基于颗粒流的溜井冲击破坏规律研究

为了研究溜放矿石在溜井中的运动及冲击规律,以某金属矿山主溜井为研究对象,简化溜放矿石冲击井壁的模型为颗粒流撞击墙的模型,以运动学理论分析结合离散元程序模拟分析了溜放矿石在井筒内的运动规律及对溜井井筒的冲击破坏规律。通过理论计算及数值分析揭示了溜井溜放矿石在井筒中的冲击位置、冲击水平速度、冲击垂直速度、矿石分散程度、冲击动能之间的内在关系。结果表明,对于百米深溜井,溜放矿石一般经过三次冲击后落入井底,三次冲击对井壁的破坏主要以水平冲击造成,其中第二次冲击最为激烈。通过与C-ALS探测的受冲击破坏的井筒三维形态对比分析,验证了分析结果的可靠性。研究结果不仅可为矿山溜井重点部位加固提供理论支持,而且可以大大节约矿山井巷工程的检修工期及维护成本。     

基于复杂地质体建模和模型重构技术的溜井稳定性分析

溜井围岩现存应力状态对于溜井稳定性分析具有重要意义。为准确判断溜井围岩安全稳定情况,在室内岩石力学试验结果和岩石质量评价RMR值的基础上,通过折减计算获得相关岩体参数。采用空区激光探测系统(CMS)探测获取了溜井的三维实体模型。参照已获得的矿区原岩应力参数,运用SURPAC和FLAC3D复杂地质体建模技术建立了矿区和溜井围岩三维数值分析模型,使用模型重构的方法获取了溜井围岩稳定性分析的原岩地应力参数,基于多元回归方法精确反演出溜井围岩的现存应力状态。结果表明:1)溜井围岩在标高为-292~-264 m时,溜井受矿石冲击的区域变形严重,存在失稳的风险,需加强监测;2)溜井围岩最大拉应力出现在标高为-278.12 m附近,其值为1.58 MPa,超过了岩体最大抗拉强度;溜井围岩最大位移出现在标高为-281.74 m附近,其值为13.8 cm,在标高为-292~-264 m时,产生了较大的塑性破坏。     

露天矿山隐伏盲空区精确探测及爆破优化设计

隐伏盲空区是严重威胁露天矿山正常采矿作业的安全隐患,应予以探明并处置。针对露天矿隐伏盲空区探测难度大、崩落处置爆破设计精度差等问题,以白马铁矿1号溜井盲空区为例,首先基于矿山历史资料,利用钻探手段,初步圈定盲空区异常分布范围;然后运用钻孔激光扫描设备进行三维精确扫描,获得盲空区塌腔三维形态和真实边界,并以实测数据为基础,利用逆向建模方法,构建盲空区三维可视化模型;最后根据盲空区的三维空间特征和分布条件,进行爆破分区及参数优化设计。结果表明:采用钻探圈定结合三维激光精确扫描建模的综合探测方法,可获得露天矿山盲空区的可靠信息,准确掌握盲空区垮塌现状,进而为制定更为精准的爆破设计方案提供重要依据,最终达到消除盲空区的目的。研究结果对保障矿山安全生产具有重要意义,同时可为类似工程提供有益参考。     

模拟层合板受冲击后变形损伤过程的一种改进的动态三维有限元方法

给出了基于增量形式动态损伤本构关系和损伤参数模型的动态三维有限元方法,适合于模拟层合板受冲击后变形损伤破坏过程。对接触处理算法也作了改进,并导出了冲击过程的动力方程。     

