矿山采动卸荷岩体力学参数劣化规律研究

矿山开采对采动影响区域内的围岩形成扰动,弱化岩体力学性质,其参数劣化规律是数值模拟与分析计算的主要问题之一。以铜坑矿92#矿体连续采矿顶板诱导崩落试验采场为对象,运用卸荷岩体力学理论,确立了开挖卸荷岩体力学参数计算模拟的计算流程。结合有限元数值模拟方法,建立了岩体卸荷等效模型,进行了6步连续卸荷的计算,得到了地下连续采矿顶板卸荷岩体力学参数的变化规律,并运用多项式实现了卸荷岩体力学参数与卸荷量变化值的函数拟合,获得了采动卸荷岩体力学参数的劣化规律。结果显示,卸荷第6步时,计算不收敛,表明此时顶板已经完全破坏而发生崩落;在卸荷过程中,岩体力学参数均呈逐渐弱化的趋势,其中内摩擦角、凝聚力和弹性模量随开挖卸荷的推进呈逐渐减小的趋势,最终的参数分别相当于初始值的55%、50%和50%,但泊松比呈逐渐增大的趋势,最终值相当于初始值的1.15倍。其结果说明了采动卸荷导致了岩体质量的劣化,卸荷岩体力学参数与卸荷量的函数为采动卸荷力学响应的动态分析提供了理论基础。

基于采矿环境再造的开采顺序时变优化研究

根据卡房矿新山矿段的地质条件和生产能力要求的实际情况,基于采矿环境再造连续开采的思想,提出了3种可行的开采顺序优化方案。运用MIDAS/GTS有限元分析软件,建立了复杂矿体的三维有限元模型,模拟并分析了3种不同开采顺序优化方案的力学时变效应。研究结果表明:随着开采的逐步推进,采场的应力和位移不断增大,并出现了明显的应力集中;3种方案中采场周围最大压应力均达到了27 MPa,顶板最大压应力不超过15 MPa,最大拉应力达到了1.2 MPa;顶板最大沉降位移值分别为82.9、84.4、84.5 mm;顶板有较大范围的拉应力区域出现,3种方案拉应力区域面积占顶板面积的比例最大分别达到22%、22.3%和23.5%,但拉应力区域的时变规律表现出显著的不平衡性和突变性。运用采场结构对采动过程响应的时变分析,以拉应力损伤区域和顶板的沉降位移为评价指标,提出方案1的开采顺序为最优方案。

基于FLAC^3D数值模拟的前后处理优化研究

FLAC3D在求解岩土工程问题方面具有许多优越性,但其在前处理(建模与网格划分)和后处理(图形结果输出)方面却存在着明显不足。对此,提出了首先利用具有强大图形与网格划分功能的ANSYS软件来实现复杂模型构建,然后通过相应程序将模型导入到FLAC3D中进行模拟计算,最后将计算结果导入到tecplot软件中进行后处理分析,用等值线来替代FLAC3D中的区域颜色,以实现结果的直观化操作流程。通过对某矿采场的建模和模拟计算,验证了该方法的优越性和可行性。

群空区危险度的结构尺寸效应灰关联神经网络模型

在力学分析的基础上，耦合灰关联分析及神经网络方法，建立空区危险度的结构尺寸效应灰关联神经网络模型，实现基于空区结构尺寸参数的五级空区危险度评价，分析空区危险度与结构尺寸参数间的影响程度及响应关系。研究结果表明：建立的基于空区结构尺寸的危险度灰关联神经网络预测模型，能够实现群空区下的危险度的精确预测，其预测误差范围为0．08230A-6．7483％，平均误差为3．0546％；空区危险度的影响因素中，矿柱宽度对空区危险度的影响最大，埋深对危险度的影响最小；在其他影响因素不变的情况下，空区的危险度与暴露面积、埋深呈正相关性，与矿柱宽度呈负相关性，而与高宽比的关系式随着高宽比增大先增大后减小并最终趋于定值。

