FLAC3D井巷开题报告

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不同侧压力系数在Flac3D模拟中对巷道围岩塑性区及其位移变化的影响研究.

不同侧压力系数在Flac3D模拟中对巷道围岩塑性区及其位移变化的影响研究摘要：水平应力是影响巷道围岩稳定性的重要因素之一。

本文以鹤壁二矿-347工作面上顺槽的实际围岩条件为基础，运用flac3d软件建立了水平方向及底部边界为固定边界，顶边界为应力边界，巷道水平布置在中间的数值模型。

在有U钢支护的状态时，不同侧压力系数对巷道围岩的塑性区分布及其总位移的变化。

研究表明：当侧压力系数从1增至2时，塑性区分布逐步向巷道深部发展，塑性区的单元格数从86增至170。

巷道的最大位移主要发生在巷道的顶板和底板，随着侧压力系数的变化，总位移的最大值从24mm增至55mm。

关键词：侧压力系数；总位移；塑性区；flac3dStudy on the influence of different side pressure coefficient for plastic zone and the displacement change in simulation of the surrounding rock of Flac3DAbstract: Horizontal stress is one of the important factors affecting the stability of surrounding rock. In this paper, by the actual conditions of surrounding rock, basing on the plane -347 above the slot rock in hebi 2 coal mine, establishe by flac3d horizontal direction and bottom boundary for fixed boundary, the boundary for stress boundary, decorating in the middle of the level of numerical model. when U steel supporting, different side pressure coefficient of surrounding rock change the plastic area of the distribution and the total displacement. Research shows that: when the lateral pressure coefficient is from 1 to 2, the plastic area is gradually transfering to deep, and the cell number is increasing from 86 to 170. The maximum displacement mainly occurs in the roof and floor of roadway, and along with the change of the lateral pressure coefficient, the maximum displacement is from 24 mm to 55 mm.Key words: Side pressure coefficient; Total displacement; The plastic area; flac3d1 引言构造应力是由于地壳运动在岩体中引起的应力．其主要特点是以水平应力为主，具有明显的区域性和方向性，它是影响巷道围岩稳定的重要因素之一［1～3］。

基于FLAC（3D）的深部巷道围岩稳定性数值模拟研究

基于FLAC（3D）的深部巷道围岩稳定性数值模拟研究贾晓亮【摘要】针对由于巷道剧烈底鼓、巷道断面变形造成巷道运输及维护困难等问题,采用数值模拟计算软件FLAC~（3D）,数值计算得到宏发煤矿＋1 650 m集中运输大巷巷道开挖后围岩垂直应力、水平应力分布及塑性区分布,分析并得到了巷道底鼓机理：距离巷道底板临空面更近的倾斜C_（17）煤层的软弱顶板岩层随掘进扰动而首先破坏,造成左侧局部底鼓,继而巷道底板围岩应力因底鼓而持续动态重新分布,并逐渐向右侧及深部发展,致使底鼓逐渐恶化并表现出左右非对称特征。

综合考虑施工、经济、效果、瓦斯等因素,提出采用＂构筑反底拱＋底板注浆＋底板锚杆＂联合支护的底鼓控制措施。

【期刊名称】《能源与环保》【年(卷),期】2017(039)006【总页数】5页(P18-22)【关键词】FLAC3D 底鼓数值模拟围岩巷道支护【作者】贾晓亮【作者单位】中煤炭科工集团重庆研究院有限公司,重庆400037【正文语种】中文【中图分类】TD862.1深部巷道围岩变形主要表现为围岩变形量大、变形速度快、巷道持续变形、流变、深部岩石扩容等特征[1-3]。

针对该情况，国内学者进行相关研究，张合超、房健、苏军等[4-6]采用FLAC3D模拟了不同支护参数条件下巷道支护效果，研究了地下开采对围岩的影响范围。

徐文彬、许梦国、余伟健等[7-9]分析了交叉型巷道群围岩由于不同的开挖顺序而产生不同的应力状态、位移变形以及塑性屈服变化特征，对比了不同布置形式的底部结构在开挖影响下的稳定性。

