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。     

排土场与爆破荷载共同作用下的露天矿边坡稳定性分析

目前排土场对露天矿边坡稳定性的影响和动力荷载对露天矿边坡稳定性的影响,大多是被分别研究的。这样做难以真实反映露天矿边坡实际受力状态。基于此,对排土场和爆破荷载共同作用下露天矿边坡稳定性进行研究。首先,通过室内试验确定岩体参数,分析露天矿边坡在排土场和自重情况下的变形特征,并以此为初始状态,采用Ansys/ls-dyna的隐式-显式分析功能,研究其在爆破荷载作用下的岩体的响应特征。其次,验证新疆某露天矿排土场距离设置是否满足开采要求。结果表明:该露天矿边坡未出现明显破坏特征,整体处于稳定状态,该排土场距离设计合理;研究结果与工程类比分析结论一致。     

地震和降雨作用的矿山排土场稳定性分析

为了研究不同工况对矿山排土场边坡稳定性的影响,在调查分析排土场工程地质特征、散体和地基土物理力学性质、结构特征和稳定性影响因素的基础上,运用极限平衡法对排土场在正常运行、地震、连续降雨3种工况下的稳定性进行了分析。研究表明:3种工况下排土场均处于稳定状态,但在地震条件下排土场边坡稳定安全系数储备较低,可能发生浅层滑坡,对坡脚下部的高压线铁塔和铁路线构成威胁,提出了修筑防滚石挡墙,做好排土场安全监测、排水、日常安全管理工作等对策措施。     

实验室煤与瓦斯突出模拟试验回顾及展望

为借鉴国内外煤与瓦斯突出模拟试验研究成果,查阅大量相关文献,进行分析和总结。以人们对煤与瓦斯突出试验研究的深入程度为主线,将实验室煤与瓦斯突出模拟试验的研究历程进行阶段划分。研究表明:20世纪50—60年代,成功诱导了突出,初步考察诸因素对突出的影响;70—90年代,深入探究突出发生的力学判据及突出过程,并提出数十种有关突出机理方面的假说;21世纪初,以组建三维模拟试验台进行试验为特点,大大提高了模拟试验条件与现场的相似度,但在力学加载系统的稳定性和可调性、模型的整体密封性、测试探头的精度等方面仍需改进。     

高海拔高寒地区金属矿山采选固废安全处置现状及研究进展*

针对高海拔寒区金属矿山采选固废处置成本高、有效处置率偏低、安全隐患多等问题,采用室内试验、理论分析、数值模拟及现场实践相结合的方法,开展高海拔寒区排土场散体物料物理力学性质、排土场稳定性、充填料浆输送、充填体固结性能、充填体改性增强等方面的研究,构建冻融循环条件下散体物料内部微观结构信息与宏观力学参数定量关系模型,揭示冻融循环下排土场致灾机理和低温低气压环境下胶结充填料浆固结演化特性,提出冻融循环下排土场堆置工艺和低温低气压环境下胶结充填料浆固结增强技术。相关成果对于提高我国高海拔高寒地区金属矿山采选固废的有效处置率,降低固废处置成本,保障矿山可持续发展具有重要的理论价值和实践指导意义。     

暴雨致灾机理分析及预测模型构建

台阶边坡、路堑边坡等地常选用乔木作为护坡植物,而降雨易影响乔木的稳定性,进而影响其护坡效果。提前预测降雨对乔木稳定性的影响,则可及时预判边坡失稳、泥石流等灾害的发生。以非饱和土体力学特征和乔木根系固土机理为基本理论依据,分析失稳原因并建立相应理论模型;基于多种降雨方案,利用数值模拟得到不同降雨情况对乔木稳定性影响的相关数据;然后以模拟结果作为训练样本,利用BP神经网络构建预测模型,并制定相应的分类预警评判指标。研究表明：此预测模型不仅精度高,相比于数值模拟计算速度可提高数万倍,此成果可为灾害防治及预警工作提供参考。     

滑坡体三维构造及稳定性分析

采用体元技术建立滑坡体真三维模型,通过基本三棱柱体构建具有复杂曲面结构的空间组合体,每个单元都赋予不同的属性,为滑坡体三维稳定性分析提供基本的前、后处理功能.以此为基础,并结合三维极限平衡分析计算方法,开发了相关的滑坡三维模拟与稳定性分析软件,并成功应用于清江库岸大型滑坡的三维仿真计算.     

