面,采用解析函数通式进行围岩应力计算时不产生精度损失,研究成果更接近于矩形巷道理论值,可供巷道设计及围岩稳定性分析作理论参考。

截面尺寸对矩形巷道中电磁波传播的影响

矩形巷道截面尺寸对电磁波的传播特性有很大的影响.本文在矩形巷道模式匹配理论的基础上,运用软件模拟的方法,具体分析了截面尺寸对不同极化模式下的场强变化的影响.结果表明:在宽度尺寸大于高度尺寸的矩形巷道中,水平极化模式的场强明显高于垂直极化模式,高度尺寸的变化对场强的影响比宽度尺寸的变化要大,这种影响差异随频率的增高和截面尺寸的增大而变小.

矩形巷道预应力锚杆群支护作用的研究

基于FLAC3D及Tecplot软件对预应力锚杆作用下围岩中产生的附加应力场进行数值模拟及分析,得出增加锚杆长度利于预应力向围岩深部的扩散,但同时会减小预应力在围岩中的横向扩散范围,增大预紧力可以有效提高主动支护效果。通过对多根锚杆应力场相互重叠的分析得到锚杆群在矩形巷道中的加固区作用机理。最后通过弹性力学理论中布西内斯克问题,推导出矩形巷道中预应力锚杆加固区厚度与锚杆间距的关系。

矩形巷道导波特性的等效传输线法分析

运用电磁理论和传输线理论,将场和路的分析方法结合起来,建立矩形巷道的等效传输线模型,简化了计算过程,为电路仿真奠定了基础.作为计算实例,对电场水平极化(1,1)模的RLCG分布参数进行计算,获得的结论具有一般性,分析方法可用于其它模式电磁波.通过衰减率的计算,得到与模式匹配理论分析相一致的结果,验证了等效传输线法的有效性.

矩形巷道围岩应力解析解

为得出矩形断面巷道围岩应力分布特征,采用复变函数解法对矩形巷道围岩弹性应力进行解析,得出了应力分量的曲线坐标表达式;分析了巷道高宽比和侧压对围岩应力的影响。结果表明,高宽相等时巷道最大应力最小,边界最大应力随侧压系数增大而增大。无论侧压和高宽比如何变化,四角附近区域应力集中系数均最大。同高宽比情况下,随侧压增加,矩形巷道径向应力的峰值近似呈线性增加,环向应力峰值减小,径向应力和环向应力峰值均向围岩内部迁移。相同侧压下,随巷道高宽比增大,径向应力和环向应力峰值均向围岩内部迁移。相同高宽比和侧压下,距离巷道右帮越远,径向应力越大,环向压应力先增后减。

矩形巷道应力集中系数的弹性分析

若能了解矩形巷道孔边的应力集中系数表达式,则对矿山水平矩形巷道的设计和支护都有很大的帮助。首先通过量纲分析,将与矩形巷道有关的参数无量纲化,然后借助复变函数这一方法,推导了应力集中系数Kt与比例系数k、s之间的函数关系以及Kt与比例系数n之间的函数关系,并且均与数值模拟结果进行了对比分析,得到了较为满意的结果。

近水平煤层矩形巷道锚固参数确定及数值实验

根据超静定理论,给出计算锚固参数的解析表达式.以山西大同地煤青瓷窑煤矿为研究背景,模拟当角锚杆倾斜角度改变时,锚杆最大剪应力及顶板垂直位移随倾角变化规律.研究结果表明:当该矩形巷道顶板所有锚杆均采用垂直布置时锚杆上最大剪应力及顶板位移均比较小,从塑性分析角度,验算在这种支护方案下锚杆不会进入塑性屈服,顶板岩层不会冒落,可以满足工程需要,所得结论对工程实际应用具有指导意义.

矩形巷道中对称振子天线辐射特性的研究

建立了分析煤矿井下巷道内对称振子天线的积分方程,计算分析了矩形巷道中对称振子天线的辐射场模式,给出了传输模式的归一化传输功率分布。计算结果表明:矩形巷道中含有对称振子天线时,电磁波是多模传输的,无论天线处于巷道的什么位置,TE模的总功率均占80%以上,且TE模的功率最大模式的指数变化不大。

矩形巷道松动圈回归公式

围岩松动圈巷道支护理论的应用基础是松动圈厚度 ,由于现场实测松动圈一般比较困难 ,因此建立围岩松动圈与其影响因素之间的函数关系势在必行。采用ANSYS数值计算程序 ,通过模拟计算不同条件下矩形巷道的松动圈 ,用回归法建立围岩松动圈 (Lp)与地压 (P)、围岩强度(Sc)以及巷道跨高比K之间的关系Lp=f (P ,Sc,K) ,并通过假设检验。

矩形巷道电磁波传播混合模型分界点的研究

为了更精确地描述矩形巷道电磁波传播近场区的传播特性,运用两路径模型结合Fresnel区域理论,推导了巷道近场区第一分界点距离的公式;在分界点之前,传播损耗遵循自由空间传播特性,而在分界点之后,可用多模波导传播模型预测。通过3组实测结果来验证该模型在天线不同位置、不同载波频率下的合理性,所得结论将会加深对巷道环境中电磁波传播机制的深刻理解。

基于矩形巷道应力特征点的空间数据分析

为得出矩形巷道围岩应力空间分布特征,将复变函数理论推导得出的曲线坐标应力分量转换为巷道所在平面的直角坐标应力分量,采用Matlab软件对巷道应力特征点的空间数据进行分析,得出了巷道围岩应力场分布直观图。并考虑了侧压系数、高宽比及巷道断面尺寸等对围岩应力场的影响,结果表明,应力峰值随侧压系数的增大而增大。应力峰值出现在矩形巷道的四角上,与侧压系数、高宽比、巷道断面面积无关。侧压系数大于1时,顶底板水平应力和最大主应力均随侧压系数增大而增大,两帮垂直应力随侧压系数增大而减小;垂直应力峰值、两帮垂直应力随高宽比增加而减小,顶底板的水平应力和最大主应力随高宽比增加而增加。围岩应力变化规律与巷道断面面积无关。

矩形巷道锚杆支护参数设计

主要探讨了矩形巷道锚杆参数的设计。选择合适的支护形式和支护参数,才能保证巷道支护质量和安全生产。