三维点云基础上排土场垮塌影响范围研究

高台阶排土场下游常分布有居民区、厂房等,一旦垮塌,后果严重,因此完善的防治与应急准备工作十分关键,而排土场垮塌影响范围的预测是这些工作的重要前提依据。为提升高台阶排土场垮塌影响范围的预测准确性,需要获取准确的地形边界基础数据。通过利用三维激光扫描仪对新建排土场及其下游地形精细扫描,对获取的三维点云数据去噪、拼接、建模等处理,生成精度更高的数字高程模型与三维实体模型。在此基础上,结合新建高台阶排土场地质勘查与设计资料,建立颗粒离散元数值模型,利用PFC3D计算高台阶排土场垮塌影响范围,并与经验公式法计算结果对比分析,结果表明排土场颗粒离散元数值模型精度符合要求,可快速、准确地计算影响范围,从而为相关部门提供科学决策依据。     

模拟层合板受冲击后变形损伤过程的一种改进的动态三维有限元方法

给出了基于增量形式动态损伤本构关系和损伤参数模型的动态三维有限元方法，适合于模拟层合板受冲击后变形损伤破坏过程。对接触处理算法也作了改进，并导出了冲击过程听动力方程。     

溜井放矿破坏规律相似性模拟实验研究

以某铁矿3#溜井为研究对象,按照相似模拟试验准则,建立了溜井放矿相似性模拟实验台。通过井筒相似性模拟实验,采用全站仪观测法记录岩层变化情况,研究了不同地质结构下的溜井放矿冲击点分布及其破坏规律。实验过程表明,基于相似模拟试验,采用物理模型的比对换算,可以初步推算实际溜井的冲击点位置和破坏情况。实验结果表明,溜井所在地层存在断层带的地质构造易引发溜井的局部括刷严重。研究结果对于溜井放矿破坏机理的分析和矿山井巷工程合理有效维护有重要意义。     

不同堆积型式硫化矿石堆积体温度场数值模拟

基于有限元数值方法,研究硫化矿石堆积体温度场的空间分布规律,建立硫化矿石堆积体温度场数值模型。利用该模型,计算了不同堆积型式的硫化矿石堆积体温度场演化规律,按照结构堆积型式分为:三角形堆积体和梯形堆积体。计算结果表明,硫化矿石堆积体温度分布受堆积型式影响显著:对于靠侧壁呈三角形的堆积型式,温度场关于侧壁角点和坡面中点连线对称分布;对于平面地基上梯形的堆积型式,温度场并不完全关于过形心点垂线对称分布。在两种型式的堆积过程中堆积体内最高温度值基本相同,而在后期堆放过程中,采用梯形堆积型式的最高温度值较三角形堆积型式的计算结果偏低。     

复杂形态井巷工程三维激光扫描与MIDAS-FLAC3D耦合建模稳定性分析研究

受井巷工程空间形态的复杂性及探测技术的局限性影响,部分人员无法进入的复杂形态井巷工程的实际空间形态往往很难准确获得,复杂井巷工程的数值分析往往很难进行建模或建立模型与实际误差较大,而在此基础上进行的稳定性分析结果可靠性往往较差。采用三维激光扫描技术对复杂形态井巷工程进行三维激光点云扫描,基于点云数据运用MIDAS软件建立精确形态的复杂井巷工程模型,通过耦合技术建立最终可以在FLAC3D中进行运算并且与实际形态相一致的数值模型。最后以某矿山主溜井为工程实例,利用三维激光精确扫描技术获取该井巷工程的实际空间形态,在此基础上进行MIDAS与FLAC3D耦合方法的建模分析,对该复杂井巷工程的稳定状况进行了稳定性分析。     

基于3D激光扫描技术的绕腰法采空区资源回收方法研究

针对大多数矿山采空区残留资源回收探测中存在人员、设备进入难,精度低、危险高等问题,我们通过采用三维激光扫描技术恰恰克服了以上困难。应用三维激光自动扫描新技术对采空区进行精密探测,能够安全准确地获取采空区的三维形态和矿石空间分布位置,再通过三维建模软件 Surpac 建立三维可视化实体模型,为回收残留矿石资源提供重要依据;最后通过应用绕腰法综合回收残留矿石,不仅能够减少采准工程量,并把采准与采矿工作很好地结合起来,而且达到了能够高效安全地回采采空区残留矿石目的。工程实例的成功应用,表明此方法在给矿山和国家带来良好的经济社会效益的同时,能够在同类矿山中推广应用。     

