Study on dynamic numerical simulation of overburden movement mining under railways

Focused upon the dynamic changing regularity and tendency of overburden movement and bed separation developing during the strip mining and stoping under railways were simulated by ANSYS model. The results show that movement and rheology developing of key strata is one of the main reasons to cause surface subsidence and to further induce deformation of surface railways. It provids a basis for taking efficient measures to control the deformation of surface railways. Supported by the National Natural Science Funds Committee (50174035)     

RRTS–II型岩石流变扰动效应试验仪

 深井软岩条件下扰动荷载会引起围岩流变变形，研制岩石流变扰动效应试验仪并进行试验，是建立巷道围岩本构关系的前提。试验仪应能对岩石试样施加长期恒定的轴压和围压，可以施加扰动荷载，并能测试扰动荷载及其引起的岩石变形量。为此研发的RRTS–II型岩石流变扰动效应试验仪，轴向荷载采用重力加载，适用于长期流变试验；加载采用齿轮与液压2级扩力，压力可达到100 MPa，扩力比可达60～100倍；能够施加冲击与爆破2种扰动荷载，使用爆破振动记录仪测试扰动荷载强度，测量精度可达到0.015 mm/s；配有三轴压力室，使用高压气体储能器提供围压，压力可达10 MPa；并配备有荷载、位移、应变和振动测试系统及相应的数据处理软件。该试验仪适用于单轴和低围压三轴压缩蠕变扰动效应试验，试验结果表明，试验仪结构合理，性能稳定，精确度较高。     

底板突水危险性评价专家系统及应用研究

 矿井底板突水危险性评价涉及到水文地质、工程地质、开采条件及岩石力学等诸多因素,是一个复杂的理论与技术问题,底板突水危险性评价专家系统正是针对这一难点,将底板突水领域专家经验和理论成果等与计算机人工智能技术相结合,采用突水系数法和突水优势面两条推理途径,提出并运用典型突水案例加权类比的推理策略,初步具备了底板灰岩岩溶发育状况与隐伏断裂构造的预测功能。系统建立内容较为丰富的典型突水案例、专家经验、突水研究理论成果和防治水措施等四类知识库,能够对矿井是否会发生底板突水、突水点位置以及突水类型等做出预测与评价,并具有较强的咨询功能。应用该系统进行实际突水案例的模拟分析,评价结果与实际情况吻合较好。底板突水危险性评价专家系统将对矿井底板水害防治具有一定的实用价值。     

软岩非线性蠕变模型研究

以工程实际中广泛应用的元件组合模型为基础,通过引入损伤变量和硬化变量,建立了一个软岩非线性蠕变模型。分析认为,Maxwell体等价于一个线性损伤的虎克弹性体,Kelvin体相当于一个线性硬化的牛顿黏性体,Burgers体则是一个能同时描述线性损伤、硬化的模型。软岩蠕变过程中,其微观结构会发生变化,并导致软岩形变行为产生相应的改变,引入非线性损伤、硬化变量代替Burgers模型中的线性损伤、硬化变量,可以反映这种改变对软岩蠕变的影响。所建立的非线性蠕变模型可以用一个统一的方程描述软岩蠕变过程三个阶段的变形特征。将该模型与试验曲线进行对比,两者吻合较好。     

注浆减沉时浆液水的渗流规律研究

离层带内浆液水的渗流与分布规律 ,是注浆减沉理论的重要组成部分。它直接关系着注浆施工的安全和注浆的长期稳定性 ,本文基于地下水动力学原理 ,将浆液水的渗流分成无压渗流和承压渗流两个阶段 ,并建立了浆液水的渗流模型 ,详细描述了浆液水在离层上下位岩体的运移过程。     

覆岩离层带多层位注浆减沉的理论与实践

研究了覆岩移动动态规律,发现在覆岩移动过程中的一定时期内存在着可进行注浆的由多个离层面构成的离层带,提出了多层位注浆减沉技术,并在唐山煤矿进行了工程实验,取得了突出效果。提出了注采比的概念,实验测试了粉煤灰浆液沉淀压实后形成的湿灰体的物理参数,初步建立了基于注采比的注浆减沉地表沉陷预计理论。     

采动覆岩力学参数粘弹性位移反分析

本文研究了采动覆岩移动的动态性,采用三参数流变模型,用等效弹性模量的方法对采动覆岩岩层力学参数进行了反演.反演得到的力学参数是覆岩移动动态模拟的基础数据.     

含油泥岩各向异性蠕变研究

以软岩非线性蠕变理论为基础，对含油泥岩的弹性模量、泊松比、蠕变变形速率进行了测试和研究，通过分级加载三轴蠕变试验发现：含油泥岩的侧向蠕变具有明显地各向异性，横向蠕变有明显的加速，并且比轴向加速蠕变阶段出现提前，在加速蠕变阶段，轴向蠕变的则不明显。随着应力水平以及层理面与样品端面夹角的增加，瞬时弹性模量也增大，有明显的各向异性；瞬时泊松比的变化显著，最大瞬时泊松比为常规三轴实验所测泊松比的2．5倍；横向形变的瞬时弹性模量随应变的增大而减少，两者呈非线性关系；同时，泊松比与蠕变呈非线性关系。根据含油泥岩蠕变力学参数，推导出横向各向异性非线性蠕变方程，为海下开采条件下的巷道支护提供了理论依据。     

岩石注浆加固实验与巷道稳定性控制

在分析古城煤矿围岩地层结构的基础上，进行了岩石力学参数测试和围岩稳定性分类，得出该矿-850水平北大巷属于典型的“不稳定围岩巷道（Ⅳ类）”．同时，为了研究岩石破裂后注浆加固效果，分别采用水泥浆液和马丽散N浆液对峰后岩石试件进行了加固实验．实验证明，试件加固后强度比峰后残余强度可提高0．97～11．2倍．针对不稳定围岩巷道类型采用了“反底拱＋注浆锚杆”复合支护方式，并对反底拱结构的支护能力进行了力学分析，通过井下支护效果观测表明，采用复合支护方式可以使围岩支护体形成封闭式结构，从而抑制巷道变形，提高了巷道支护效果．     

薄层单元在覆岩离层模拟中的应用

开采区覆岩离层注浆减沉技术需要掌握覆岩的离层规律，本文利用薄层接触元模拟覆岩内部岩层接触面，用粘弹性三单元模型建立本构关系，用有限单元方法模拟离层的动态发育规律，得到了离层产生，发展的动态过程，对覆岩离层带高压注浆减沉工程设计具有指导意义。