采空区地表新增荷载后地基应力的分布规律研究

在采空区地表修建建筑,由于采空区覆岩已经遭到破坏,在新增荷载的作用下可能引起覆岩的进一步破坏,从而危及建筑物的安全。采用了相似材料模拟试验和数值模拟方法对采空区地表新增荷载后地基应力的分布规律进行了系统研究,得到了采空区地表新增荷载与采空区上方覆岩的相互影响关系。研究结果表明:开采前岩体应力基本随深度增加线性增大,开采后岩体内应力发生了重分布,地表新增荷载后的地基附加应力分布随深度增加逐渐减小;通过以地表新增荷载在地基中产生的附加应力相当于开采前地基中原岩应力的10%位置来确定地表荷载的影响深度,研究得到了开采前后不同大小地表荷载的影响深度,为采空区地表建筑利用提供了理论依据。     

深部隔离煤柱对岩层与地表移动的影响规律

焦坪矿区大采深、厚煤层综放开采条件下,地表下沉量较小,呈现非充分的采动影响现象。通过相似材料模型试验,分析了本区地质开采条件下工作面宽度、隔离煤柱尺寸、上覆岩层岩性与地表移动的内在关系,揭示了岩层移动的基本特征。研究证实了深部开采条件下工作面间留设一定宽度的隔离煤柱对地表沉降起到有效的控制作用,这可为本区及类似条件的其他矿井提供参考。     

开滦矿区深部开采中巷道围岩稳定性研究

在对开滦矿区赵各庄矿、唐山矿深部开采过程中巷道围岩变形、破坏特征和矿井动力显现观测的基础上,结合数值模拟研究发现:(1)开滦矿区在千米深开采时水平构造应力远大于自重应力,原岩应力值远大于巷道围岩强度值,巷道将不可避免地要遭受破坏并表现为大变形强流变和严重底鼓;(2)随着开采深度增大,软弱煤岩层发生冲击地压的危险性随之增大,通常以煤层的整体突出为特征,其发生机理和高应力状态下硬岩(煤)中的岩爆有区别;(3)原岩应力状态对巷道围岩的变形破坏有着重要影响,而巷道形状对巷道围岩的破坏形式影响不大。     

采动区公路路堤变形影响分析研究

煤层开采会引起地表的大幅下沉,给地面的建构筑物带来巨大的破坏。文章通过ABAQUS数值软件对安徽淮南矿区公路进行模拟,分析了由于开采引起的沉降、斜率及水平变形对公路路堤的影响,不均匀沉降会严重影响路堤边坡的稳定性和交通安全性,水平变形会引起路面的变形及破坏。最后提出了不同情况下矿区公路路堤的加固及处理措施。     

深部矿区涌水与山体流场变化的三维模拟分析

在分析四川某矿区的延伸接替工程水文地质条件基础上,建立了研究区水文地质概念模型,运用Visual Modflow对地下水流场进行数值模拟。利用校正后的模型,预测不同开采水平下地下水流场的分布及涌水情况、地下水降落漏斗的影响范围,定量比较不同开采深度对地下水水位的影响程度、与地表水体的补、排关系。结果表明,地下水降落漏斗影响面积最大达4.03km2,降雨旱、雨季补给条件对深部巷道涌水量影响较小,水库至开采区方向存在地下水分水岭,对矿区深部开采充水影响不大。本研究为今后该矿区地下水资源的合理开发利用、矿区建设及环境保护等提供了科学依据。     

