大面积连续开采采场整体失稳风险评价与预测

为了研究金川二矿区大面积采场围岩整体的稳定性,根据对采场与地表破坏现象的调查与监测结果提出了大面积采场整体失稳的4种模式,确定了采场稳定性评价指标。设计了13因素3水平的数值正交试验方案,采取最小二乘法进行多元线性回归,获得了4个评价指标的评价函数,利用可靠度理论对各评价指标的采场稳定性可靠度进行分析和风险预测。结果表明,对于采场围岩整体稳定性系统,将4个评价指标以串联形式作为一个整体,计算出采场整体失稳风险概率达11.28%,采场围岩整体失稳有一定的可能性。     

VW-UM模型在采场稳定性评价中的应用

为避免地下采场稳定性常权分析时容易出现"状态失衡"的问题,将变权重理论(VW)引入其中,结合未确知测度理论(UM)建立采场稳定性VW-UM评价模型。基于对采场稳定性影响最大的14项指标,计算其未确知测度(UM)函数,运用层次分析法(AHP)确定各指标常权重,再通过VW理论细化各指标权重的取值,最后根据置信度识别准则预测采场风险等级。用VW-UM模型分析新桥矿和焦家矿5个采场的稳定性,得出各采场的风险等级。实例分析表明,指标权重在常权重的基础上需根据指标值确定,这样使得分析结果的准确度比传统评价模型要高。     

基于随机森林理论的采场稳定性预测研究

为预防采场安全事故,选取地下采场地质构造、埋深、围岩强度等10个因素作为采场稳定性预测指标,从收集到的实际采场稳定性数据中选取25组作为训练样本,建立采场稳定性预测的随机森林(RF)模型,通过8组测试数据预测采场稳定性;将该模型预测结果与支持向量机(SVM)模型及人工神经网络(ANN)模型的预测结果进行对比。研究表明:采用RF模型采场稳定性等级预测准确率最高,而使用SVM模型次之,ANN模型的准确率较差;用RF模型能够相对有效地判定采场稳定性。     

开挖卸荷扰动深部巷道围岩变形破坏特征研究

为解决开挖卸荷工程扰动条件下深部巷道围岩失稳变形加剧与受力破坏严重问题,采用层次分析(AHP)、数理计算与数值模拟的综合研究方法,分析卸荷扰动作用下深部巷道围岩的典型形变特点;建立围岩失稳破坏的综合评价体系,得出围岩裂隙场、应力场与位移场的时空演化特征。研究结果表明:深部开挖扰动围岩具有内部卸荷失稳、外部非线性变形的双重典型形变特征;围岩垂直应力与水平应力的耦合作用引发围岩的变形破坏;深部开挖巷道围岩具有初期形变量大、位移变化速度快、流变性强的特点,顶板下沉和底板鼓起是围岩失稳变形的显著特征。     

高阶段大跨度充填体稳定性评估

为保障矿柱安全回采,建立组合权重与可变模糊集耦合模型,评估高阶段大跨度充填体稳定性。以司家营铁矿等5座矿山为例,选取充填配比、采场结构参数、围岩地质条件、爆破冲击作用等12项主要影响因素为评估指标,评估其高阶段大跨度充填体的稳定性,并与未确知测度理论和AHP-TOPSIS综合评估模型对比。结果表明,5座矿山的综合风险等级特征值分别为2.178,2.678,2.477,2.505和2.479,与其他方法的评估结果一致。司家营高大充填体失稳坍塌风险较高(Ⅱ级),必须对其采取优化采场结构参数、降低爆破扰动、降低充填体暴露时间等预防和保障措施。     

基于模糊-理想点法的海下采场顶板稳定性分析

为准确评价复杂地质条件下海下采场顶板的稳定性,提出将模糊数学中的隶属度与理想点法相结合的模型。针对海下采场的特殊地质条件,综合考虑水文地质因素、工程地质因素、采场结构因素以及其他因素4个方面,选取9个评价指标。通过对指标进行隶属度化处理,由变异系数法确定指标权重,建立顶板分级模型。最后,根据三山岛金矿5个采场现场调查以及室内试验获得的指标数据,应用该模型对顶板稳定级别进行评判。结果表明,该模型的评判等级结果与工程实际相符,从而验证模型可用于海下采场顶板的稳定性分析。     