宁建国、刘泉声、何富连等[10-12]采用FLAC3D数值模拟软件分析空间交叉巷道的应力分布特点以及沿下方巷道轴向方向形成的应力增高和降低区。

牛学超、闫长斌、肖明等[13-15]提出了大型地下洞室施工开挖过程动态模拟的三维有限元数值分析方法，并通过工程实例分析爆破震动作用下地下硐室群的稳定性。

宏发煤矿地处云贵高原，地质构造极为复杂，巷道所处的煤层直接顶为粉砂质泥岩，顶板节理发育，表现出深部巷道围岩变形的特征，且其巷道原支护结构方式和参数不合理等原因使得巷道发生严重变形和破坏，其中深部高应力和围岩较低承载能力是该矿巷道变形破坏的主要原因。

矿井三维可视化仿真系统研究的开题报告

矿井三维可视化仿真系统研究的开题报告一、选题背景矿井是一个危险且特殊的工作环境，其地形地貌复杂，资源类型多样，有些矿井甚至存在可燃气体等危险物质。

为了保障矿工的安全和提高矿井生产效率，需要对矿井进行准确全面的管理和监控。

目前，矿井管理和监控主要依靠观察和手工记录，这种方法存在一定的误差和漏洞。

因此，矿井三维可视化仿真系统的研究具有十分重要的意义和应用价值。

二、目的和研究内容本研究旨在开发一套矿井三维可视化仿真系统，通过建立矿井数字模型、采用虚拟现实技术和数据挖掘技术，实现对矿井生产和管理的全面监测和控制。

具体研究内容如下：1. 建立矿井数字模型通过对实地矿井进行扫描和测量，使用三维建模软件建立矿井数字模型。

在数字模型中加入有关矿井地下通道、设备、人员等信息。

并将模型数据储存于数据库中。

2. 虚拟现实技术的应用利用虚拟现实技术，将数字模型模拟成逼真的可视化场景，实现对矿井生产和管理的实时监控。

并通过增强现实技术，将虚拟场景和实物相结合，快速定位和处理矿井生产过程中的异常情况。

3. 数据挖掘技术的应用利用数据挖掘技术，采集和分析矿井生产过程中所产生的数据，预测和识别可能存在的问题和危险，提供优化方案和建议，保障矿井的安全和高效运行。

三、预期成果本研究预期达到以下成果：1. 建立可视化的三维矿井数字模型，储存于数据库中。

2. 利用虚拟现实技术，实现对矿井实时监控和管理。

3. 利用数据挖掘技术对矿井生产数据进行分析和预测，提供优化方案和建议。

四、研究方案和进度安排本研究计划分为以下四个阶段进行：1. 矿井数字模型的建立和储存，包括矿井地面和地下数字模型的建立、矿井信息的整理和储存、数字模型数据的存储与管理等，预计用时2个月。