零轨迹事故中碰撞冲量算法反求车速的研究

为提高交通事故车速计算适用性及精度,针对车速计算中的滑移轨迹无法完整获取的问题,建立一种基于碰撞冲量的车速反求算法。利用冲量角度和变形能公式求得冲量大小,结合动力学方程计算车速。采取三维激光扫描技术及LS-DYNA求解器仿真分析车辆碰撞变形角度对碰撞冲量方向的影响。试验结果显示,两者存在线性关系。在仿真数据基础上,建立七元线性方程。误差分析结果表明,在一定车速范围内,该方程的角度误差可控制在6°以下。最后通过一起交通事故实例,验证冲量算法。在零轨迹下也可用冲量算法有效计算碰撞车速。     

安徽开发矿业有限公司3#主溜井治理方案研究

安徽开发矿业有限公司3#主溜井冲刷破坏严重,为了保证矿山持续稳定的安全生产,迫切需要查明情况并制定合理的治理方案。利用三维激光扫描仪对研究溜井进行了探测,掌握了溜井形态基本数据;根据溜井破坏区域和特征,提出了加锰钢板挡墙加固方案,目的为消除隐患,而且恢复溜井原始形态和最初功能;通过数值模拟的方法,对该加固方法进行了模拟评估。结果表明,采用治理措施后可使混凝土筒墙与原井壁协同受力、共同变形,治理效果良好,实现了主溜井的综合治理和预防。     

硬岩竖井爆破损伤区探测及衬砌荷载*

为研究硬岩竖井受爆破开挖扰动的影响,依托米仓山公路隧道竖井工程,采用RSM-RCT（B）测试系统探测竖井爆破损伤区范围为1.1~1.4 m,并利用残余地质强度指标标定损伤区力学参数,将其纳入收敛约束法和数值分析中,以评估损伤区对竖井围岩及衬砌荷载的影响。研究结果表明,在硬岩竖井中开挖爆破是造成岩体损伤区的关键因素,地应力方向和大小对硬岩损伤区分布基本无影响。分析结果表明,爆破损伤区导致围岩变形增大,从而使得衬砌荷载增加,最大剪应力出现在损伤区与未破坏岩体之间的交界处,大小为16 MPa,同时靠近该位置的衬砌荷载也会变大,较深竖井可采用分区段支护,降低投资成本。研究结果可为硬岩竖井开挖荷载计算及设计优化提供一定参考。     

高压水射流冲击煤体损伤的数值模拟研究

为研究高压水射流破煤过程中煤体的损伤状态及压力的分布状态,论文采用J-H-C含损伤本构模型,水射流采用Bridgman状态方程,通过拉格朗日-欧拉有限元法模拟计算高压水射流冲击煤体的损伤机制,得出了煤体在高压水射流冲击作用下不同时刻的损伤变化情况。结果表明,煤体在高压水射流作用下,在接触点两边形成"肺叶状"负压力区,煤体所受压力逐渐减小;冲击速度和产生的损伤随时间变化逐渐减小,损伤主要集中于坑洞底部。     

不同围压下煤岩损伤变形规律及声发射特征分析

为研究不同围压条件下煤岩的损伤变形,利用RTX-1000岩石三轴仪和Micro-Ⅱ声发射成像采集仪对煤样进行不同围压下的三轴压缩声发射定位试验,对加载过程中的应力应变、AE计数等特征参数进行对比分析,构建基于AE计数的损伤模型,研究三轴压缩下煤岩损伤变形的规律。研究结果表明:在保持应变率恒定的条件下,围压越高,煤样的峰值强度越大,分别为18.04,29.92,32.29,45.94 MPa;围压越高,弹性阶段的AE计数相对减少;煤样发生剪胀扩容变形;基于AE计数构建损伤模型,分析对比损伤应变理论曲线与试验曲线,得到较高的拟合度,且损伤临界值和损伤量随围压的升高呈现减小的趋势;分析理论模型中的速率增长因子,得到试验与理论损伤规律一致。     

