空区隐患爆破治理方案及延期时间的数值模拟分析

为了防止矿山空区引起地表塌陷造成建构（筑）物的破坏以及降低矿柱塌落振动对井下开采的威胁,采用现场试验与数值模拟相结合的方法,优选爆破治理方案和延期时间。根据炮孔布置和爆破参数,建立实际比例数值模型;在岩石物理力学指标测试的基础上,确定模型材料参数;采用LS-DYNA数值模拟软件,对比分析方案优劣以及确定爆破延期时间。研究结果表明:在满足空区隐患爆破治理效果的前提下,同一节点处A方案质点振速峰值为0.923 9 m/s小于B方案质点振速峰值1.225 3 m/s;而且当延期时间为100 ms时,通过模型垂直方向的位移云图可知岩石的破坏范围最大,塌落区域更加分散。现场应用结果显示空区隐患治理工程爆破效果良好,形成了隔离缓冲层,可以保证露天和井下的安全。     

煤层开采诱发地表裂缝成因数值模拟

为了通过分析地表裂缝的成因来研究采空区上覆火成岩非连续性破坏,根据现场数据和概率积分法确定了研究的岩土体范围,使用FLAC3D进行建模。布置6条监测线进行地表沉降监测,并与模拟得到的地表裂缝出现位置的变形数据进行对比,模拟得到了岩体塑性区的分布。结果表明,造成地表裂缝的主要原因是采空区上覆岩层中存在产状不均匀的火成岩,且位于松散层下方。采空区影响向上发展至火成岩底部造成火成岩边缘区域局部悬空。当采空区面积足够大时,火成岩上部拉应力超过其抗拉强度,进而发生断裂,松散层陷落导致地表裂缝。     

基于3DMINE-MIDAS-FLAC~(3D)耦合的残矿回采稳定性研究

残矿开采条件极为复杂,回采安全性差。为了保障残采安全,利用3DMINE,MIDAS/GTS,FLAC3D软件的耦合,对残采方案的稳定性进行数值模拟研究,根据残矿开挖后所形成空区的围岩位移、应力及塑性区状态判定回采危险区。选取某矿山浅部中段残采工程为例,研究结果表明:该矿山-47 m中段部分间柱采空区的帮壁和顶板因岩移过大、拉应力过大、拉伸塑性破坏或剪切塑性破坏,出现了11处危险区;顶柱采空区顶板因拉伸塑性破坏,出现了6处危险区。通过此3种软件的耦合可精细建立复杂的数值模型,提高数值模拟结果的合理性,危险区的判定有助于指导矿山残采过程中安全监测与支护措施的实施。     

充填采矿法和崩落采矿法对地表影响的计算机数值模拟分析

基于OpenSees计算平台,运用孔隙介质固液耦合的三维有限单元法,对某矿山西区的采矿行为进行了数值模拟,从不同部位全方位、全面地对比分析、评价了采用两种采矿方法引起的地表沉降问题。     

矿棉纤维冷却过程数值模拟

利用ANSYS-FLUENT软件,对液态纤维的冷却过程动力学进行数值模拟,结果表明,液态矿棉纤维在对流换热及自身的热辐射作用下凝固,迎风端呈现尖锐的锥形分布,纤维背风端呈圆润锥形凝固模式;矿棉纤维温度由1 723K降至凝固温度1 655K时只需3.1×10-5 s;随着冷却时间延长,矿棉纤维冷却强度降低,出口气体温度可达850K。     

地下隧道深基坑仰坡开挖与支护数值模拟及安全性分析

为了降低地下隧道深基坑施工风险,避免基坑仰坡开挖过程中造成坍塌事故,以重庆九号线从岩寺站的隧道掘进机始发洞口深基坑工程为背景,对基坑南侧仰坡的分级分层开挖进行数值模拟,分析在不同支护方式下仰坡开挖产生的围岩变形规律与特征,并结合现场实时监测数据对深基坑开挖过程进行安全性分析。结果表明,深基坑仰坡实测水平位移与数值模拟结果变化规律基本一致,计算模型反映了基坑因开挖而引起的水平变形,数值模拟结果合理。深基坑仰坡水平位移随开挖深度增大而增大,最大值位置从二级坡中点附近逐渐下移到一级坡中点附近;采用喷锚支护的支护方式,相比单纯锚杆支护与未支护下的基坑开挖,支护效果更加显著,最大水平位移有明显减小,表明该深基坑采用的开挖与支护方案是安全有效的。     