基于尖点突变模型的采场顶板-矿柱稳定性分析

采场破坏失稳是一个不连续的非线性过程。为分析矿山采场的稳定性,在建立采场顶板-矿柱的简化力学模型的基础上,结合安徽某充填采矿法矿山的采场结构参数,运用尖点突变理论分析采场突变过程中的能量释放机理,构建采场破坏失稳的尖点突变模型,推导得出系统失稳的充要力学条件。结果表明:采场中矿柱的应变软化特性和刚度比是导致系统失稳的主要因素,而矿柱的突跳量仅与系统的内在特性有关。结合矿山实例,从必要条件和充分条件2个方面对采场进行稳定性分析,表明尖点突变理论合理可行。验证了采区设置盘区矿柱等安全措施的必要性。     

施工现场疫情防控风险评价方法

为准确科学地评估施工现场的疫情防控风险水平，通过文献查询、现场调研及专家咨询，构建了包含4个1级指标、17个2级指标的施工现场疫情防控风险体系，然后采用层次分析法(Analytic Hierarchy Process, AHP)与可靠度区间法(Reliability Interval Method, RIM)综合确定各级指标的权重，利用综合评价方法建立施工现场疫情防控风险评估模型，最后以某施工项目为例，验证该评价模型的有效性。结果表明，该项目现场整体风险指数为2.42,风险等级为中风险，其中防控体系风险等级为中风险，现场管理风险为较低风险，人员管理风险为较高风险，物资设备风险为中风险，与施工现场实际相吻合，该评估模型能较为准确、客观地反映施工现场疫情防控风险水平。     

基于响应面法和强度折减法的边坡可靠性计算研究

针对边坡安全系数是隐式函数的特点,提出将有限差分强度折减法和响应面法(RSM)相结合,分析边坡可靠性的方法。采用安全系数、破坏概率及对应的临界滑动面等,作为综合评价边坡稳定性的指标。算例验证表明,笔者提出的计算方法所得结果与其他方法比较接近,且更能反映边坡真实的工作状态。对某钢铁基地工程的昔格达组地层边坡,采用新的计算方法进行可靠度分析,对比研究确定性破坏模式和概率破坏模式中剪应变增量和破坏区的分布。研究结果表明,均值强度较高的边坡岩土体,如果变异系数较大,便仍处于较高风险水平,虽然边坡整体的安全系数满足工程要求;均值安全系数和最小可靠度指标对应的破坏模式也是有差别的。     

基于概率统计的土石混合体边坡可靠度分析方法

为确切描述边坡实际状态,更准确评估边坡稳定性,提出一种基于概率统计的边坡可靠度分析方法。该方法考虑土石混合体边坡平均强度的不确定性和强度在空间上的变异性,综合利用蒙特卡罗方法和连续非连续单元法(CDEM)计算评估边坡可靠程度;将坡体表面的相对位移量作为基本指标,从定性和定量2个方面确定边坡的失稳标准;通过分析一个典型的土石混合体边坡,获得边坡在不同强度分布和强度等级下的可靠度,并结合一个实例对文中方法的有效性进行验证。结果表明:边坡强度的分布特性对边坡的变形失稳结果有较大影响,利用基于概率统计的可靠度分析方法可建立边坡稳定性与岩土材料强度特性的关系。     

考虑损伤与剪胀及中间主应力的巷道围岩弹塑性分析

为研究圆形巷道围岩的稳定性,考虑了巷道围岩的损伤、剪胀特性以及中间主应力效应,建立了圆形巷道围岩弹塑性损伤力学模型,推导出圆形巷道围岩的弹塑性应力场和位移场解析解。研究结果表明:考虑损伤时围岩塑性区范围更大,所需支护阻力增长明显,塑性区位移明显增加;剪胀对位移场影响较大,对应力场影响较小,剪胀系数越大,需要提供的支护阻力就越大;随着中间主应力系数的增大,所需支护阻力降低,塑性区位移减小,最大位移减小幅度高达79.74%,不考虑中间主应力的强度准则偏于保守;考虑损伤、剪胀和中间主应力的新的位移解更加合理,研究成果为圆形巷道的设计支护提供了一定的理论基础和参考价值。     

