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作者：林安鹏绍兴文理学院

学位级别：硕士

岩体由岩块和结构面共同组成。受到结构面的影响,岩体表现出非均质性、不连续性和各向异性等特征,同时由于构造应力和各种环境因素的影响,目前亟待一个有效的理论对其强度和变形的做出合理的解释。本文以统计岩体力学理论为基础,结合颗... 详细信息

岩体由岩块和结构面共同组成。受到结构面的影响,岩体表现出非均质性、不连续性和各向异性等特征,同时由于构造应力和各种环境因素的影响,目前亟待一个有效的理论对其强度和变形的做出合理的解释。本文以统计岩体力学理论为基础,结合颗粒流数值模拟试验对含多组随机分布裂隙的岩体强度进行了研究,并进行了工程应用,主要研究成果和结论包括:(1)以断裂力学岩体的统计理论为基础,推导出裂隙岩体抗压的主应力形式,通过强度准则公式可以看出裂隙岩体的抗压强度与岩块的抗压强度是不相等的,岩体的抗压强度受到结构面的控制,且在岩块强度、最弱结构面强度和岩块抗拉强度中应取最小值。由结构面的控制的裂隙岩体,其力学性能主要由结构面的几何和力学性质(结构面产状分布、结构面摩擦角和结构面粘聚力等)所决定。(2)该研究通过岩块的pfc三轴实验确定其宏观力学参数,在查阅相关文献的基础上构建由岩块和节理面共同组成的数值岩体模型,通过分析不同围压(2MPa、5 MPa、8 MPa、10 MPa、13 MPa)情况下的多组含随机节理的岩体抗压强度,发现裂隙岩体的抗压强度从岩块的一百多兆帕分别急剧下降到8.3MPa、16.1 MPa、14.7 MPa、19.17 MPa和20.32 MPa,这显然是结构面起了关键作用。另外通过对比发现,无论是抗压强度还是弹性模量,数值计算结果与理论计算结果都有较好的吻合度,平均偏差约为12.89%和30.09%,该结果验证了裂隙岩体抗压强度的理论公式的正确性。(3)以裂隙岩体抗压强度理论对善琏镇含山风景区内某处边坡的裂隙岩体进行了工程应用。使用地质罗盘对边坡结构面产状的现场测量,并将现场取得的岩样做好分类标记,带回实验室测量结构面的摩擦角,在处理了大量实测数据的基础上,通过理论计算和岩体工程软件分析了该边坡岩体的抗压强度和弹性模量的各向异性表现,同时验证了裂隙岩体抗压强度理论在工程上的可操作性。

关键词：裂隙岩体统计岩体力学抗压强度弹性模量 pfc数值模拟结构面产状分布

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pfc模拟技术在选择旧采区放煤方式中的应用研究

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煤炭技术 2017年第3期36卷 54-56页

作者：杨秀芳内蒙古机电职业技术学院内蒙古呼和浩特010070

采用理论与模拟相结合的方式对圣华煤业1301工作面进行了研究,通过pfc模拟技术对比分析了单轮顺序放煤与双轮顺序放煤2种放煤方式的放出效果,最终得出采用双轮顺序放煤更加适合1301工作面的生产要求。

关键词：残煤复采 pfc数值模拟放煤方式

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全长黏结锚杆力学行为研究

全长黏结锚杆力学行为研究

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作者：钟荣鑫西南交通大学

学位级别：硕士

锚杆作为地下工程中的一种高效、经济、简洁的支护措施,已成为控制工程岩体变形、失稳、垮塌的有力手段,被广泛应用于地下空间开发及采矿等工程领域。在工程实践中,对锚杆加固围岩效果评估多依赖于半经验半理论的方法,此类评估方法对锚... 详细信息

