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Numerical simulation on the movement law of overlying strata in the stope with a fault and analysis of its influence on the ground gas drainage boreholes
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作者 胡千庭 闫晶晶 程国强 《Journal of Coal Science & Engineering(China)》 2007年第3期266-270,共5页
In order to study the influence of a fault on the movement law of the overlying strata as well as its effect on the gas drainage boreholes, based on the practical situation of 1242(1) panel at Xieqiao Mine in Huaina... In order to study the influence of a fault on the movement law of the overlying strata as well as its effect on the gas drainage boreholes, based on the practical situation of 1242(1) panel at Xieqiao Mine in Huainan, the Finite Element Method (FEM) model was built up, and the distribution of the stress field and the displacement field of the overlying strata in the stope with a fault were simulated by using the FEM software ANSYS. The results indicate that because of the existence of the fault, the horizontal displacement of overlying strata near the gas drainage borehole becomes larger than that in the stope without a fault, and the distribution of the stress field of the overlying strata changes greatly. When the working face is far away from the fault, the distribution of the stress field is approximately symmetrical. As the working face advances to the place 50 m away from the fault, the stress range at the right side goaf area is as twice as that at the left side. Here, the stress distribution area of goaf area and the fault plane run through, the fracture-connected-zone is formed. It can be presumed that the gas adsorbed in the coal and rock will flow into the fault zone along the fracture-connected-zone, which causes the quantity of gas drainage reduce remarkably. 展开更多
关键词 FAULT overlying strata numerical simulation gas drainage borehole
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Numerical analysis of the destruction of water-resisting strata in a coal seam floor in mining above aquifers 被引量:2
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作者 Jiang Zhihai 《Mining Science and Technology》 EI CAS 2011年第4期537-541,共5页