深部软岩煤巷围岩变形分析与控制技术研究

根据深部软岩煤巷围岩力学性质,借助有限差分软件FLAC程序,模拟软岩煤巷开挖未支护巷道和U型钢支护巷道围岩变形破坏全过程,得到围岩应力场、位移场和塑性区变化规律。结果表明,解决底板问题是维护深部软岩煤巷整体稳定的关键,巷道底鼓与两帮收敛两者是相互关联的,提高围岩本身强度参数是围岩控制的重点。由此提出大刚度高阻力联合支护技术,即应用高阻力预应力锚杆进行锚网支护的基础上,以注浆加固和反底拱对底板进行控制,同时配合大刚度U型钢支护,适时实施围岩二次注浆加固及锚索加强支护,且将此技术应用于工程实践。     

不同侧压力系数下圆形巷道变形破裂规律分析

为研究侧压力系数对巷道周边岩体稳定性的影响,以一条深埋圆形巷道工程为背景,采用离散颗粒元软件PFC3D分析了5种侧压力系数下巷道周边岩体的应力差、位移、破裂分布模式和微裂纹数等,得到了圆形巷道周边岩体应力、变形和破裂随侧压力系数的变化规律。结果表明,1)随侧压力系数增大,巷道顶底部浅部岩体主应力差先增大后减小,深部岩体主应力差逐渐增大;而巷道两帮浅部岩体主应力差变化较小,深部岩体主应力差先减小后增大。这表明在相同埋深情况下,高侧压力系数不一定会对帮部岩体造成更大的破坏,但更容易使顶板产生高剪应力,不利于顶板岩体的稳定。2)侧压力系数越大,巷道顶板岩体竖向位移就越小,且其由拱顶往外平滑递减的规律性也越不明显,而帮部岩体水平位移变化规律与顶板岩体相反。3)巷道顶底部围岩在侧压力系数较大的情况下较易发生破裂,并随侧压力系数增大,其破裂范围越来越大;巷道两帮岩体则在不同侧压力系数下均会发生破裂,且其破裂范围随侧压力系数增大而略减小。4)不同侧压力系数下,巷道岩体总裂纹数都随开挖时间呈指数增长;且当巷道开挖完成后,岩体总裂纹数与侧压力系数呈抛物线关系。     

基于FLAC3D分析的某铁矿充填效果研究

为解决辽宁某铁矿开采后地表沉陷问题,验证自研的复合激发尾砂胶结充填体充填效果,运用FLAC3D模拟软件对铁矿二步骤充填开采和地表沉陷进行数值模拟计算研究.研究结果表明:采用3种胶结充填体分别进行二步骤充填后,盐基、碱基、水泥基胶结充填体内部的应力平均值分别为0.92,0.79,0.93 MPa,最大位移值分别为38,2...     

采空区影响条件下巷道围岩应力监测与研究

金属矿采空区多以矿房-矿柱组合的复杂采空群体系构成,这种复杂的空区群结构是一种复合应力拱的承载结构,复合应力拱的成拱机制形成了采场上方覆岩发生拉压破坏模式,进而导致围岩塌陷及巷道破坏;为了监测采空区影响下巷道围岩复合应力变化,提出在巷道内利用锚杆应力计监测围岩复合压力拱应力变化方法,锚杆采用端部锚固结构,埋入深度超过围岩冒落带并施加预应力;根据监测数据分析围岩应力变化可分为递变式、突跳式、振荡式和复合式变化四种变化模式,利用多元回归及突变模型建立围岩应力变化的数学模型,以历史数据为基础,建立以围岩应力极限值、应力变化速率及突变模型势函数临界值为判据的围岩稳定性分析数学模型。     