锚杆作为地下工程中的一种高效、经济、简洁的支护措施,已成为控制工程岩体变形、失稳、垮塌的有力手段,被广泛应用于地下空间开发及采矿等工程领域。在工程实践中,对锚杆加固围岩效果评估多依赖于半经验半理论的方法,此类评估方法对锚杆参数的选择存在一定的盲目性以及偶然性。随着地下工程建设的不断发展,亟需建立更加精确的锚杆性能评估方法,以确保工程的安全可靠性和经济性。因此,本文从锚杆力学行为和理论模型、室内锚杆拉拔试验和数值模拟这三个方面出发,对全长黏结锚杆力学行为进行研究,主要的研究内容及结论如下: (1)综合采用超高空间分辨率(0.01 mm)全分布式光纤和应变片监测锚杆拉拔试验中杆体变形,分析了全分布式光纤的准确性及优越性。当荷载较小时,光纤及应变片均较为准确的测出锚杆应变值。随着荷载的增加,监测数值相对于数值解析解会有所差异,但光纤监测误差小于应变片监测误差。全分布式光纤可监测沿光纤上任意点应力应变信息,可观测到拉拔试验过程中锚杆出现的解耦现象,为锚杆力学行为的理论研究及模型验证提供支撑。 (2)通过锚杆拉拔试验与数值模拟相结合的方式,研究了围岩强度、锚杆直径、锚固剂强度和锚固长度四个因素对全长黏结锚杆锚固强度的影响规律。结果表明:随着锚杆直径、锚固长度及锚固剂强度的增加,锚杆拉拔荷载随之增加;增大锚杆直径和围岩强度,载荷沿锚杆传递加速衰减。设置合理的孔径与直径差值、增加围岩强度并适度增加锚固长度和锚固剂强度可有效提升整体锚固质量并增强锚固体系锚固强度。 (3)增加锚固长度比提高锚固剂强度对锚固系统承载能力的提升效果更明显,两种措施均能够充分地发挥锚杆自身强度,但高锚固剂强度给锚杆提供更大的约束力,锚杆-锚固剂界面滑移受到限制,锚杆无法承受较大的变形,因此,不利于锚固系统承载能力的提升。 (4)基于软件pfc开发了适用于锚杆杆体材料屈服变形特征的接触模型。该模型可有效模拟锚杆拉拔过程中出现的解耦现象。借助该模型可有效模拟锚杆屈服强化阶段的力学特性,有助于分析和预测锚杆断裂过程中的力学行为。

关键词：全分布式光纤 pfc数值模拟全长黏结锚固影响二次开发

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圣华煤业残采综放工作面顶煤活动规律及工艺参数优化研究

圣华煤业残采综放工作面顶煤活动规律及工艺参数优化研究

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作者：马飞太原理工大学

学位级别：硕士

目前,综放复采技术在我国应用较少,但其在当今形势下有较大的优势,通过残煤回收可延长矿井的服务年限,实现煤炭行业的可持续开采。而顶煤回收率偏低的问题是复采技术能否扩大推广亟需解决的关键问题。本文结合圣华煤业1301工作面的实际... 详细信息

目前,综放复采技术在我国应用较少,但其在当今形势下有较大的优势,通过残煤回收可延长矿井的服务年限,实现煤炭行业的可持续开采。而顶煤回收率偏低的问题是复采技术能否扩大推广亟需解决的关键问题。本文结合圣华煤业1301工作面的实际情况,通过理论研究和数值模拟相结合,对顶煤的破碎机理、冒放性,在空巷影响下工作面顶煤的活动规律,不同放煤方式对放煤效果的影响进行了系统的研究,该研究在1301工作面中,进行了初步的应用,并获得了较为满意的效果。首先,对顶煤破碎机理和顶煤冒放性进行了理论分析,在考虑各种因素的条件下,运用数学方法对1301工作面顶煤冒放性进行了综合评定,为垮冒难度中等,适用于放顶煤技术开采。其次依据散体介质相似理论,运用数值模拟的试验方法,研究复采条件下综放工作面在不同放煤参数的煤矸流场特征,以放出率和含矸率为指标分析了过实体、2.5m×2m断面空巷和6.0m×3.0m断面空巷三种条件下的不同放煤参数,给出了复采工作面合理的放煤参数,为现场应用提供了理论依据。对适用于实体煤放煤的放煤方式进行了适应性调整,即跳过因旧采区造成顶煤流失的区域,先进行放煤,之后再对旧采影响区进行放煤,并对这种放煤方式进行了研究分析,确定了其合理性和实用性。通过实测圣华煤业1301工作面综放复采工作面各工艺参数(采高、采煤机割煤速度、支架移架速度、不同放煤步距和放煤方式下的放煤时间等)结合生产系统实测(工作面产量、进刀数、延误情况、开机率)和数值模拟分析,分析计算按不同工艺下的回采率及工序时间,进一步对工作面的采访工艺进行优化,为综放复采工作面的生产提供理论指导。本文的研究成果,是对综放复采开采理论的首次摸索研究,丰富了复采工作面综放工艺方面的科学研究,对指导综放复采的实践运用有一定的指导意义,并对推广该工艺的发展和完善提供了理论基础和实践经验。