不同洞形与加载方式对深部岩体分区破裂影响的模型试验研究

 随着地下工程开挖深度的增加,深部洞室围岩将产生不同于浅部洞室的分区破裂现象。为研究分区破裂的破坏机制和形成机制,以淮南矿区丁集煤矿高地应力深部巷道为工程背景,采用模型相似材料和数控真三维加载模型试验系统,开展圆洞、城门洞和马蹄形洞在沿洞轴向和垂直洞轴向加载条件下的洞室开挖真三维地质力学模型试验。模型试验研究表明：(1) 初始最大主应力平行于洞轴方向且其量值超过1.5倍围岩单轴抗压强度是深部岩体产生分区破裂的重要条件;(2) 洞室分区破裂的范围与洞形和洞室尺寸有关,洞室尺寸越大,分区破裂范围越大。模型试验结果有效揭示分区破裂的形成条件和破坏规律,为深入研究高地应力深部岩体的非线性变形特征与破坏机制奠定了坚实的试验基础。     

有效载荷系数KγH／［δ］在孙村煤矿深部开采中的应用

通过现场实测、模拟实验和模拟计算,本文分析了影响孙村煤矿深部开采井巷变形破坏的主要因素,建立了原岩应力、移动支承压力和固定支承压力作用下巷道变形与有效载荷系数的关系,找出井巷变形时的有效载荷系数临界值。这种关系可以指导深部开采的巷道布置、决定维护巷道的方法和预计已有的巷道变形。本文认为,孙村煤矿井巷变形破坏严重的原因是开采深度、围岩强度和开采影响的综合影响的结果。     

不同开挖方式下采空区变形规律研究

煤矿采空区上覆岩层变形控制已经成为安全开采的关键环节,是确保工作人员及周边居民生命财产安全的重要因素。为得到合理的煤层开采方式、降低采空区引起的地表沉降,以山东莱芜市北埠煤矿为研究对象,利用FLAC~(3d)模拟软件对不同开挖方式下采空区上覆围岩的变形特征及地表沉降规律展开深入分析,研究结果表明:(1)开挖同一煤层条件下,双向开采引起的变形量大于单项开采;(2)相同采序条件下,单向开采引起的竖向变形与影响范围较小;(3)煤层开采顺序一定时,不同开采方式导致的地表最大沉降值相差不大。     

深部强冲击厚煤层开采上、下解放层卸压效果相似模拟试验研究

为了研究深部强冲击厚煤层开采上、下解放层的卸压效果,采用相似材料模拟试验的方法,通过监测解放层开采过程中及稳定后被解放层应力变化情况,分析应力变化规律,计算下解放层下部合理卸压角,确定了被解放层下平巷的合理位置;比较两次开采上解放层模拟试验的卸压程度,确定了上解放层工作面的合理位置;证明了开采下解放层后,被解放层上平巷附近区域仍是高应力集中区,易发生冲击地压,而开采上解放层后,该区应力明显减小,说明上解放层卸压效果明显;验证了井下发生大能量冲击地压之前,地表沉降出现"反弹"的异常现象。该研究为工作面开采设计提供理论指导,对防治冲击地压具有重要的现实意义。     

轻质填料法在路堤加宽中的地基变形分析

通过有限元方法,计算分析轻质填料在路堤加宽工程中的地基变形特性。结果表明:轻质填料直立式填筑与斜坡式填筑效果接近;随填土高度增加,地表沉降增速放缓;地表沉降主要来自于浅层软弱土体的固结沉降;深部下卧层土体特性对地表沉降影响较小。     

采动区地基、条形基础与框架结构共同作用机理研究

本文综合应用结构力学、矿山开采沉陷学、土力学、材料力学等相关理论,建立了采动区地基–条形基础–框架结构共同作用力学模型。该力学模型综合考虑了开采盆地形成过程中地表变形对建筑物的动态影响以及框架结构建筑物的基础和建筑物的长度等影响因素,从理论上分析了采动过程中上部结构变形、内力等变化规律及主要因素的影响规律,推导出计算采动区建筑物移动变形和各种附加内力的计算公式,通过计算实例进行了验证,为采动区上方框架结构建筑物的保护、加固和设计提供了理论依据和计算工具。     