残矿回采地压安全预警系统的构建方法与应用研究

为提高矿山的安全生产水平,针对地下矿山复杂环境下残矿回采过程潜在的安全问题,并基于安全系统工程的观点与粗糙集理论的属性约简功能,提出残矿回采地压安全预警系统的构成内容与构建流程,建立地压监测数据的神经网络灰色Verhulst算法组合预测模型和安全评价模型。据此,构建国内某矿山残矿回采中段的地压安全预警系统,该地压安全预警系统为本矿山的残矿回采过程提供了安全保障。残矿回采地压安全预警系统能指导矿山循序渐进的构建符合残采系统工程实际的安全预警系统。     

新型油烟净化装置机理分析及其数值模拟

针对现有油烟净化技术存在的问题,提出了一种将惯性分离、过滤和湿式洗涤相结合的复合式油烟净化方法.为深入研究该净化装置的性能,利用CFD(计算流体力学)仿真技术,采用多参考系模型(MRF)、多孔介质模型和颗粒随机轨道模型(DPM)对净化装置进行数值模拟.对比分析叶片不同转速下装置内部流场区域的压力分布、速度分布和颗粒的运动状态,选择最适宜的转速,可保证装置有较好离心效果的同时,压力损失不会过大.     

武汉盾构施工对地表及建筑物影响数值模拟预测研究

为了探究武汉4号线拟建地铁工程盾构施工对地表及周围建筑物沉降的安全性影响,选取某工程地质剖面研究对地表沉降的影响,并特选取该地铁盾构工程埋深较浅处的邻近建筑物进行研究.采用三维数值模拟软件进行实体化建模.并根据相关规范编制安全性判读软件,将所得结果导入后得出结论:盾构施工对建筑物的影响在规范允许范围内.     

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。     

采空区瓦斯涌出源位置对瓦斯分布影响的数值模拟

根据多孔介质渗流理论,利用Fluent软件,分别对采空区瓦斯在整个采空区均匀涌出、上邻近层及底板遗煤涌出2种情况下采空区瓦斯分布规律进行了数值模拟.结果表明:采空区瓦斯为上邻近层及底板遗煤处涌出时,沿走向方向,靠近上邻近层及底板处高体积分数瓦斯距离工作面较近;沿竖直方向,瓦斯体积分数分布呈钩状,靠近瓦斯涌出源处瓦斯体积分数最高;整个采空区均匀涌出时采空区瓦斯体积分数分布与上邻近层及底板遗煤涌出时有很大差别.因此,为了得到更符合实际情况的瓦斯分布规律,数值模拟时应按照现场实际的瓦斯涌出源位置建立模型.     

高瓦斯沿空留巷采空区自燃危险区域数值模拟

为了掌握高瓦斯沿空留巷采空区遗煤自燃危险区域分布规律,指导工作面防灭火工作。采用数值模拟的方法,以首次采用沿空留巷技术的乌兰矿工作面为实例,模拟分析采空区漏风及氧化带三维分布规律。使用单因素分析法,分别模拟高位钻孔、上隅角埋管及地面钻孔抽采对采空区氧气浓度分布的影响。结果表明:多种瓦斯抽采措施下,工作面及沿空留巷均向采空区漏风,导致氧化带范围扩大,但不同抽采措施导致氧化带扩大的程度不同,高位钻孔抽采最弱,上隅角瓦斯抽采次之,地面钻孔抽采最强。沿空留巷附近及上覆采空区供氧时间长,自然发火危险性高。     