2. 虚拟现实技术的应用，包括针对各类矿井场景的虚拟现实设计、加入增强现实技术，实现虚实结合，预计用时3个月。

3. 数据挖掘技术的应用，采集矿井的生产数据，进行数据分析、处理与挖掘，提供提高矿井生产效率的可行性方案，预计用时4个月。

基于FLAC3D的大断面巷道掘进技术数值模拟研究

件下巷道围岩应力的扩散状态，模型大小应在各方
向均大于巷道开挖的影响半径（一般为巷道直径的３～５倍范围）。同时，考虑到计算机的运算速度，特将模拟范围设定为长 ×宽 × 高＝６０ ×５× ３５．５ｍ的区域，划分网格为９０ ×２０ ×６１个，共生成１０９８００个区域以及１１８４８２个节点。
ＤｕａｎＹｏｕ — ｄｏｎｇ
（ＳｈａｎｘｉＬｕ ’ ａｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｅｎｅｒｇｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＬｉｍｉｔｅｄｂｙＳｈａｒｅＬｔｄｏｆＷｕｙａｎｇＣｏａｌＭｉｎｅ，Ｓｈａｎｘｉ
掘进作业以及维修方面有难度，巷道掘进的成本高、工程量大、不够安全。如今煤矿掘进已经实现３３％
的机械化作业，大幅增加了巷道的掘进量、月进尺
预测可能发生的情况。由于模拟的结果精确有效，该模型已经应用到了包括采矿业在内的各种岩土工
７２
童堪晨斜技
２０１７年第１期
基于ＦＬＡＣ３Ｄ的大断面巷道掘进技术数值模拟研究
段有东
（山西潞安环保能源开发股份有限公司五阳煤矿，山西长治０４６２０５）
摘要本文针对大断面煤矿巷道快速掘进，在保障作业安全性的基础上，通过评价干扰掘进进度的各项原因，针对影

基于FLAC^3D模拟的软岩巷道地压显现规律研究

规律ꎬ结果表明:由于侧压系数的不同ꎬ巷道开挖后在巷道底板和两帮拐角处出现应力集中ꎬ并在两帮中间位置出现了拉应力ꎬ最
大拉应力为０. ０１３２ＭＰａꎻ随着侧压系数的增加ꎬ巷道的水平位移大于垂直位移且偏帮严重ꎻ整个巷道塑性破坏明显ꎬ塑性区主要
分布在巷道顶板上０. ８ｍ左右和底板下１ｍ左右ꎬ说明巷道围岩自稳能力差ꎬ需要采取支护手段ꎬ为研究巷道矿压显现规律提供
基于ＦＬＡＣ３Ｄ模拟的软岩巷道地压显现规律研究 ★
李涛
李明亮
单麒源
巩宪辉
刘炜楠
刘伟
( 黑龙江科技大学矿业工程学院ꎬ黑龙江哈尔滨１５００２２)
摘要:为了研究软岩巷道围岩矿压显现规律ꎬ采用ＦＬＡＣ３Ｄ数值软件模拟不同侧压系数下ꎬ巷道围岩应力、位移和塑性区的变化
１６. ８ｍ( ｙ方向) ꎬ铅垂方向取１６. ８ｍ( ｚ方向) ꎬ根据矿区巷
道的主要破坏情况和研究的影响因素ꎬ本研究选取２００中
段为研究对象ꎬ巷道埋深约６００ｍꎬ 根据巷道上部覆岩岩
收稿日期:２０２０￣０５￣０８ ★:２０１８年度黑龙江省省属本科高校基本科研业务费项目( Ｈｋｄｃｘ２０１８０１)
围岩变形破坏随埋深的增加而增大ꎬ而此过程存在一个临界
深度ꎬ超过临界深度ꎬΒιβλιοθήκη 岩的变形将急剧增加ꎮ ３) 软岩巷道
变形具有显著的方向性ꎬ在不同的应力作用下ꎬ变形破坏的
方向也不同ꎬ巷道自稳时间较短ꎬ自稳能力相对较差ꎮ ４) 软
岩巷道时常表现为非对称的环向受压现象ꎬ巷道变形破坏的
主要形式为顶板下沉冒落、两帮收敛变形和剧烈的底鼓ꎮ
地压活动规律 [８ꎬ９] ꎮ 因此ꎬ研究不同围岩( 侧压系数) 对巷