With the increase in mining depth many mining areas in China have entered a period necessitating mining above aquifers. Production safety in coal mines in northern China is under serious threat from Ordovician karst w... With the increase in mining depth many mining areas in China have entered a period necessitating mining above aquifers. Production safety in coal mines in northern China is under serious threat from Ordovician karst water on coal seam floors, in order to analyze the destruction of water-resisting strata in floors of coal seams being mined and to achieve safe mining above deep aquifers, we established a numerical model of water-resisting strata, considering the structural characteristics and mechanical properties of a floor layered with hard and soft rock. We simulated the distribution characteristics of deformation, failure and seepage using the analytical module of fluid-structure interaction of FLAt:. We also obtained the corresponding stress distribution, deformation and flow vectors. Our results indi- cate that: (1) the advance of the working face causes water-resisting strata in goaf floors to form a deep double-clamped beam, subject to homogeneous loading at the bottom; (2) the two sides of the rock beam are subject 1~0 shear failure; (3) both sides of the rock seam at the bottom of the water-resisting strata are subject to tension and the greater the working face advance, the more serious the failure; C4) the original balance of the stress and seepage fields are broken and redistributed due to mining activities, especially the interaction of the abutment pressure in both sides of the goal; the lateral pressure on the goal floor and the water pressure on the floor of the aquifer promote floor heave and shear failure on both sides of the floor, forming a water-inrush passage. Our study results can provide references for the mechanism of water-inrush on mine floors. 展开更多
关键词 Mining above aquifer Water-resisting strata in floors numerical simulation Seepage fieldStress field
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基于StrataKing的巷道破坏和失稳非常规计算方法
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作者 王学滨 刘栋 +3 位作者 余保健 郑一方 张钦杰 潘一山 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第6期66-78,共13页
在向地下索取资源和能源的过程中,为了满足运输和通风等需求,不可避免地要形成各种狭长的通道。随着向深部进军,通道的破坏和失稳问题引发了越来越多的关注。含孔洞的围岩模型力学行为的数值模拟研究的优势体现在省时省力,花费少,且能... 在向地下索取资源和能源的过程中,为了满足运输和通风等需求,不可避免地要形成各种狭长的通道。随着向深部进军,通道的破坏和失稳问题引发了越来越多的关注。含孔洞的围岩模型力学行为的数值模拟研究的优势体现在省时省力,花费少,且能获得较多的信息,但可靠结果在很大程度上依赖于是否采用了先进的数值计算方法。最近,岩层运动并行计算系统StrataKing被成功研发,其具有计算规模大(可达500万单元),计算效率高,矿业特色明显等优势。继对含孔洞的围岩模型进行常规加载(在模型边界上施加恒定的应力和速度)取得若干研究进展之后,开始尝试非常规研究手段,具体包括静动组合加载、静动模式转化和临界应力计算,他们在有些国外商业软件中并不具备,以满足进一步的或特殊的研究需要。研究结果表明,在静载存在条件下,周期冲击的幅值越高,巷道围岩的破裂和运动程度越大,这使巷道围岩平衡变得更加困难,而且,首次冲击能引发更多的破裂,这应与首次冲击引发的破裂具有一定的吸能作用有关;在与灾害孕育–发生过程更相符的准静力计算模式向动力计算模式转化的混合计算模式下,巷道围岩的破裂和运动更为严重,这说明传统的准静力计算模式适用性有限;当冲击能指数在正常范围时,正方形巷道围岩临界应力的计算结果比理论结果 (严格上仅适用于圆形巷道)大,而利用StrataKing可以处理任何形状巷道。StrataKing的大规模计算能力、丰富功能和鲜明矿业特色得以进一步呈现。 展开更多