基于MATLAB的火灾探测报警系统寿命分布和可靠度研究

基于不同的系统可靠性寿命分布类型对应的可靠度模型,介绍4种常见的系统可靠性寿命分布模型的适用情况、特征、规律。根据概率论和数理统计相关理论,研究在MATLAB下判断系统寿命分布模型的方法,利用MATLAB函数对模型参数进行估计,构建系统可靠度模型。并以某商场的火灾探测报警系统作为研究对象,收集一段时间的系统故障数据,运用MATLAB数值分析方法,得出火灾探测报警系统的可靠度模型,找出系统可靠度随使用寿命的变化规律。结果表明:计算得到的商场火灾探测报警系统的可靠度随着使用时间变化规律与实际情况基本吻合。     

金属探测门的探测部分设计

本文介绍的数字脉冲金属探测门是目前安防领域最先进的探测设备之一,它用脉冲磁场来探测金属,具有抗干扰能力强,灵敏度高等优点.通过合理放置探测线圈和接收线圈,得到分布均匀的磁场和相互独立的多个独立探测区域,可灵敏地探测到通过门的金属并进行准确定位.本文还给出了用Ansoft Maxwell软件对线圈模型进行模拟的结果,可直接看到磁场分布的真实情况,确保磁场分布符合设计要求.     

爆破掘进空间内粉尘非稳态运移规律研究

为促进井下粉尘防治工作,对爆破掘进面粉尘非稳态运移规律进行研究。基于控制方程与RNG k-ε湍流模型,选择欧拉-拉格朗日法进行模拟。构建1100工作面三维几何模型并划分网格,确定气相流场边界条件。引入粉尘运动模型进行非稳态计算,利用CFD软件得到气相流场风速分布规律,得出掘进面60m范围内粉尘沿巷道纵向、垂向扩散规律及巷道沿程粉尘粒径分布规律与空间分布规律。此外,还得到爆破后50min内巷道沿程粉尘浓度随时间变化规律。     

近塌陷区矿山公路开采沉降规律及安全性研究

由于受到地下开采扰动的影响,如何保证矿山公路的安全性是研究者们关注的焦点之一。从工程实际出发,基于三维几何建模软件和MIDAS/GTS有限元软件的结合技术,通过建立地表三维模型和矿体三维模型,构建了关于塌陷区沉降模拟的精细三维模型,开展了地下开采过程中临近塌陷区矿山公路沉降特性及其安全性的数值模拟研究。结果表明,随着地下开采强度和范围的增大,地表沉降的规模和程度都在不断增加,临近塌陷区的矿山公路及沿线边坡受到了地下采动的影响也变大;虽然总体仍保持稳定,但是在公路的局部区域存在一定的安全隐患;计算结果和实地调查的情况一致,故得到矿山公路的沉降特性规律为下一步塌陷区的安全有效处治提供了基础数据。     

煤田火区影响下工作面安全开采评估方法研究

为有效解决煤田火区对下覆工作面安全开采威胁程度的评估难题,基于多孔介质理论,采用理论计算和数值模拟相结合的方法,建立了采空区与上覆煤田火区之间的三维几何模型,模拟了O2、CO和CO2浓度场分布,研究了煤田火区与工作面之间复合裂隙群中气体的流动规律,推导出火区下采煤工作面不受火区影响时的最小安全相对静压计算公式,提出了受限流场条件下的上覆煤田火区气体对工作面安全开采影响程度评估方法。运用该评估方法将煤田火区下工作面安全开采威胁程度划分为安全、一般安全和危险三个等级,并在神华乌海能源公司部分矿井得到成功应用,为煤田火区下工作面能否安全开采提供了科学理论依据。