关键词：残煤复采综放开采工艺参数 pfc数值模拟顶煤运移

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四方金矿无底柱分段崩落法崩矿步距的优化研究

四方金矿无底柱分段崩落法崩矿步距的优化研究

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作者：刘东西安建筑科技大学

学位级别：硕士

陕西四方金矿八卦庙矿体1290m以上采用空场法开采,1290m以下矿床设计采用无底柱分段崩落法开采,分为1290m、1240m、1190m及1140m等中段。开采过程中企业没有按照无底柱分段崩落法采场的结构要求进行布置,在1290m和1240m两个中段采用上... 详细信息

陕西四方金矿八卦庙矿体1290m以上采用空场法开采,1290m以下矿床设计采用无底柱分段崩落法开采,分为1290m、1240m、1190m及1140m等中段。开采过程中企业没有按照无底柱分段崩落法采场的结构要求进行布置,在1290m和1240m两个中段采用上下进路平行布置的类似高端壁法的回采工艺;而从1190m中段以下开始又采用进路交错布置的方式,分段高度与进路间距采用17m×22m。本文作为项目中的一个子课题,主要针对1190m中段以下所采用的采场结构参数进行合理性验证,并对采场的崩矿步距参数进行优化确定,为企业提供一个合理可行、经济高效的采场结构参数方案。本文结合四方金矿实际生产情况,主要从事了以下几点研究工作:1、介绍了课题相关背景以及课题研究意义,在阅读国内外相关文献综述的基础上,针对四方金矿1190m中段以下所形成的17m×22m无底柱分段崩落法采场结构参数是否可行的问题提出了针对性的技术研究思路。2、结合矿山单位实际生产现状,通过单漏斗相似模拟放矿实验,得出放矿椭球体垂直于进路方向的短半轴b的偏心率方程1-εb2=0.1069H-0.0179和平行进路方向的短半轴c的偏心率方程1-εc2=0.3233H-0.2798,以及偏心率回归曲线;根据所得椭球体参数,对现有采场结构参数的合理性进行检验,按照大间距排列形式求得17m分段高度对应的进路间距为19m,接近现场的22m,说明现有采场结构参数基本符合大间距结构形式,现场可适当加大新掘进进路宽度以弥补进路间距略大问题的不足。3、根据矿山现有生产数据指标,结合放矿椭球体的形态参数,分别以4.0m、4.5m、5.0m及5.5m四组放矿参数做了多分段放矿模拟实验,分析实验数据发现放矿参数取值4.5m时,矿石各分段累计的回收率值都优于其他参数,回贫差值也较优于其他三组数据。依据最优的放矿步距参数4.5m,结合矿石松散系数α计算出合理的崩矿步距为3.5m。4、结合pfc数值模拟软件对4.0m、4.5m、5.0m及5.5m四组放矿步距参数优化方案进行模拟,模拟结果显示,在4.5m放矿参数下各个步距放矿时矿石损失率最大值为31%,最小值为24%,矿石贫化率最大值为15%,最小值仅为2%,回贫差值为62%,较其他参数结果发现最优的放矿步距参数为4.5m,验证了多分段放矿模拟实验结果的正确性。5、综合多分段放矿模拟实验与pfc数值模拟实验的结果,建议四方金矿在1190m中段以下采用17m×22m×3.5m（H×B×L）的采场结构参数方案。

关键词：无底柱分段崩落法放矿规律相似模拟椭球体放矿步距崩矿步距 pfc数值模拟

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武钢程潮铁矿采场放矿规律及放矿步距优化研究

武钢程潮铁矿采场放矿规律及放矿步距优化研究

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作者：李彬武汉科技大学

学位级别：硕士

武钢程潮铁矿是应用无底柱分段崩落法比较典型的矿山，经过多年的采矿生产，采场结构参数不断扩大、优化，采矿效率和生产能力得到了很大的提高。但是随着采矿生产的不断深入，生产潜力需得到进一步的挖掘，因此加强对大结构参数情况下... 详细信息