关键词 数值计算 并行计算 巷道 破坏 岩层运动并行计算系统
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基于非均匀渗透率和气水相渗时变的超深层裂缝性致密砂岩气藏数值模拟方法
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作者 汪如军 陈东 +7 位作者 代力 程时清 李健 任兴南 张宁涛 王福荣 汪洋 杨世龙 《天然气工业》 北大核心 2026年第1期96-104,共9页
超深层裂缝性致密砂岩气藏采用常规数值模拟方法无法考虑其开发过程中储层物性(如孔隙度)空间非均质性对渗透率下降程度的影响以及气水相渗特征的时变效应,进而影响了产能、见水情况预测的准确性。为此,考虑了超深层裂缝性有水气藏基质... 超深层裂缝性致密砂岩气藏采用常规数值模拟方法无法考虑其开发过程中储层物性(如孔隙度)空间非均质性对渗透率下降程度的影响以及气水相渗特征的时变效应,进而影响了产能、见水情况预测的准确性。为此,考虑了超深层裂缝性有水气藏基质和裂缝非均匀渗透率时变效应和气水相渗时变效应,进一步表征了基质和裂缝渗透率变化程度与储层物性之间的关联以及气藏水侵过程中气水两相流动能力的变化;然后基于投影嵌入式离散裂缝,建立了超深层裂缝性致密砂岩气藏时变数值模拟方法。研究结果表明:①考虑基质和裂缝非均匀渗透率变化,总体上渗透率非均匀下降的幅度比常规均匀下降幅度要小;②数值模拟获得的日产气量和累计产气量均高于均匀渗透率变化,反映基质和裂缝渗透率非均匀下降方式更合理;③考虑气水相渗时变的数值模拟计算表明,边水沿裂缝侵入特征更加明显,向产气井窜进速度加快,气井见水时间提前,稳产时间缩短,产气量降低。结论认为,基于非均匀渗透率和气水相渗时变提出的数值模拟方法能够更好地拟合实际历史数据,证实了该方法的可靠性与实用性,该认识为超深层裂缝性致密砂岩气藏的高效开发提供了强有力的理论和技术支撑。 展开更多
关键词 超深层 裂缝性致密砂岩 非均匀渗透率变化 气水相渗时变 投影嵌入式离散裂缝模型 数值模拟
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海域复杂地层明挖基坑邻近桥墩位移主动控制
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作者 张志林 罗林杰 +3 位作者 刘皓铭 刘迪 苏栋 曹成勇 《深圳大学学报(理工版)》 北大核心 2026年第2期223-232,I0003-I0007,共15页
随着海域人工岛等复杂地质环境下基础设施建设的快速发展,明挖隧道基坑施工中,邻近既有桥梁的变形协调控制面临严峻挑战.传统“被动式轴力控制”依赖预设刚度抵抗土压力,无法实时适应动态扰动,易造成支撑系统超载失效,威胁高速公路运营... 随着海域人工岛等复杂地质环境下基础设施建设的快速发展,明挖隧道基坑施工中,邻近既有桥梁的变形协调控制面临严峻挑战.传统“被动式轴力控制”依赖预设刚度抵抗土压力,无法实时适应动态扰动,易造成支撑系统超载失效,威胁高速公路运营安全.为解决上述不足,以中国广东深中通道东人工岛主线隧道下穿既有沿江高速桥工程为依托,基于Plaxis有限元软件,建立基坑开挖施工数值模型,分析无主动控制体系下围护结构变形、桥墩位移的演变规律,引入轴力主动控制技术进行模拟计算,并与现场实测数据进行对比分析,研究支撑轴力主动控制系统在基坑变形控制中的应用效果.结果表明,随基坑开挖,围护结构在竖向方向上整体位移分布呈中间大、两端小的形态,且最大位移发生位置随基坑开挖逐渐下移;桥墩侧移较大,超出了工程控制标准;采取钢支撑伺服系统主动控制后,围护结构及桥墩最大水平位移较无主动控制下分别降低42.34%和52.8%;数值模拟结果与实测数据较为吻合,轴力主动控制效果良好.研究结果可为海域复杂地层中基于主动控制技术的基坑施工与监测提供参考. 展开更多
关键词 岩土工程 海域复杂地层 明挖隧道基坑 桥墩位移 支撑轴力伺服系统 变形控制 数值模拟
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破碎玄武岩地层深基坑的开挖变形特性研究
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作者 解裕荣 郭海坡 +3 位作者 杨敦鸿 张兆龙 李嘉 韩衍群 《山西建筑》 2026年第2期58-63,共6页
基于青岛地铁9号线海西村站深基坑现场工况及监测数据,开展有限元仿真计算,分析破碎玄武岩地层中深基坑的开挖变形特性,并探索破碎带强度和刚度参数折减、破碎带大小及空间位置对基坑开挖变形的影响效应。总结了破碎带的处理措施,该研... 基于青岛地铁9号线海西村站深基坑现场工况及监测数据,开展有限元仿真计算,分析破碎玄武岩地层中深基坑的开挖变形特性,并探索破碎带强度和刚度参数折减、破碎带大小及空间位置对基坑开挖变形的影响效应。总结了破碎带的处理措施,该研究成果有助于指导破碎玄武岩地层中深基坑的设计和施工。 展开更多
关键词 深基坑 玄武岩地层 开挖变形 破碎带 数值模拟
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中关铁矿地下开采引发岩层移动规律分析 被引量:1
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作者 卢聚强 王志国 +3 位作者 王瑞 方博然 吴仪慧 石浩淏 《华北理工大学学报(自然科学版)》 2026年第1期61-71,共11页
针对金属矿山地下开采引发的岩层移动和地表沉降问题,以中关铁矿为研究对象,构建非连续-连续介质耦合模型,对比分析两种不同的充填方案下覆岩移动规律。结果表明:(1)覆岩沉降量与顶板距离呈负相关,最大沉降点由单矿房顶板中心向连续采... 针对金属矿山地下开采引发的岩层移动和地表沉降问题,以中关铁矿为研究对象,构建非连续-连续介质耦合模型,对比分析两种不同的充填方案下覆岩移动规律。结果表明:(1)覆岩沉降量与顶板距离呈负相关,最大沉降点由单矿房顶板中心向连续采动区域中心迁移;(2)地表沉降呈非对称盆地状分布,“隔二采一”方案最大累计沉降量较“隔二采一”降幅24.2%;(3)数值模拟与GPS监测数据误差<3.0 mm,验证了模型对复杂地质条件的适应性。研究揭示了充填时序对沉降中心迁移的调控机制,为中关铁矿推荐“隔二采一”方案并提供地表沉降监测方案。 展开更多