基于强度折减法的巷道整体安全系数探讨分析

将有限元强度折减法应用到高地应力下巷道的稳定性评价。选用矩形、直墙半圆拱形、直墙半圆拱加反拱形、马蹄形及圆形等5种巷道常用断面开展计算研究。就上述5种典型断面,利用有限元分析软件ANSYS12.0分析了岩土体折减系数对巷道代表点的位移及围岩塑性区的发展的影响,再现了巷道断面岩土体变形发展过程。通过观察围岩塑性区的发展和巷道控制点的位移突变,求得各断面形状的安全系数并找出其潜在破坏面。根据安全系数的大小和破坏面的位置,能够评定巷道断面设计的合理性,并对施工工艺和支护参数提出改进建议。     

爆破荷载作用下隧道中隔岩稳定性研究

为研究爆破动力荷载作用下隧道中隔岩稳定性评价标准,以福州地铁2号线为工程背景,结合强度折减动力分析法和数值模拟,同时考虑中隔岩塑性区贯通、位移超过规范值、计算不收敛3种判据,综合对隧道中隔岩进行动力安全系数分析,研究隧道不同净距、不同开挖进尺后行洞隧道爆破开挖对隧道整体安全系数的影响。研究结果表明:中隔岩塑性区贯通时特征点位移和规范中位移限值较为接近,可共同作为评价中隔岩稳定性的最终评价标准;隧道净距越大、进尺越小,隧道整体安全系数越高;对围岩质量较差且净距小于1.6 m的双线隧道进行爆破开挖时,建议将爆破进尺控制在2 m以内。研究结果可为类似工程提供理论参考依据。     

考虑峰后软化的圆形巷道稳定性分析及工程应用

为获得更准确的巷道围岩应力分布和变形特征,基于统一强度理论,考虑围岩塑性软化和中间主应力的影响,引入塑性软化参数,推导出巷道围岩弹塑性区应力、塑性区范围和位移的表达式。通过算例分析,得到塑性软化系数和中间主应力等相关参数对巷道围岩应力分布、塑性区半径和位移的影响规律。研究结果表明:随内摩擦角软化系数和黏聚力软化系数的增大,围岩塑性区半径和位移呈现先急剧后缓慢的减小趋势;中间主应力系数对巷道围岩弹塑性应力有着显著影响,中间主应力系数越大,围岩塑性区半径和位移越小。     

金川二矿区不良岩层采场巷道片帮冒顶事故树分析

金川矿区是典型的高地应力矿区。矿区构造极为发育 ,围岩稳定性极差 ,使采矿生产存在事故隐患。针对采场巷道顶板围岩或充填体的片冒事故 ,考虑人、机、环境 ,确定三种不同条件下片冒事故的影响因素 ,进行事故树分析 ,计算事故的最小割集、径集以及影响因素的重要度系数 ,为预防片冒事故提供了重要的理论依据     

巷道围岩再造承载层机理及数值模拟

在分析大变形巷道基本支护系统基础上,依据应力转移与强抗承载的围岩稳定思想,提出了巷道围岩再造承载层机理,建立了巷道围岩再造承载层稳定性力学模型,分析了巷道围岩再造承载层的稳定因素,最后进行了数值模拟。结果表明:巷道基本支护系统的承载能力与作用范围有限,基本支护系统作用下巷道浅部围岩呈“O”形整体收敛,弹塑性界面离层明显;而巷道两帮再造承载层与基本支护系统形成“Ω”形承载结构体,整体承载能力加强,顶板应力由底板深部转移改变为向两帮外伸移动,两帮围岩移动由巷道内收敛改变为向巷道底角外扩散,巷道围岩稳定性提高;巷道围岩再造承载层位置越高、长度越大,围岩越稳定;无支护巷道两帮垂直应力集中区明显,支护后巷道两帮垂直应力集中区得到弱化,浅部围岩形成“Ω”承载拱形体,两帮与顶板位移变化量较小,底鼓量为无支护巷道的84.65%,应进一步做好底鼓控制,围岩整体收敛变形较小,支护效果明显。