Estimate of the rock mass stress state in the course of mining the reserves subjacent the open pit bottom at the “Udachnaya” pipe

Using the mathematical modeling approach, the rock mass stress state is analyzed in the case of the open pit and underground mining of ore reserves of the “Udachnaya” pipe, the stability of the open pit walls and possible failure of the host rocks in the area of second working are estimated. __________ Translated from Fiziko-Tekhnicheskie Problemy Razrabotki Poleznykh Iskopaemykh, No. 4, pp. 25–35, July–August, 2007.     

Calculation of stress state of a rock mass in the zones of local structural inhomogeneities

A method is proposed for determining stress state of a rock mass basing on joint solution of problems on the main calculated domain and the zone of local inhomogeneity. The solutions are conjugated by satisfying conditions of continuous displacements on the boundary of these regions. The efficiency of the method proposed is shown in comparison to the traditional schemes of the finite-element method, and a numerical example of estimating stability of subvertical crack undermined by extraction chambers is cited.__________Translated from Fiziko-Tekhnicheskie Problemy Razrabotki Poleznykh Iskopaemykh, No. 5, pp. 50–59, September–October, 2004.     

Estimate of stress state in rock masses adjacent to open pit walls

It is proposed to study the action exerted by the tectonic stresses on stability of open pit walls by using the method of core disking in exploratory holes and the tectono-physical method based on the analysis of tectonic structure of a rock mass. __________ Translated from Fiziko-Tekhnicheskie Problemy Razrabotki Poleznykh Iskopaemykh, No. 3, pp. 36–44, May–June, 2007.     

Strain state of a rock mass above karst cavities

The reported data confirm applicability of the discrete element method to modeling numerically evolution of the strain state of a rock mass in the vicinity of karst cavities. __________ Translated from Fiziko-Tekhnicheskie Problemy Razrabotki Poleznykh Iskopaemykh, No. 6, pp. 3–12, November–December, 2008.     

深部岩体初始高构造应力场的3DEC模拟反演方法分析

深部岩体初始水平构造应力场反演的可靠性对于工程后续计算结果的影响至关重要。为了研究深部矿区岩体初始构造应力场的3DEC模拟反演方法,对比分析了位移边界条件和基于初始应变能理论的反演方法两种地应力反演结果。表明位移边界条件仅能够模拟初始自重应力场,基于初始应变能理论的反演方法能够较好地反演深部岩体初始水平构造应力场,应用该方法对狮子山矿区40号剖面线地应力场进行反演分析,深部各点最大水平主应力迹线水平展布,等值线间隔较好,研究成果对于运用3DEC进行高构造应力型矿山初始地应力场的生成及其开采模拟具有重要的意义。     

阶段空场嗣后充填体三维拱应力及强度需求模型

在地下厚大金属矿体的两步骤阶段空场嗣后充填采矿法中,合理平衡一步骤矿房采场胶结充填体的揭露稳定性及其强度需求对安全经济充填采矿影响重大。为获取该采矿法中胶结充填体强度需求的三维解析模型与方法,解决类似矿山确定充填体强度需求主要采用经验类比、缺乏科学合理计算方法的问题,本文借鉴土力学应力拱理论,分析了两步骤采充时序过程中的相邻采场充填体空间接触关系,分别研究了二步骤采场非胶结充填体、一步骤采场胶结充填体(揭露后)的应力分布模式,基于Marston拱应力二维模型,拓展建立了各采场充填体的三维拱应力解析模型,得出了非胶结充填体-胶结充填体-采场围岩之间的应力传递规律及接触力学边界解析方法,并通过FLAC3D模拟的拱应力分布结果进行了三维拱应力解析模型的对比验证。进一步将提出的拱应力解析方法应用至Mitchell强度需求解析模型中,考虑了三维成拱作用下非胶结充填体对胶结充填体的侧向推力作用、采场上下盘围岩对胶结充填体的接触摩擦作用,以底部滑动面方向角、滑动体与围岩接触面摩擦力方向角的不同取值情况,定量表征了揭露后胶结充填体的潜在破坏模式,并据此提出了4种胶结充填体安全系数和强度需求的三维解析模型与方法。再利用FLAC3D开展了不同采场尺寸(长度、宽度、高度)、不同充填体参数(容重、内摩擦角)等条件下的充填体强度需求数值解搜索计算,与4种解析方法计算的强度需求结果进行了对比验证,得出了当胶结充填体底部滑动面方向角α=45°+φ_c/2且滑动体与围岩接触面摩擦力方向角β=45°-φ_c/2时,胶结充填体强度需求的三维解析解和三维数值解吻合度最佳,最终获取了最优的一步骤采场胶结充填体强度需求三维解析模型与方法。     

深部上向进路充填采矿的回采顺序优化模拟研究

深部开采的最直接威胁是岩爆动力灾害,尤其是上向进路采矿方法的不合理回采顺序会造成更为严重的岩爆灾害现象。针对会泽矿业矿山厂深部上向进路充填采矿的回采顺序,采用数值模拟方法,基于模拟的应力变化特征、围岩移动发展特征、塑性区发展特征三个评价对象,开展深部回采顺序优化的模拟对比分析研究。模拟研究结果表明,"隔一采一"方案在整个回采过程中不断将高应力集中区域向远处推移,整个回采过程都处于一个低应力范围内,对于整个卸荷塑性区的发展推动作用更为明显,对采矿范围内岩爆动力灾害的调控也最为显著。     