武钢程潮铁矿是应用无底柱分段崩落法比较典型的矿山，经过多年的采矿生产，采场结构参数不断扩大、优化，采矿效率和生产能力得到了很大的提高。但是随着采矿生产的不断深入，生产潜力需得到进一步的挖掘，因此加强对大结构参数情况下采场放矿规律的研究，指导采场结构参数的优化，进一步降低回采损失率，提高采场的回收率，有着非常重要的意义。论文结合程潮铁矿采场的实际情况，进行采场放矿规律的研究，寻求合理的放矿结构参数，特别是对放矿步距进行优化，从而确定合理的中深孔爆破参数和回采方案来提高矿石回收率，降低生产成本，促进生产的稳定。为达到该研究目的，论文从以下几点开展工作：首先，进行放矿理论的研究，分析无底柱分段崩落法下崩落矿岩的物理性质和流动特性，找出影响放矿回收效率的因素；其次在实验室通过物理相似模拟试验，针对采场结构参数进行正交放矿模拟试验，根据模拟散体颗粒的移动过程探索崩落矿岩的运动规律；然后结合程潮铁矿采场实际情况，应用pfc软件进行三维数值模拟放矿，并对采场结构参数的放矿步距进行优化；最后综合分析实验室物理相似模拟试验和计算机数值模拟试验，并结合实际生产实践，给出加大当前放矿步距的措施建议，以此来提高采场矿石回收率，减少矿石的损失浪费。

关键词：无底柱分段崩落法放矿规律步距优化物理相似模拟 pfc数值模拟

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响应块石长轴定向角的土石体力学特性研究

响应块石长轴定向角的土石体力学特性研究

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作者：邹畅宇湘潭大学

学位级别：硕士

当前研究中对土石混合体的研究成果已经很多,在块石种类、含石量、块石粒径、剪切速率、空间分布等研究上成果尤为丰富。在对土石混合体内部的研究,尤其在块石的方向性研究上仍存有不足的地方,比如块石的定向角,哪种角度对土石混合体力... 详细信息

当前研究中对土石混合体的研究成果已经很多,在块石种类、含石量、块石粒径、剪切速率、空间分布等研究上成果尤为丰富。在对土石混合体内部的研究,尤其在块石的方向性研究上仍存有不足的地方,比如块石的定向角,哪种角度对土石混合体力学性质的影响最敏感。各向异性对土石混合体的力学特性有较大的影响,它主要包括两种:初始各向异性和后天施加的应力诱发各向异性。针对各向异性的研究,国内外学者较多集中在后天施加的应力诱发各向异性,本文研究的块石沉积方向对土石混合体力学特性的影响属于初始各向异性。为了尽量减少物质组成差别的影响,各组试验样品均取自于同一地点,相同材料,提高了试验的准确性。通过室内大型三轴试验,在相同工况下验证试验结果可重现性的基础上,重点分析块石的定向角对特定土石体力学特性的影响规律,并且用pfc2D数值模拟所得的结果与试验所得的结果进行对比,试图获得块石的方向性对土石体力学特性的影响结果。在确保试验仪器准确前提下,基于大型三轴试验,通过改变土石混合体中块石的方向,研究块石方向性对土石混合体的应力应变曲线、抗剪强度、初始弹性模量、剪胀性等特性的影响。论文主要工作与研究结论如下:(1)块石定向角分布对土石混合体力学特性影响显著。块石无定向角和块石定向角分布的土石混合体在应变20%以下,块石无定向角分布的应力-应变关系曲线先快速增大后趋于平稳,块石呈定向角分布的应力-应变曲线保持持续增长。块石呈定向角分布时土石混合体的抗剪强度明显低于块石无定向角分布时的抗剪强度,其抗剪强度大小为:无定向角>0°>30°>60°>45°。初始弹性模量呈先快后慢的趋势减小。(2)土石混合体受块石定向角影响的力学行为,其无黏性基质高于黏性基质条件。黏性基质土石体应力-应变关系曲线在受荷载作用下急剧增长,无黏性基质在呈先慢后快趋势增长后保持稳定,无黏性基质土石体较早到达应力峰值点。土石体抗剪强度随块石定向角的增大呈先减小后增大的趋势,在块石定向角为45°时取最小值。土石体初始弹性模量模量受基质黏性的影响较大,无黏性基质土石体大于黏性基质土石体。(3)块石定向角决定了土石混合体的破坏模式,其细观尺度内因为块石长轴比与基质黏性程度影响了块石的旋转与移动。通过数值模增加模拟工况,得到土石混合体破坏模式及内部块石的旋转情况。不同基质下试样破坏模式都是X破坏,但略有差异。随块石定向角的增加,块石旋转角度呈先增大后减小的趋势。