关键词 开采充填 覆岩移动 地表沉降 GDEM数值模拟 GPS监测
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砂质地层多管平行顶管扰动机制与控制对策研究
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作者 郭航 马鹏 +2 位作者 宋战平 赵旭涛 陈锐 《市政技术》 2026年第3期295-307,318,共14页
砂质地层多管平行顶进施工扰动机制复杂且缺乏针对性控制对策,已经成为顶管工程领域的难题。因此,依托陕西省渭南市排水主干道穿越G310国道四管平行顶进工程,采用现场监测、理论计算与有限元分析软件MIDAS GTS NX数值模拟相结合的方法,... 砂质地层多管平行顶进施工扰动机制复杂且缺乏针对性控制对策,已经成为顶管工程领域的难题。因此,依托陕西省渭南市排水主干道穿越G310国道四管平行顶进工程,采用现场监测、理论计算与有限元分析软件MIDAS GTS NX数值模拟相结合的方法,系统探究了顶进顺序、顶管净间距、开挖面压力和注浆压力对地表多维度变形的影响,验证了高压旋喷注浆加固的沉降控制效果。研究结果表明:考虑地表多维度变形控制,选择方案3顶进顺序控沉效果最优,地表沉降最小值为-7.50 mm,降幅达9.6%;在工程条件允许的情况下,应选择大于1.0倍的管间距以减小扰动效应;开挖面压力最优区间为0.2~0.5 MPa,注浆压力宜控制在0.01~0.06 MPa。在砂土沉降控制对策方面,采用高压旋喷注浆加固可使最大沉降值降低35.4%;在数值模拟与现场实测偏差方面,其偏差率≤4%,模型可靠性良好。该研究结果可为同类工程施工参数优化与变形控制提供理论参考。 展开更多
关键词 平行顶管 砂质地层 数值模拟 地表沉降 注浆加固
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盾构隧道穿越岩溶地层安全距离预测模型
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作者 谯殿君 郑宇 +3 位作者 吕显州 李桂源 李嘉诚 孙捷城 《水文地质工程地质》 北大核心 2026年第1期217-229,共13页
盾构隧道施工穿越复杂岩溶地层时,会造成较大的施工扰动,从而显著增大地表过大沉降或局部坍塌的风险,严重威胁盾构施工安全。以济南轨道交通4号线唐冶站至程家庄站区间盾构隧道穿越岩溶地层段为研究背景,采用数值模拟方法研究隧道上穿... 盾构隧道施工穿越复杂岩溶地层时,会造成较大的施工扰动,从而显著增大地表过大沉降或局部坍塌的风险,严重威胁盾构施工安全。以济南轨道交通4号线唐冶站至程家庄站区间盾构隧道穿越岩溶地层段为研究背景,采用数值模拟方法研究隧道上穿及侧穿溶洞时的围岩位移场、塑性区的演化规律,并对模拟结果进行回归分析;根据塑性区贯通原则,设计考虑围岩等级、隧道埋深以及溶洞洞径3种因素的正交试验方案,分别建立隧道上穿以及侧穿溶洞的溶-隧安全距离预测模型。研究表明:隧道上穿溶洞时,随着溶-隧间距增加,拱底隆起增加,拱顶沉降减小,左右拱腰水平位移减小,塑性区贯通趋势减小;隧道侧穿溶洞时,随着溶-隧间距增加,拱顶沉降减小,近溶洞一侧的拱腰水平位移减小,塑性区贯通趋势减小。溶-隧安全距离随关键因素变化呈增大趋势,不同因素的影响程度表现为:溶洞洞径>围岩等级>隧道埋深。根据理论分析和模型预测结果,建议应对唐冶站至程家庄站区间盾构隧道下方5 m以及侧方3 m的范围进行加固。研究成果可为济南轨道交通4号线盾构隧道穿越岩溶地层段围岩加固提供理论依据,对于指导类似地层现场施工具有重要意义。 展开更多
关键词 盾构隧道 围岩变形 岩溶地层 安全距离 数值模拟 正交试验
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盾构隧道穿越上软下硬地层地表变形数值模拟研究
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作者 张红彬 王跃翔 +3 位作者 夏琴 熊峰 王朋朋 匡星晨 《合肥工业大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第1期127-132,共6页
盾构隧道在上软下硬地层掘进时,由于掌子面地层物理力学性质复杂,易引起地面沉降或隆起。文章以芜湖城南过江隧道为工程背景,探讨隧道穿越上软下硬地层时地表变形规律。运用FLAC3D软件对典型上软下硬地层区间施工过程进行数值模拟,结合... 盾构隧道在上软下硬地层掘进时,由于掌子面地层物理力学性质复杂,易引起地面沉降或隆起。文章以芜湖城南过江隧道为工程背景,探讨隧道穿越上软下硬地层时地表变形规律。运用FLAC3D软件对典型上软下硬地层区间施工过程进行数值模拟,结合现场监测数据,分析隧道埋深、掌子面砂层与岩层厚度比、掌子面附加压力对地表变形影响。结果表明:砂层中地表沉降与隧道埋深呈正相关;复合地层中地表沉降与开挖面砂层厚度占比呈正相关;开挖面附加压力存在最适区间,超过最适区间都会引起地层变形增大。该研究结果可为上软下硬地层中隧道施工提供指导。 展开更多
关键词 盾构隧道 上软下硬地层 地表沉降 数值模拟 掌子面附加压力
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复杂地质条件下煤矿岩层控制策略优化
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作者 唐明高 《能源与节能》 2026年第1期140-142,146,共4页