表土厚度对浅埋工作面采空区自燃的影响规律

鄂尔多斯地区的煤层埋藏浅,表土层厚度对地表漏风影响明显,继而导致采空区的自燃危险区域发生变化。为此以某煤矿4201工作面为研究对象,先通过二维离散单元程序UDEC模拟确定地表与采空区连通时的表土层厚度范围,再根据该模拟结果建立不同表土层厚度条件下的采空区漏风模型,用Fluent数值模拟软件对采空区自燃危险区域进行模拟。结果表明:当采空区上覆基岩厚度一定、表土厚度小于74 m时,煤层开采后地表裂隙会与采空区连通,从而导致地表漏风;表土层厚度越小,采空区自燃危险区域的范围和地表漏风量就越大,两者近似呈对数函数关系;地表漏风不但使采空区自燃危险区域的范围明显增大,而且使回风侧宽度大于进风侧宽度。     

覆岩采动裂隙带发育规律的数值模拟分析

运用FLAC-3D数值模拟软件,对特定开采条件下覆岩破坏发育规律进行分析.通过现场实测,获取基础数据.建立合理的数学模型,对实测数据进行反演计算.数值模拟分析获得的结果准确可靠,可以预计类似条件下的覆岩采动裂隙带发育高度.     

炮采放顶煤采空区自然发火的数值模拟应用

针对炮采放顶煤开采采空区容易发生自燃问题，基于漏风渗流方程、气体渗流一扩散-氧消耗方程，建立了采空区自然发火非稳定数值模型，采空区按非均质考虑，耗氧汇按煤矸氧化和瓦斯涌出稀释两方面综合考虑，用有限元数值方法联立求解模型。结合羊草沟矿实例，通过该矿自然发火后来的测试区的现场实测结果，拟合反演得到采空区煤的耗氧速度、瓦斯涌出强度和渗透特征参数，用确定的模型分析了前段出现自然发火的原因；描绘了炮采放顶煤开采时采空区冷却带、自燃带和窒息带等三带的形状，指出冒落压实的不均衡的非均质采空区，自燃点在偏人风一侧。用三带划分理论讨论了工作面参数（风量、推进度、控顶距）同自燃的量化关系，提出了从根本上预防采空区自然发火的途径与方法。     

基于本质安全的微反应器中苯乙烯聚合的数值模拟

重大化工事故往往是由多米诺效应引发的一连串故障而导致的。为实现苯乙烯聚合反应的本质安全,采用本质安全设计原则,设计了T型微反应器以替换传统釜式反应器。先通过计算流体力学(CFD)方法建立了三维稳态模型,再通过UDF(User Defined Functions)添加组分输运方程源项和能量方程源项,对苯乙烯自由基聚合反应进行了数值模拟,研究在微尺度条件下,反应温度、混合反应管道长度及形状对反应结果的影响。结果表明:由于微反应器可提高传热传质效率,在一定范围内反应温度可以控制在3 K以内;反应管道由0.15 m增长至1.5 m后,转化率可提高2倍左右;0.15 m直管形状改进为螺旋状后,转化率可至少提升4%。     

水岩耦合作用对软岩巷道变形影响的数值模拟

煤矿软岩巷道支护问题是制约煤矿安全高效生产的技术难题之一,在不同形式的地下水影响下,巷道支护难度急剧增加。为了研究水岩耦合作用对软岩巷道变形的影响规律,基于FLAC3D数值模拟方法对变孔隙水压力作用下软岩巷道围岩位移场和应力场演化规律进行了仿真研究。结果表明,孔隙水压力对软岩巷道的稳定性具有显著影响,且孔隙水压力的演化趋势与应力场演化特征具有同步性。在巷道围岩均布孔隙水压力的条件下,孔隙水压力对两帮的影响范围大于顶底板,圆拱形巷道弧顶正上方1.435~4.21 m范围内应力集中程度可达到原孔隙水压力的3.09~4.03倍,逐渐向外围扩展为扇形面的孔隙压力等值区域,在巷道的下方孔隙水压力呈"W"形分界面。