基于正交试验、组合赋权-灰色关联度法研究隧道施工最优方案

为保证浅埋暗挖大断面隧道施工稳定性,提出正交试验、组合赋权-灰色关联度法研究隧道施工最优方案,确保隧道顺利竣工。依托北京地铁17号线天通苑站出入段线大断面浅埋暗挖渐变隧道工程,首先根据影响隧道施工稳定性的因素,构建L16（5×4）正交表进行正交试验,建立三维模型,然后采用组合赋权-灰色关联度法对试验数据进行处理,关联度越高说明隧道稳定性越好,通过各水平平均关联度选择最优方案,将最优方案运用于天通苑站浅埋暗挖隧道。研究结果表明:最优方案的各项数据均比原始方案小,而且施工现场地面未出现明显裂缝,隧道稳定性较好,说明组合赋权-灰色关联度法在实际工程中有较高的实用性,对于类似复杂隧道工程也有借鉴意义。     

西石门铁矿排土场稳定性分析及治理措施研究

依托矿山排土场工程实例,分析了西石门排土场的稳定性。采用现场调查、测试试验和数值分析相结合的手段分析了下部矿体开挖后地表排土场的沉降。应用地理信息系统预测了排土场泥石流发生的影响范围。根据排土场的现场情况,通过坝体选型及力学计算,确定了适合西石门排土场的泥石流滑坡防治措施,为同类排土场的稳定性评估和治理设计提供了范例。     

航站楼恐怖袭击情景下疏散过程仿真研究

为应对恐怖袭击的威胁,本文以某大型机场航站楼为环境,应用模拟仿真工具构建刀斧砍杀情景下航站楼内的人员疏散过程模型,分析该情景下人员疏散和伤亡情况;然后利用正交实验对该情景下人员疏散及伤亡的影响因素进行定量对比研究,提取显著的影响因素。实验数据表明,人员数量A、砍杀工具类型B、恐怖分子位置C、恐怖分子数量D4个因素P<0.05,均对被袭击总人数、死亡人数、疏散时间有显著影响;高风险水平组合为A_(3)B_(3)C_(3)D_(1);D、B为关键影响因素。该模型能够展示刀斧砍杀恐怖袭击情景的演变过程,为机场预防及应对该类事件的发生提供改进建议,也为应急预案制定提供数据依据。     

临近断层工作面采动诱冲规律研究*

为研究临近断层工作面采动诱冲规律,首先对开采与断层应力之间的影响进行理论分析,再利用正交实验设计合理的实验方案,采用有限元软件FLAC3D对各方案进行数值模拟实验,提取25组数值模拟实验数据,最后基于层次分析法对各影响因素的组合权重进行理论计算,分析各影响因素对断层冲击地压的影响大小。结果表明:开采深度对断层冲击地压的影响最大,断层内摩擦角次之,断层黏聚力影响最小,且断层黏聚力和开采深度对断层冲击地压影响的差异较大。     

天然气净化厂管道泄漏H2S毒害后果影响因素数值分析

为定量评估高含硫天然气开敞空间泄漏过程中风速、风向、泄漏速度、泄漏方向对毒害后果的影响，以天然气净化厂管道泄漏为例，采用正交实验设计方法设计实验场景，基于CFD进行泄漏扩散仿真实验，以吸入剂量、毒害面积、最大毒害面积到达时间、毒害体积、最大毒害体积到达时间作为毒害效应指标，分析不同因素对毒害后果的影响，并提出后果控制建议。研究结果表明:采用CFD方法进行泄漏扩散仿真能够还原泄漏扩散过程；利用正交实验进行影响因素分析可以节省实验资源、获取准确结果；风向和风速对各后果指标均比较敏感，在天然气净化厂建设过程中应着重考虑风的影响。仿真与正交实验结合的方法能够有效评估毒害后果影响因素的敏感性，可为毒害气体泄漏风险防控提供指导。     

基于正交试验的谷物粉尘燃烧特性影响因素研究

为了研究谷物粉尘燃烧特性影响因素，以可食用玉米淀粉为研究对象，通过ZY6243锥形量热仪（CONE）进行了单因素和正交试验，研究了粉尘粒径、惰性介质CaCO3质量分数、热辐射通量对玉米淀粉燃烧特性的影响效应。应用直观分析法和方差分析法定性地研究了各因素对玉米淀粉热释放速率峰值的影响程度并进行了排序，2种方法得出的结论基本一致。研究结果表明:各因素对玉米淀粉热释放速率峰值的影响程度依次为:CaCO3质量分数＞粉尘粒径＞热辐射通量；其中惰性介质CaCO3对热释放速率峰值和引燃时间的影响最为显著。     