煤矿开采深度的增加使得复杂地质条件下岩层不稳定性成为影响矿井安全的重要因素。针对A煤矿项目中岩层频繁变形的问题,提出了支护结构优化方案。通过采用高强度钢筋混凝土锚杆、SS-900型钢支撑系统及新型复合材料,结合实时监测系统对... 煤矿开采深度的增加使得复杂地质条件下岩层不稳定性成为影响矿井安全的重要因素。针对A煤矿项目中岩层频繁变形的问题,提出了支护结构优化方案。通过采用高强度钢筋混凝土锚杆、SS-900型钢支撑系统及新型复合材料,结合实时监测系统对支护结构进行动态调整,显著提高了岩层稳定性和支护系统承载能力。现场实施结果表明,优化后的支护系统有效减少了岩层变形,提高了系统稳定性,矿井安全性和开采效率得到提升。研究为复杂地质条件下煤矿支护结构的优化设计提供了可行方案,并为其他矿井的安全生产提供了重要参考。 展开更多
关键词 煤矿开采 岩层稳定性 支护结构 数值模拟
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煤矿深部开采工作面覆岩运动特征分析及应力分布规律研究
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作者 胥海东 张艺耘 +1 位作者 辛广伟 吴鹏华 《陕西煤炭》 2026年第3期15-20,53,共7页
【目的】针对深部工作面开采过程中覆岩多关键层组的运动特征及应力分布规律,【方法】综合应用理论分析、数值模拟方法进行研究,【结果】揭示了在深部开采条件下,某矿深部工作面上方存在多个关键层,其中6.88 m细砂岩为低位关键层,9.66 ... 【目的】针对深部工作面开采过程中覆岩多关键层组的运动特征及应力分布规律,【方法】综合应用理论分析、数值模拟方法进行研究,【结果】揭示了在深部开采条件下,某矿深部工作面上方存在多个关键层,其中6.88 m细砂岩为低位关键层,9.66 m细砂岩为高位关键层。各关键层(尤其是低位关键层)依次经历断裂、垮落等阶段并伴随应力重新分布现象。高位关键层因其厚度大、强度高的特点,成为影响覆岩稳定性的关键因素,其周期性破断直接导致了工作面周期来压。此外,研究还详细分析了采空区上方及煤壁周边的应力分布。两帮的主应力在工作面推进100 m时达到峰值21.34 MPa后开始下降,最终在采空区中部岩体压实后形成稳定的应力分布模式。【结论】该研究成果为深部矿井的安全高效开采提供了基础的理论依据,对预防开采灾害具有重要意义。 展开更多
关键词 深部开采 多关键层 数值模拟 应力分布规律
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陡倾岩层引水隧洞变形影响分析
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作者 赵长龙 《广东水利电力职业技术学院学报》 2026年第1期30-33,共4页
针对陡倾岩层引水隧洞的岩层塌方、滑移等问题,以引汉济渭二期工程南干线白崖塬隧洞为案例,结合理论分析与FLAC3D数值模拟,探究40°~70°岩层倾角对隧洞变形的影响规律。结果表明:岩层倾角与隧洞最大变形方向呈近似垂直关系,对... 针对陡倾岩层引水隧洞的岩层塌方、滑移等问题,以引汉济渭二期工程南干线白崖塬隧洞为案例,结合理论分析与FLAC3D数值模拟,探究40°~70°岩层倾角对隧洞变形的影响规律。结果表明:岩层倾角与隧洞最大变形方向呈近似垂直关系,对垂直变形影响显著、平行变形影响极小;倾角超60°时塑性区易发生剪切破坏,且塑性区体积随倾角增大呈先增后减趋势。研究明确50°~60°区间为高风险段,并给出塑性区体积与倾角的量化关系,可为陡倾岩层引水隧洞设计与支护参数优化提供参考。 展开更多
关键词 陡倾岩层 引水隧洞 变形 数值模拟 影响分析
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Investigation on fracture models and ground pressure distribution of thick hard rock strata including weak interlayer 被引量:14
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作者 Meilu Yu Jianping Zuo +2 位作者 Yunjiang Sun Changning Mi Zhengdai Li 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第1期137-153,共17页
Dynamic disasters,such as rock burst due to the breaking of large area stiff roof strata,are known to occur in the hard rock strata of coal mines.In this paper,mechanical models of the fracturing processes of thick ha... Dynamic disasters,such as rock burst due to the breaking of large area stiff roof strata,are known to occur in the hard rock strata of coal mines.In this paper,mechanical models of the fracturing processes of thick hard rock strata were established based on the thick plate theory and numerical simulations.The results demonstrated that,based on the fracture characteristics of the thick hard rock strata,four fracture