基于FLAC~(3D)的大断面岩巷支护数值模拟分析

抗拉强度 / Ｐａ８. １８ × １０６２. ５８ × １０６１. ８３ × １０６
密度 / ( ｋｇ��ｍ－３ ) ２６００２４４０２３４０
收稿日期:２０１８��０��３��１��５作者简介:李文芳(１９７６－ ) ꎬ女ꎬ山西长治人ꎬ工程师ꎬ从事煤矿技术及管理工作ꎮ
为保障煤矿的安全开采ꎬ岩巷支护成为煤矿发展的重要研究课题[１－２] ꎮ 单仁亮等[３] 通过结合理论分析
１工程概况
和数值模拟得出巷道帮部和角部是支护的关键部１. １地质条件
位ꎬ加强其支护强度有利于提高巷道整体稳定性ꎻ岳振辉[４] 通过对不同监测断面的围岩应力进行监测ꎬ 确定了采空区下回采巷道支护方案ꎻ卓先德等[５] 通过ＦＬＡＣ３Ｄ软件研究了巷道围岩高强预紧力支护形
表１岩层物理力学参数
岩层名称细砂岩粉砂岩泥岩
弹性模量 / Ｐａ１２. １０３ × １０９９. ６０９ × １０９６. ０１３ × １０９
切变模量 / Ｐａ１０. ６４２ × １０９６. ９０９ × １０９２. １０３ × １０９
内摩擦角 / (°) ３９５４２２
内聚力 / Ｐａ９. ８６ × １０６４. ３ × ｔｉｏｎＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＬａｒｇｅＳｅｃｔｉｏｎＲｏｃｋＲｏａｄｗａｙＳｕｐｐｏｒｔＢａｓｅｄｏｎＦＬＡＣ３Ｄ
ＬＩＷｅｎ��ｆａｎｇ
( ＣｈａｎｇｚｈｉＳｕｂｕｒｂａｎＣｏａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＢｕｒｅａｕꎬＣｈａｎｇｚｈｉ０４６０００ꎬＣｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｓｅｒｉｏｕｓｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｄｉｆｆｉｃｕｌｔｓｕｐｐｏｒｔｏｆｌａｒｇｅｓｅｃｔｉｏｎｒｏａｄｗａｙｉｎｃｏａｌｍｉｎｅꎬ ｔｈｅｄｅｆｏｒｍａ￣ｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｒｏａｄｗａｙｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋａｒｅｓｔｕｄｉｅｄｂｙＦＬＡＣ３Ｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅꎬ ａｎｄｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｐｌａｓｔｉｃｚｏｎｅꎬ ｓｔｒｅｓｓａｎｄｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋａｆｔｅｒｔｕｎｎｅｌｅｘｃａｖａｔｉｏｎｉｓｃｏｍｐａｒｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ. Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｕｐｐｏｒｔ￣ｉｎｇｅｆｆｅｃｔｏｆｒｏａｄｗａｙｄｅｓｉｇｎｃｏｎｔｒｏｌｓｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｒｏａｄｗａｙｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆｒｏａｄｗａｙ. Ｔｈｅｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｓｃｈｅｍｅｍｅｅｔｓｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋꎬ ｗｈｉｃｈｉｓｒｅａｓｏｎａｂｌｅａｎｄｆｅａｓｉｂｌｅ. Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｒｏｃｋｒｏａｄｗａｙꎻ ｂｏｌｔｉｎｇａｎｄｓｈｏｔｃｒｅｔｅｓｕｐｐｏｒｔꎻ ｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋꎻ ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ

基于FLAC_3D_的深部巷道围岩变形数值模拟

表 1 围岩力学参数
名称
内聚力 / MPa
内摩擦角 /（ °）
弹性模量 / GPa
泊松比
剪切抗拉抗压模量强度强度 / GPa / MPa / MPa
细砂岩 3. 5 32. 5 2. 7 0. 17 1. 6 2. 4 57
粗砂岩 2. 2 22 2. 0 0. 17 1. 3 1. 8 48
垂直应力分布在巷道两边 7 m 左右出现拉应力集中，大小为 31. 58 MPa，在巷道底边及顶板处压应力为 5 MPa，并且随着远离巷道，应力增大为 10 MPa，应力呈现对称分布，在巷道两肩部应力值稍大，为 25 MPa。 3． 2． 3 水平方向位移
Dongrong No． 2 mine by using FLAC3D with theory directive function at a certain degree，it could be observed from analysis result that spray anchor note support could control surrounding rock deformation effectively，improve laneway surrounding rock stress distribution，reduce displacement amount of laneway， enhance strength of surrounding rock and self-bearing ability，support structure long-time stable could solve deep crush roadway surrounding rock deformation controlling problem well．