黄土力学数据挖掘系统研究

岩土工程智能化系统研究是岩土工程领域前缘问题。本文基于信息技术中最先进的数据挖掘技术,研制了黄土力学数据挖掘系统,包括有预处理模块、挖掘操作模块、知识库管理模块,自重湿陷与湿陷性判定决策树模型、判定规则和评价模型的精度以及其他应用软件接口等。可实现数据的归约、聚类分析、分类、预测等。通过工程实例分析,证明了该系统的有效性和实用性。采用59项工程的2766组黄土试验数据对决策树的每条规则进行测试,结果表明自重湿陷性判定规则的准确率为87.3%,湿陷性判定规则的准确率为92.5%。利用挖掘所得到的判定规则和决策树模型,可减少试验工作、降低成本;提出的模型还可用于确定湿陷底界与自重湿陷的底界,从而为地基处理深度的确定提供依据。     

潞安矿区黄土的工程特征与评价

通过对潞安矿区黄土地基的地质、结构特征、力学性质、湿陷性及其影响因素等方面的大量实践资料的分析与研究，详细阐述了潞安矿区黄土的工程地质特征，对黄土地基进行了综合分析与评价，提出在勘察设计和施工中应注意的问题和应采取的措施。     

湖下采煤下渗模型试验与规律研究

根据地质力学模型试验原理和南四湖的工程地质与水文地质条件,建立了12个地质模型。通过模拟湖下煤层的开采过程,分析了煤层上部的砂岩和灰岩的破坏特征及地面开采盆地的形成过程。通过测量上层滞水位和潜水位随开采的变化和水位的恢复过程分析了湖下采煤对南四湖湖水的影响和湖水下渗的规律。研究发现:如果湖下存在2~3 m左右的黏土层,地表湖水基本上不会渗透到地下,也不会造成地表水的大量损失。开采时潜水位会随着开采产生周期性下降,停采后周围潜水会侧向补给采空区,潜水位逐渐恢复,在南四湖的地质条件下,潜水位恢复到原来的95%,大约需要一年的时间。     

压煤村庄搬迁施工质量管理方案研究与应用

阐述了大屯矿区压煤村庄搬迁工程施工质量管理方案的研究与应用,提出了地基预回填工程施工管理和抗变形结构房屋建筑施工质量管理措施,从而对搬迁工程进行科学化管理。     

Fuzzy models for analysis of rock mass displacements due to underground mining in mountainous areas

The displacement and deformations of rock mass due to underground mining has often resulted in major disasters throughout the world, frequently inflicting heavy losses of life and damage to property. And these disasters have motivated the development of rock mass mechanics. The prediction of displacement of rock mass and their surface effects is an important problem of the rock mass mechanics in the excavation activities especially the coal and metal mining in mountainous areas. Based on results of the statistical analysis of a large amount of measured data in mining engineering, the fundamental fuzzy model of displacements and deformations of rock mass is established by using the theory of fuzzy probability measures. The theories of both two- and three-dimensional problems are developed and applied to the analysis of engineering problems in excavation and underground mining in mountainous areas. The agreement of the theoretical results with the field measurements shows that our model is satisfactory and the formulae obtained are valid and thus can be effectively used for predicting the displacements and deformations and the safety evaluation of the buildings on the ground.     

采矿工程专业材料力学课程教学对应案例分析

材料力学课程是采矿工程专业较重要的专业基础课。收集、整理并讲授与专业相关的教学案例,可以有效提高材料力学课程的教学效果。在科学技术的推动下,中国采矿工程行业蓬勃发展,获得较多优秀成果,同时也有失败的教训。如果将这些成果及教训作为教学案例展示给采矿工程专业大学生,将会使得课堂教学更生动。依据材料力学的章节安排,分别列举与采矿工程专业相关案例,包括:非全长粘结锚杆的轴向拉伸、矿柱的轴向压缩、锚杆托盘的剪切和挤压、巷道穿越断层时的剪切、矿用钻机钻杆的扭转、顶板的固支梁和悬臂梁假说、单轴和三轴压缩条件下岩石的强度理论、掘进机传动轴的组合变形、单体支柱的压杆失稳以及竖井罐笼的坠落事故等,分别对应于材料力学课程各个章节,为授课教师课堂教学提供案例参考。     