models could be analyzed in detail,and the corresponding theoretical failure criteria were determined in detail.In addition,the influence of weak interlayer position on the fracture models and ground pressure of rock strata is deeply analyzed,and six numerical simulation schemes have been implemented.The results showed that the working face pressure caused by the independent movement of the lower layer is relatively low.The different fracture type of the thick hard rock strata had different demands on the working resistance of the hydraulic powered supports.The working resistance of the hydraulic powered supports required by the stratified movements was lower than that of the non-stratified movements. 展开更多
关键词 Thick hard rock strata Thick plate theory Stratification movement of rock strata numerical simulations Ground pressure distribution
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Analysis of Water Insulating Effect of Compound Water-Resisting Key Strata in Deep Mining 被引量:11
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作者 FENG Mei-mei MAO Xian-biao BAI Hai-bo MIAO Xie-xing 《Journal of China University of Mining and Technology》 EI 2007年第1期1-5,共5页
The problem of water preservation in mining and the prevention of water-bursts has been one of the more important issues in deep mining. Based on the concept of water-resisting key strata, the mechanics model of the k... The problem of water preservation in mining and the prevention of water-bursts has been one of the more important issues in deep mining. Based on the concept of water-resisting key strata, the mechanics model of the key strata is established given the structural characteristics and the mechanical properties of the roof rock layers of the working face in a particular coal mine. Four other models were derived from this model by rearranging the order of the layers in the key strata. The distribution characteristics of stress, deformation, pore pressure and the flow vector of all the models are computed using the analytical module of fluid-structure interaction in the FLAC software and the corresponding risks of a water-burst are analyzed. The results indicate that the water-insulating ability of the key strata is related to the arrangement of soft and hard rocks. The water-insulating ability of the compound water-resisting key strata (CWKS) with a hard-hard-soft-hard-soft compounding order is the best under the five given simulated conditions. 展开更多
关键词 deep mining water-resisting key strata fluid-structure interaction numerical simulation mechanical analysis