基于FLAC3D的巷道支护方案选择与优化

Value Engineering0引言国家统计局发布的《中华人民共和国2022年国民经济和社会发展统计公报》中指出：全年能源消费总量54.1亿吨标准煤，比上年增长2.9%。

煤炭消费量增长4.3%，煤炭消费量占能源消费总量的56.2%，比上年上升0.3个百分点。

由此可见煤炭能源现在依然是最重要的能源，但煤炭资源往往是在地下开采，危险系数很高，因此煤炭行业也被称为“高危行业”。

煤矿开采时需要掘进出很多巷道，巷道的掘进会改变附近围岩的受力状态，如果不对巷道进行合理的支护处理，巷道容易发生冒顶等事故，影响煤矿生产安全；[1]因此巷道的支护是重中之重，巷道的合理支护可以确保巷道围岩体的稳定性，从而避免上述问题。

实际生产中，在现场测试不同支护方式的支护效果所需时间长，而且现场不稳定性因素较多，危险性较高。

因此本文基于FLAC 3D 数值模拟软件，根据相应地质条件建立巷道模型，模拟巷道采用不同支护方案的情况，通过对比其应力云图、位移云图等数据分析对比不同支护方案对巷道围岩的改善情况，快速选择最优支护方案，这样可以在保障支护效果的前提下降低施工成本，对实际工程有指导意义。

[2]1FLAC 3D 简介FLAC 3D （Fast Lagragian Analysis of Continua in 3Dimensions ）软件是基于有限差分方法设计的一款有限元程序软件，该软件主要优势在于能够模拟土质、岩土以及其他一些塑性较强的特殊材料的力学特征，具有比有限元更强的非线性问题处理能力；[3]FLAC 3D 软件具有丰富的本构模型，能根据现场的不同情况采用不同的模型；FLAC 3D 软件提供内嵌FISH 语言，可以利用其定义新变量，新函数。

[4]在复杂建模方面可以通过Rhino 等建模软件建立三维地质模型，采用FLAC 3D 软件对其进行应力稳定性、位移稳定性分析；[5]目前FLAC 3D 软件在煤矿巷道围岩支护技术方案的设计过程中应用越来越广泛，通过FLAC 3D 建模模拟不同支护方案对比其围岩应力、位移状态，选择最优支护方案的方式，缩短工程时间，降低施工成本。

基于FLAC3D数值模拟的煤矿掘进巷道优化支护设计

基于FLAC 3D数值模拟的煤矿掘进巷道优化支护设计摘要：煤矿掘进巷道的顶板支护是煤巷安全管理的重点，如何合理优化支护设计，做好顶板安全管理是煤巷管理人员的工作重心。