不同因素对巷道支架与顶板接触刚度影响分析

针对超前支架和顶板的接触刚度的影响因素进行仿真分析和实验研究。利用分形理论构造粗糙顶板轮廓模型,根 据不同的粗糙度对应的分形维数D和特征尺度G,在MATLAB中生产不同的粗糙度曲面,并由SolidWorks三维建模软件生产 实体,导入ANSYS软件中进行接触刚度分析。通过仿真和实验研究在不同粗糙度顶板、不同弹性模量的顶板岩层以及不 同形式顶梁的情况下的接触刚度变化。定性地分析了不同影响因素下的接触刚度变化情况,为研究超前支架和巷道顶板 耦合动力学特性提供了依据。     

多因素影响下巷道变形特性数值模拟研究

基于FLAC3D有限差分软件对开挖深度、侧压力系数、断面形状等多因素影响下的巷道变形参数进行正交试验，根据正交试验分析结果，分别选取同一深度条件下的圆形、马蹄形、直墙拱形、矩形巷道进行模拟试验并以圆形巷道作为典型断面，对不同深度下的巷道变形特征进行模拟试验。研究结果表明:开挖深度对巷道开挖后的应力差变化影响明显，断面形状对巷道围岩内的塑性区深度和具有显著影响；巷道开挖后的塑性区深度和随形状指数增加而呈线性增长趋势，圆形巷道的塑性区深度和最小，矩形最大；应力差随着巷道开挖深度的增加呈线性增加，深部开采应重视巷道内的应力分布情况。     

高海拔矿山井下环境对安全人因指标影响机理研究*

为探明高海拔矿山井下作业环境对安全人因指标影响规律及致因过程,基于安全工程学原理与正交分析理论,借助高海拔环境模拟试验系统,开展单因素及正交复合因素试验,分析安全人因指标与矿山环境参数定量关系,并利用统计分析软件SPSS进行多元回归分析,构建高海拔矿山恶劣环境条件下各安全人因指标动态预测模型,通过与实测数据比对,验证模型可靠性。结果表明:人因指标动态预测模型可以有效预测高海拔矿山井下作业人员安全人因指标变化规律;氧分压、温度、湿度3项环境因素对安全人因指标存在交互影响作用。研究结果可为高海拔矿山安全生产提供理论依据。     

煤矸石山自然发火数学模型在红阳三矿新矸石山自燃防治中的应用

煤矿矸石山自燃现象普遍存在 ,对环境污染及危害极大 ,防治矸石山自燃是矿区环境修复的重点研究内容。笔者利用宏观的连续介质研究方法 ,以多孔介质流体动力学理论为指导 ,建立了煤矿矸石山自然发火数学模型 ,从数学上揭示了矸石山自燃的动态演变过程。通过分析矸石山内的渗流场明确了自然发火的影响因素及内在联系 ,针对红阳三矿新矸石山的自燃预防问题 ,提出了碾压、覆盖和边界注浆相结合的综合防治施工方案。该技术在红阳三矿新矸石山的现场应用表明 ,治理方案科学、经济、合理 ,实施效果良好。研究结果对预防矸石山自燃具有理论指导意义与实际应用价值。     

降雨引发排土场滑坡的预警准则研究*

为降低降雨引发排土场滑坡的风险，提出更加科学、实用的降雨滑坡预警准则，以贵州某矿山排土场的实际情况为例，建立排土场在线监测预警系统，并基于FLAC3D软件，对安全系数与边坡位移的关系以及降雨与边坡位移的关系进行数值模拟。结果表明:降雨是影响排土场滑坡的主要因素，且降雨影响具有滞后性，降雨量可作为排土场滑坡的预警指标；排土场滑坡预警等级与排土场安全系数存在密切相关性，可根据排土场安全系数确定滑坡红、橙、黄、蓝预警等级；可根据模拟结果确定降雨引发排土场滑坡的预警准则。研究结果具有较强的实用性，为排土场滑坡事故的预防和控制提供科学指导。     

动力扰动作用下充填体的力学响应研究

稳定的充填体是二步骤矿房回采的安全保障。在采矿动力作用下实现充填体的稳定性预测,是二步开采的安全控制关键。为了研究不同扰动幅值下充填体的动力响应规律,以某矿山工程为研究对象,采用Midas/GTS与FLAC3D数值模拟技术,建立了充填体动力稳定性分析的三维数值模型并进行了数值模拟分析。研究结果表明:动力扰动作用下,充填体暴露面的破坏区域由四周逐渐向中心扩展,并随着动力扰动幅值的增加,充填体暴露面破坏区域逐渐增大直至贯通破坏;充填体暴露面质点峰值振动速度随着动力扰动峰值的增加而增加,并得出了适用于该矿充填体暴露面振动峰值速度与动力扰动幅值之间的函数关系。距动力加载面越远,充填体内部质点峰值振动速度越小,且距动力加载面0~12 m处,质点峰值振动速度衰减较慢,从12~20 m质点峰值振动速度下降趋势最为明显。