关键词：土石混合体块石定向角力学特性 pfc数值模拟结构性

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尾矿固化体力学性质预测的pfc模型研究

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华东交通大学学报 2023年第1期40卷 10-18页

作者：徐贞珍刘东锋蒋亚龙华东交通大学土木建筑学院江西南昌330013 华东交通大学江西省地下空间技术开发工程研究中心江西南昌330013 武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072

以某铁矿项目为工程背景,选用离散元颗粒流程序(pfc)对尾矿固化体的力学特征进行模拟,确定了尾矿固化体细观力学参数,建立了尾矿固化体单轴压缩数值模型,并在此基础上研究尾矿粒径分布及颗粒数量的简化对模拟尾矿固化体的力学特征的影... 详细信息

以某铁矿项目为工程背景,选用离散元颗粒流程序(pfc)对尾矿固化体的力学特征进行模拟,确定了尾矿固化体细观力学参数,建立了尾矿固化体单轴压缩数值模型,并在此基础上研究尾矿粒径分布及颗粒数量的简化对模拟尾矿固化体的力学特征的影响。研究发现:数值模型单轴压缩计算结果与试验值平均误差为5.5%,证明采用该方法构建的数值模型能有效预测尾矿固化体单轴抗压强度,且对尾矿固化体柔性及脆性破坏形态的捕捉效果较好,进而证明了利用pfc数值模型对尾矿固化体进行模拟有效可行;由于不同工程条件下尾矿粒度分布差异比较大,若尾矿粒径分布较广,建立尾矿数值模型时,可对尾矿粒径分布及颗粒数量进行一定程度的简化。分析表明,当模型尾矿颗粒粒组范围选取比达到50%以上,能较好地模拟尾矿固化体应力应变曲线及破坏形态。

关键词：尾矿固化体 pfc数值模拟单轴压缩力学性质预测模型优化

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大海则煤矿超大采高工作面片帮治理技术研究

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矿山工程 2018年第2期6卷 45-52页

作者：秦江艳刘耀明牛清河国电建投内蒙古能源有限公司内蒙古鄂尔多斯建投通泰投资有限公司内蒙古鄂尔多斯河北建设投资集团有限责任公司河北石家庄中煤陕西榆林能源化工有限公司陕西榆林

通过对脆性煤层工作面煤壁片帮的机理和影响因素分析,并运用pfc软件对回采过程进行离散元数值模拟分析,对超大采高回采过程中可能形成的片帮情况以及片帮规模有了定量的预测。明确了大海则煤矿大采高工作面片帮属于典型的拉张型板裂破坏... 详细信息

通过对脆性煤层工作面煤壁片帮的机理和影响因素分析,并运用pfc软件对回采过程进行离散元数值模拟分析,对超大采高回采过程中可能形成的片帮情况以及片帮规模有了定量的预测。明确了大海则煤矿大采高工作面片帮属于典型的拉张型板裂破坏,与煤岩层的受力、结构的变形、煤岩物理力学性质有关。制定了采用提高围岩支护强度,提升煤体强度,优化液压支架结构设计,改进回采工艺以及保证煤层节理与煤壁倾向的综合治理技术方案,来减少煤壁片帮。

关键词：煤矿大采高工作面 pfc数值模拟片帮治理

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基于pfc^(2D)的复杂地层中振冲碎石桩成孔效应研究

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山西建筑 2016年第28期42卷 86-88页

作者：唐珍四川蜀渝石油建筑安装工程有限责任公司四川成都610081

介绍了pfc数值模拟的原理,采用二维颗粒离散元法pfc^(2D),对复杂地层中振动碎石桩的成孔过程进行了数值模拟,并分析了不同夹砂层厚度及密实度对振动碎石桩成孔过程的影响,最终得出了一些有意义的结论。

关键词：离散单元法 pfc数值模拟振冲碎石桩成孔效应

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