采动应力路径下深部煤体扰动特征

为研究采动条件下工作面前方煤体应力变化规律与扰动破坏特征,以平煤十二矿己15-31030工作面为研究对象,通过现场原位实验与三维数值模拟研究,给出了不同应力状态下的扰动强度判别指标,以煤体主应力为中间量,将采动应力与工作面前方煤体破坏特征联系起来,得到了采动应力演化规律及采动应力路径下煤体变形特征。原位单轴实验表明工作面前方煤体采动应力不是单纯的增加,而是经历了原岩应力、缓慢上升、急剧升高、突然卸荷4个状态,而三维数值实验得出侧压力系数大小与扰动状态具有一定的相关性。根据已有的应力路径,数值再现了单向、三向采动应力状态下煤样的变形规律和塑性分布状态。     

沿空留巷充填区域直接顶受力状态探讨与应用

针对综采放顶煤、复合顶板等松软破碎顶板沿空留巷直接顶稳定控制难题,根据沿空留巷顶板活动的时空特征,建立了沿空留巷充填区域直接顶弹性损伤力学模型,推导了充填区域直接顶应力分布表达式,研究了充填区域直接顶应力分布演化规律,进而得到了充填区域直接顶拉应力范围和水平错动范围计算式及相应的演化规律。结果表明:充填区域直接顶受力状态受基本顶回转下沉角和直接顶损伤变量的影响,随着基本顶回转下沉角的增加,拉应力作用范围逐渐减小,水平错动范围逐渐增大。结合新元煤矿3107工作面沿空留巷的工程地质条件,提出了分区域动态加固沿空留巷充填区域直接顶的控制对策,工程应用表明,沿空留巷充填区域顶板下沉量得到了有效地控制,沿空留巷围岩稳定性较好。     

六苴铜矿深部岩体地应力特征分析与研究

六苴铜矿深部开采过程中面临着较大的高应力灾害问题,在综合对比分析目前国内外主要地应力测量方法的基础上,确定采用空心包体应力解除法进行矿区地应力测量。本次地应力测试工作共布置了4个测点,每个测点进行了两次应力解除测量,大大的提高了测试结果的精度。测试分析得到了岩体最大主应力值、应力方向以及深部岩体的应力分布规律,可为后续深部巷道布置、支护设计优化等工作提供可靠的基础参数。     

六苴铜矿深部岩体地应力特征分析与研究

六苴铜矿深部开采过程中面临着较大的高应力灾害问题,在综合对比分析目前国内外主要地应力测量方法的基础上,确定采用空心包体应力解除法进行矿区地应力测量。本次地应力测量工作共布置4个测点,对每个测点进行2次应力解除测量,大幅度提高了测试结果精度。测试分析结果得到了岩体最大主应力值、应力方向以及深部岩体的应力分布规律,可为后续深部巷道布置、支护设计优化等工作提供可靠的基础参数。     

Algorithm and Search Method for the Critical Surfaces in the Vicinity of Mined-out Spaces

The principal aspects, algorithm, and search method are presented for the surface of least shear resistance on the basis of minimization of the strength functional. The coefficients allowing estimation of possible rock failure in different sections of the surface in question are proposed. As an example, the results of search of a probable failure surface in a pit edge are cited. __________ Translated from Fiziko-Tekhnicheskie Problemy Razrabotki Poleznykh Iskopaemykh, No. 2, pp. 37–43, March–April, 2005.     

半解析方法用于房柱式开采沉陷的三维计算

半解析数值方法具有降低维数、节省内存、建模工作量小等特点，用于三维开采沉陷计算和应力分析具有明显的优越性。基于半解析方法中的层单元和棱柱单元推导计算方法，在Visual Fortran 6.5环境下编写了可用于全采、条采和房柱式开采的三维沉陷计算和应力分析程序。以兖州矿业集团南屯煤矿房柱式开采的地质采矿条件为基础，应用三维半解析数值方法，分别对房柱式和条带式开采条件下的地表沉陷进行了三维对比模拟计算，获得了房柱式和条带式开采的控制地表沉陷的对比结果。     

圆形巷道围岩应力场的自然边界元法

根据复变函数法和复Fourier级数法，通过自然边界归化分别得到了圆形巷道在整体平衡支护及局部非平衡支护时围岩内Airy应力函数的边界积分公式，并得到了各自应力场的解析解或数值解；对比分析了这两种应力场随侧压系数或支护角度变化的分布规律，计算表明，局部支护时随着侧压系数或支护角度的增加，压应力峰值下降，使得上覆岩层的稳定性得到提高．     

Increase in information content of the resonance acoustic method for determination of the rock mass properties

An algorithm of processing of data obtained by the resonance acoustic method of structural analysis is substantiated. The algorithm enables acquisition of information on distribution of rock density in the vicinity of mine workings. An example is cited for the way of using the algorithm to estimate the density of layer in the roof of workings in coal mines.Translated from Fiziko-Tekhnicheskie Problemy Rzarabotki Poleznykh Iskopaemykh, No. 4, pp. 35–39, July–August, 2004.The study was conducted with financial support from the Leading State Scientific Schools, Grant No. NSh-1467.2003.5.     