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Support technology for mine roadways in extreme weakly cemented strata and its application 被引量:26
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作者 Meng Qingbin Han Lijun +2 位作者 Qiao Weiguo Lin Dengge Fan Jiadong 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI 2014年第2期157-164,共8页
For the engineering geology conditions of bad mine roadway roof and floor lithology in extremely weak cemented strata, the best section shape of the roadway is determined from the study of tunnel surrounding rock disp... For the engineering geology conditions of bad mine roadway roof and floor lithology in extremely weak cemented strata, the best section shape of the roadway is determined from the study of tunnel surrounding rock displacement, plastic zone and stress distribution in rectangular, circle arch and arch wall sections, respectively. Based on the mining depth and thickness of the coal seam, roadway support technology solutions with different buried depth and thickness of coal seam are proposed. Support schemes are amended and optimized in time through monitoring data of the deformation of roadway, roof separation, l-beam bracket, bolt and anchor cable force to ensure the long-term stability and security of the roadway surrounding rock and support structure. The monitoring results show that mine roadway support schemes for different buried depth and section can be adapted to the characteristics of ground pressure and deformation of the surrounding rock in different depth well, effectively control the roadway surrounding rock deformation and the floor heave and guarantee the safety of construction and basic stability of surrounding rock and support structure. 展开更多
关键词 Extreme weakly cemented strata Mining gateway Support technology numerical simulation with FLAC3D
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煤系地层数值模拟力学参数分布特征与取值范围研究 被引量:1
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作者 王楠 李杨 +7 位作者 PANEIRO Gustavo André 雷兴海 石孝明 李宜杭 崔宇彤 刘浩天 曹晋龙 王铁记 《煤炭学报》 北大核心 2025年第7期3400-3423,共24页
数值模拟方法在煤矿开采领域的应用广泛,尤其在模拟复杂地质条件和多变力学环境方面,为预测围岩动态变化、应力分布以及开采活动可能引发的问题提供了重要研究手段。在煤层开采数值模拟研究中,煤岩层参数的准确设定是实现模拟精确性的... 数值模拟方法在煤矿开采领域的应用广泛,尤其在模拟复杂地质条件和多变力学环境方面,为预测围岩动态变化、应力分布以及开采活动可能引发的问题提供了重要研究手段。在煤层开采数值模拟研究中,煤岩层参数的准确设定是实现模拟精确性的关键。为给煤层开采数值模拟提供更为准确的参数设定参考,收集整理了中国100余个矿井的1 000余条煤岩层数值模拟力学参数,通过MATLAB进行分类整理,构建了煤系地层数值模拟参数的取值参考数据集;基于该数据集,给出了各省数据可信度权重设定与动态优化方法,并对不同地区煤系地层力学参数的差异性和分布规律进行了多维度数据分析,揭示了其在不同地质区域的分布特征和多样性。结果表明:山西、陕西和内蒙古等地区数据可信度权重较高,研究活动较为集中;煤层力学参数数据点主要集中在埋深200~690 m,呈现出一定的趋势和特点,体积模量、剪切模量、弹性模量以及黏聚力等参数在实际应用中的差异性较大。不同岩性的统计分析表明:粉砂岩和细砂岩在研究中最为常见,各岩性在力学特性上的差异性明显,中砂岩在体积模量和弹性模量上分布最广,而石灰岩则在多个参数上表现出较高的稳定性。此外,通过对不同地区煤层与主要岩性模拟力学参数的分析,研发了煤系地层数值模拟力学参数取值范围参考与异常值检测系统,该系统可以实现快速查询煤岩层力学参数取值、异常值检测以及自定义数据集导入分析等功能,以期为煤系地层数值模拟研究中力学参数的确定提供更为科学的参考依据与便捷的工具方法。 展开更多