基于RFPA^(2D)的顶板诱导崩落时变效应数值模拟

以铜坑矿92#矿体T112-T115顶板诱导崩落试验矿段为研究对象,通过RFPA计算分析了顶板诱导崩落过程的时变效应,发现在顶板可稳最大的暴露空区面积为4500m2;在第四矿段回采后,顶板围岩极大的弱化和冒落,影响顶板高度达到48m。为了保证生产安全条件,人工诱导崩落顶板必须在回采第四步矿段后进行,其人工诱导顶板的安全高度为50m。结果表明,在一定的连续回采采空区的空间条件下,运用局部人工干扰诱导顶板围岩致裂,可以有效形成顶板诱导失稳崩落。

结块矿石诱导跌落冲击崩解因素的正交试验

含硫破碎矿石堆积易产生二次结块,利用诱导崩落实现结块矿石跌落冲击破碎的自然崩解是一种新的处理结块矿石的方法。在分析结块矿石跌落冲击崩解效果的影响因素的基础上,基于ANSYS-LSDYNA数值仿真试验方法,以崩解率为指标,构建结块矿石跌落破碎正交试验设计表L25(56),运用直观分析方法确定各因素的极差,绘制崩解率与因素之间的趋势图获得各因素对崩解率影响的重要性及变化规律,分析矿石诱导跌落冲击破碎的崩解效果。研究结果表明:运用正交试验方法,通过较少的试验次数,可获取诱导跌落冲击崩解的因素响应规律;在诱导跌落冲击破碎崩解中,各因素变化与崩解率之间存在一种非线性关系,跌落角度的影响最显著,其显著度(从强到弱)排序为跌落角度(B)、胶结软弱面的抗拉强度(C)、跌落高度(A)、胶结软弱面的抗压强度(D);提出在工程实践中的诱导跌落崩解的影响因素控制措施,为矿山的诱导破碎结块矿石提供了依据与技术指导。

模糊模式识别模型在某矿植被复垦适宜性评价中的应用

通过构建矿山植被复垦适宜性评价体系,运用改进的层次分析法确定指标权重,并引入模糊模式识别模型对安徽某矿排土场进行植被复垦适宜性综合评价。结果表明,排土场在林业恢复方向上的适宜程度为中等适宜。对基于层次分析法定权的模糊综合评判模型计算进行了比较。结果表明,基于改进的层次分析法定权的模糊模式识别模型具有更好的区分度,计算结果更合理、更稳定。

基于开采环境再造结构稳定性判别与支护设计

在综合评价现有岩体稳定性评判方法的基础上,选用普适性较好的弹塑性位移相对比值判别方法作为岩体稳定性的判据。将该方法应用到新疆喀拉通克铜镍矿,得出在采矿过程中其结构顶板会失稳破坏的结论;设计采用预应力长锚索对顶板进行支护,并运用FLAC3D软件对锚索支护网度进行优化设计。研究结果表明,当采用4 m×6 m锚索支护时,弹塑性位移比值aθ=0.91,远小于结构破坏的临界值,能维持顶板稳定性;同时该方案下塑性范围及锚索最大轴力变化较小,故得出4 m×6 m锚索支护为最佳支护方案。

城市浅埋隧道施工过程变形规律

城市浅埋隧道的施工会扰动周围的土体,形成地面不均匀沉降和塌陷,特别是城市浅埋隧道的施工路径对由于隧道开挖所产生的沉降与塌陷具有明显的影响,干扰隧道上方的地面交通、建筑等。使用数值方法模拟不同隧道开挖顺序,研究其施工路径对地层变形的影响规律,有着十分积极重要的意义。以武汉某隧道为研究对象,应用ANSYS有限元分析程序,对不同施工开挖顺序所产生的土体扰动变形规律进行了分析。得出了一些有益的结论并提出了有益的建议。

基于开采环境再造深孔诱导崩矿方案优化研究

针对新疆喀拉通克铜镍矿高价值软破矿体的特征,提出了开采环境再造深孔诱导崩矿采矿技术,并主要从维护采场稳定性和保证矿石合格块度率的角度,对崩矿方案进行优化研究.首先,运用FLAC3D软件对侧向挤压崩矿和水平分层崩矿过程进行数值模拟,分别从位移场和应力场的分布和变化来分析不同方案对采场结构稳定性的影响;其次,分析了节理裂隙分布对原始矿体的切割作用,以及爆破挤压作用对崩落块度的影响.研究结果表明,侧向挤压崩矿更有利于维护采场结构的稳定,引导节理裂隙对矿体的合理切割,并能充分发挥挤压效应,提高崩落矿石块度的合格率.图4,表1,参14.