软破矿岩条件下无底柱分段崩落法拉槽方案研究及实践

如何安全快速形成切割槽一直是无底柱分段崩落法应用于软破矿岩条件时的一项技术难题。首先分析了传统“先形成切割天井、再形成切割立槽”的拉槽方案在软破矿岩条件下的不适应性,并归纳总结了当前常用的几种无井拉槽方案的优缺点及适用条件。针对金川龙首矿西二采区软破矿岩下无底柱分段崩落法的开采条件,采用了一种“切割平巷+楔形炮排掏槽+直立平行炮排扩槽”的无井快速拉槽方案,同时该方案还可实现在整个分段只进行一次楔形掏槽爆破,便可快速便捷地完成整个分段的拉槽工作,从而大幅度提高了软破矿岩条件下的崩落法拉槽效率和可靠性。最后,在现场对该方案进行了应用,并根据实际应用情况对方案进行了优化,取得了较好的应用成效。     

巷道围岩渗流场和应力场各向异性特征分析及应用

依托范各庄煤矿12号煤层底板的砂岩巷道工程实际,应用岩体结构面非接触测量（ShapeMetriX3D）系统,对巷道开挖面进行岩体结构面数字摄影测量及识别,得到岩体结构面的几何分布参数;在此基础上,利用Mont-Carlo方法生成裂隙网络,分别利用离散介质渗流方法和几何损伤理论计算岩体的渗透张量和弹性张量,研究了岩体力学参数各向异性和尺度效应;最后,建立了平面应变情况下的巷道围岩各向异性渗流力学模型,采用COMSOL Multiphysics多物理场分析软件,计算得到了可以考虑节理分布特征的巷道围岩应力场和渗流场,并讨论了岩体力学性质主方向对围岩应力场、渗流场及损伤区的影响。研究表明,岩体的各向异性对数值模拟结果影响显著,等效连续介质的各向异性模型能考虑岩体结构面的影响,更符合工程实际。     

露天矿排土场散体岩土抗剪强度指标试验方案研究

通过现场对露天矿排土场散体岩土容重、块度组成、自然安息角的原位测试,在实验室制备细粒级试样进行大型直剪试验,根据室内试验结果及现场测试成果,计算混合粒级散体岩土的抗剪强度指标,为排土场稳定性评价提供基础数据。该试验方案为获取露天矿排土场散体岩土抗剪强度指标提供了一种新的思路,并在工程实践中得到了很好的应用。     

某露天矿山破碎岩体高陡岩质边坡稳定性的数值模拟研究

露天矿山高陡岩质边坡的稳定性严重威胁着矿山的安全生产,尤其是对于地质条件复杂、地层分布不均匀且节理裂隙发育的变质岩和侵入岩形成的破碎带发育的边坡更是如此。为确保某矿山的安全生产,通过力学试验的方法确定了岩石的物理力学性质,通过Hoek-Brown强度准则将岩石的力学性质转化为岩体的力学性质并对岩体的质量进行了评价。同时,采用FLAC3D数值模拟技术将高陡岩质边坡进行数值研究。结果表明：终了边坡的安全系数为1.31,边坡总体上处于稳定状态,但是通过对边坡中部的最大主应力分析可知,边坡中部随着开采的进行,可能存在冒落、垮塌或滑坡的风险,针对边坡存在的风险提出了预防措施。研究为矿山的安全生产提供了科学指导,同时为相似矿山的边坡处理提供了科学依据。     

露天矿崩落法处理复杂空区后的安全评估方法

露天矿崩落法处理大型复杂空区后需进行安全分析。结合某露天矿多年采空区治理的实践,提出了待评估区的分区原则,分区内已处理空区塌实程度的分析方法,分析了下部空区稳定性的主要影响因素,制定了半定量的崩落法处理空区后的安全评估标准,该标准以处理空区塌实程度、下部空区稳定性影响因素、虚渣厚度等指标为基础,共有19种不同情况的指标组合,对应着安全、相对安全、相对危险、危险、极危险等五大类危险程度。结合空区实例,应用新提出的安全评估方法对处理后的E区1334复杂空区进行危险程度评估,该爆区共分为49个分区,从塌实程度分析,41个分区塌实或基本塌实,4个分区局部未塌实,4个分区未完全塌落;从危险程度评估,该爆区共有16个安全分区、4个相对安全分区、3个相对危险分区、14个危险分区、12个极危险分区;不同的充填图案分别代表充填爆区内每个分区的危险程度,可直观显示不同区域的危险程度和范围;安全评估可为后期资源的安全回收提供可靠的依据,E区1334爆区已累计成功回收矿石量300万t。