金属矿充填开采岩体移动对竖井围岩的变形破坏

采用数值模拟和地质力学分析的方法,对甘肃金川二矿区地下开采条件下, ^# 14 行风井变形破坏问题进行了研究,研究结果表明： ^# 14 行风井位于地下开采引起的岩体移动盆地的拉张区,受岩体移动变形影响剧烈,地下开采已经成为了影响竖井安全稳定的主要因素;无论是富矿开采还是贫矿富矿联合开采,竖井井壁的位移和应力分布规律大体相同,其大小与分布特征受断层影响突出,断层所在的部位仍然是竖井井壁的脆弱部位;地下开采引起的 ^# 14 行风井的破坏是以穿过井筒的断层出现活化为触发因素,以井壁发生错动、破裂、冒落为主要形式的断层效应的集中体现,这也将成为现阶段生产条件下竖井可能再次发生变形、破坏的模式。     

Fuzzy genetic programming method for analysis of ground movements due to underground mining

The prediction of ground surface movements is an important problem in rock and soil mechanics in the excavation activities especially the coal and metal mining. Based on results of the statistical analysis of a large amount of measured data in underground excavation engineering, the fuzzy genetic programming method (FGPM) of ground surface movements is given by using the theory of fuzzy probability measures and genetic programming (GP). And genetic programming approach is proposed to determine the parameter of ground surface movements due to underground mining of coal in this paper. Genetic programming is trained by used practical mining induced surface movement data. The agreement of the theoretical results with the field measurements shows that the FGPM is satisfactory and the formulae obtained are valid and thus can be effectively used for predicting the ground surface movements due to underground mining, especially the mining of coal and metal.     

Innovation and future of mining rock mechanics

The 121 mining method of longwall mining first proposed in England has been widely used around the world.This method requires excavation of two mining roadways and reservation of one coal pillar to mine one working face.Due to considerable excavation of roadway,the mining roadway is generally destroyed during coal mining.The stress concentration in the coal pillar can cause large deformation of surrounding rocks,rockbursts and other disasters,and subsequently a large volume of coal pillar resources will be wasted.To improve the coal recovery rate and reduce excavation of the mining roadway,the 111 mining method of longwall mining was proposed in the former Soviet Union based on the 121 mining method.The 111 mining method requires excavation of one mining roadway and setting one filling body to replace the coal pillar while maintaining another mining roadway to mine one working face.However,because the stress transfer structure of roadway and working face roof has not changed,the problem of stress concentration in the surrounding rocks of roadway has not been well solved.To solve the above problems,the conventional concept utilizing high-strength support to resist the mining pressure for the 121 and 111 mining methods should be updated.The idea is to utilize mining pressure and expansion characteristics of the collapsed rock mass in the goaf to automatically form roadways,avoiding roadway excavation and waste of coal pillar.Based on the basic principles of mining rock mechanics,the“equilibrium mining”theory and the“short cantilever beam”mechanical model are proposed.Key technologies,such as roof directional presplitting technology,negative Poisson’s ratio(NPR)high-prestress constant-resistance support technology,and gangue blocking support technology,are developed following the“equilibrium mining”theory.Accordingly,the 110 and N00 mining methods of an automatically formed roadway(AFR)by roof cutting and pressure releasing without pillars are proposed.The mining methods have been applied to a large number of coal mines with different overburdens,coal seam thicknesses,roof types and gases in China,realizing the integrated mode of coal mining and roadway retaining.On this basis,in view of the complex geological conditions and intelligent mining demand of coal mines,an intelligent and unmanned development direction of the“equilibrium mining”method is prospected.