关键词 煤系地层 数值模拟 力学参数 取值分布 系统开发
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考虑层内节理的大跨隧道层状围岩成拱机制研究 被引量:1
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作者 万利 李苑永 +4 位作者 李为腾 李文蓄 邵行 李政杰 窦俊辉 《中国公路学报》 北大核心 2025年第9期229-241,共13页
压力拱效应是围岩自承能力的重要形成机制,含层内节理的层状地层围岩压力拱效应具有其特殊性。以山东某灰岩夹页岩薄层地质体中的公路大跨隧道为工程背景,首先通过数值模拟分析了含层内节理的层状地层围岩应力分布特征,确定了适用的围... 压力拱效应是围岩自承能力的重要形成机制,含层内节理的层状地层围岩压力拱效应具有其特殊性。以山东某灰岩夹页岩薄层地质体中的公路大跨隧道为工程背景,首先通过数值模拟分析了含层内节理的层状地层围岩应力分布特征,确定了适用的围岩压力拱边界判断准则,进一步分析了层内节理对压力拱效应的影响规律;其次考虑地层岩性及岩体结构特征,开展了模型试验研究。结果表明:所确定的压力拱边界判别准则可较好的用于含层内节理的层状地层围岩压力拱的定量描述;拱部围岩环向应力集中区间隔出现在各灰岩层上部,层内节理使围岩压力拱呈现明显的“分层拱”形态特征,且各分层压力拱厚度随远离拱顶而增大;拱底和边墙处的压力拱内外边界均更远离隧道轮廓,且压力拱厚度分别增大54.9%和82.8%;研发的模型体成型技术,较好模拟了含层内节理的层状地层岩体结构特征;试验显示隧道周边灰岩以块体移动、转动变形为主,页岩薄层以挤压断裂为主,岩层界面的剪切错动叠加层内节理切割作用,使拱部围岩压力拱效应呈现岩层间跳跃扩展的特点。 展开更多
关键词 隧道工程 压力拱效应 数值模拟 层状地层 节理围岩
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谢桥煤矿厚硬顶板切顶卸压围岩控制技术研究 被引量:1
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作者 杨德传 刘浩 刘畅 《煤炭与化工》 2025年第6期13-17,共5页
针对淮南谢桥煤矿11618工作面运输顺槽面临的厚硬顶板强矿压问题,本研究采用数值模拟与现场监测相结合的方法,系统分析了预裂爆破切顶卸压技术对巷道围岩应力场的调控机理,基于摩尔-库伦准则构建FLAC3D模型,揭示了切顶前后应力演化的动... 针对淮南谢桥煤矿11618工作面运输顺槽面临的厚硬顶板强矿压问题,本研究采用数值模拟与现场监测相结合的方法,系统分析了预裂爆破切顶卸压技术对巷道围岩应力场的调控机理,基于摩尔-库伦准则构建FLAC3D模型,揭示了切顶前后应力演化的动态特征。研究结果表明:切顶卸压技术显著优化了顶板应力分布,垂直应力峰值降低17.8%,促使应力集中带向煤体深部转移3.4 m;同时,超前支承压力峰值由未切顶时的63 MPa降至56 MPa,但煤帮垂直应力峰值因应力再分配升高21%。现场实测显示,顶底板最大移近量低于300 mm预警阈值,锚杆锚索支护承载力稳定,验证了该技术对围岩变形的有效控制。 展开更多
关键词 厚硬顶板 切顶卸压 应力转移 数值模拟 围岩控制
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基底均匀膨胀作用下黄土-泥岩复合地层隧道衬砌力学响应研究
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作者 梁庆国 李景 +2 位作者 张崇辉 刘彤彤 孙志涛 《岩土力学》 北大核心 2025年第6期1811-1824,共14页
黄土地区的地层结构大多具有上部黄土、下部泥岩的二元结构特点。隧道穿越泥岩和黄土−泥岩复合地层时,地下水重分布并易于富集于仰拱底部,泥岩遇水膨胀则会产生仰拱底鼓,而不同的地层组合及其差异性对衬砌变形及受力特性影响显著。尝试... 黄土地区的地层结构大多具有上部黄土、下部泥岩的二元结构特点。隧道穿越泥岩和黄土−泥岩复合地层时,地下水重分布并易于富集于仰拱底部,泥岩遇水膨胀则会产生仰拱底鼓,而不同的地层组合及其差异性对衬砌变形及受力特性影响显著。尝试采用在仰拱底部施加位移的方式模拟泥岩膨胀作用,依托甘肃天水某隧道,开展了纯泥岩地层与交界面位于拱腰处的黄土−泥岩复合地层隧道基底均匀膨胀作用下的底鼓模型试验。分析了两种工况下衬砌内力、变形及破坏特征的差异性,并将模型试验与数值模拟结果进行了对比。结果表明:(1)模型底部加载强制位移引起的膨胀变形可分为基底土体压密阶段和基底位移等效传递阶段两个阶段。(2)由于泥岩与黄土弹性模量比值约为2:1,相较之下,交界地层中上覆黄土刚度较小,对衬砌变形约束效果弱,仰拱隆起位移更大;交界面处拱腰更易向外扩张,扩张变形达9.2 mm,约为纯泥岩地层的3倍;交界面附近衬砌截面处易产生应力集中现象。(3)在两种地层中,仰拱及拱脚位置均表现出易于产生裂缝和损坏的特性。此外,在交界地层中,衬砌拱肩部位同样显示出较高的开裂风险,并且拱脚处的裂缝有向拱腰部位扩展的趋势。(4)相较于纯泥岩地层,交界地层中交界面附近黄土对仰拱底鼓作用具有荷载释放效应,交界面处黄土压缩吸收部分底鼓作用力,因此,上覆黄土地层可延后填充层发生受拉临界破坏的时间。其研究结果可为类似交界地层隧道的理论分析、设计与施工提供参考。 展开更多
关键词 仰拱底鼓 交界地层 模型试验 数值模拟
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