本文从笔者的工作实际出发，通过观察现场地质条件，制定优化支护设计技术措施，并优化支护设计方案，结合FLAC 3D数值模拟技术，设计出更为合理的支护方式。

关键词：FLAC 3D；数值模拟；支护设计一、优化支护设计技术措施依据某工作面地质力学评估与巷道围岩变形分析结果提出以下支护优化方向。

1、顶板采用预应力锚索全长锚固技术由于顶板发生离层的位置主要在顶板软弱夹层，加上锚索预紧力大且延伸率低，使锚索受力高，易发生破断现象。

预应力锚索全长锚固技术，是在原中空注浆锚索的基础上进行了改进升级，它采用专用的无机复合锚固材料和高压注浆设备进行施工。

锚索先在迎头进行树脂端锚[1]，不用封孔，张拉预紧施加预应力，滞后通过锚索的中空结构注入无机复合锚固材料，当孔口流出无机锚固剂时停止注浆实现锚索的全长锚固。

采用该项支护技术的优点是顶板锚杆和锚索全部实现了全长锚固，锚杆、锚索同步承载，协调一致。

全长锚固锚索与端锚锚固锚索相比，提高了锚索的抗剪切能力和系统的刚性，消除了端锚锚索在非锚固段应力集中，将载荷进行了分散，也消除了锚索断裂弹出的现象。

围岩变形控制效果好，可降低锚索的支护密度，提高施工速度。

2、巷帮底角下扎45°锚杆控制底鼓底角锚杆的可起到三方面的作用：（1）底角锚杆将限制底角处岩层向巷道内发生水平位移，随着底板的松动及变形，底板上的水平应力也将逐渐传递到底角锚杆上。

这种情况下，底板岩石受的应力较无底角锚杆时会小很多，从而底板岩石不易发生破坏。

（2）施工底角锚杆有利于底板水平应力向底板深部转移，起到一定的卸压作用。

施加45°的底角锚杆，底板岩层承担水平应力将降低，水平应力将向深部转移，也有利于底板的稳定。

（3）施加底角锚杆有利于巷帮的稳定。

基于FLAC3D数值模拟的巷道支护参数优化及分析

图２二次采动影响时巷道围岩塑性区分布图
图２表明，受二次采动影响时，相较于原支护方式，优化支护参数后的顶板及煤柱侧塑性区分布范围明显缩小。优化支护参数后，巷道围岩承载能力增强，因而巷道围岩发生塑性破坏的可能性减小，围岩塑性区分布范围减小。通过以上分析可知，受二次采动影响时，虽然回风顺槽围岩应力进一步增大，但优化支护方式后围岩承载能力增强，塑性区范围减小，《下转第１１５页）
中图分类号：Ｆ４０６．３；ＴＤ３５３
１工程背景
文献标志码：Ｂ
文章编号：１００８— ０１５５（２０１７）０８— ００９１ — ０１由图１可知，在二次采动影响效应下，两种支
该矿３１１１０２工作面回风顺槽位于第一水平的３—１煤层中，煤层厚度为５．２ｍ～５．６ｍ，平均为５．５ｍ，煤层倾角为０。～３。，总体呈东高西低，第一水平标高＋６６０ｍ，埋深为６００ｍ。煤层顶底板岩石主要为砂质泥岩、粉砂岩，次为中细粒砂岩及粗粒砂岩。顶板岩石的抗压强度为５１．２ＭＰａ，抗剪与抗拉强度较低，岩石的软化系数小于０．７５，均为软化岩石。２巷道支护参数回风顺槽原有支护顶板锚杆采用￣２０ｍｍ × ２２００ｍｍ的无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆间排距为１０００ｍｍ×１０００ａｍ，ｒ采用．５ｍｍ、网格１００ｍｍ × １００ｍｍ的焊网；顶板锚索采用１．６ｍｍ × ７３００ｍｍ预应力钢绞线，锚索间排距为１６００ｍｍ× ３０００ｍｍ，两帮采用锚索进行一次支护，锚索采用１．６ｍｍ ×４２００ｍｍ预应力钢绞线，问排距为１６００ｍｍ×３０００ｍｍ，每｝ｊ｝３根，间距为１．４ｍ，扫｝距２．６ｍ，每根３卷树脂药卷锚固。结合松动圈测试、锚杆（索）受力监测及巷道变形观测结果对支护参数进行优化，优化后改用￣２０ｍｍ× ２５００ｍｍ的高强度锚杆全长锚固，锚杆间排距为８００ｍｍ ×８００ｍｍ；顶板锚索采用Ｏ２１．６ｍｍ× ９２００ａｍ预应力钢绞线，ｒ两帮采用锚索进行一次支护，锚索采用Ｏ２１．６ｍｍ ×６２００ｍｍ预应力钢绞线，其他支护条件不改变。３数值模拟计算根据Ｍｏｈｒ— Ｃｏｕｌｏｍｂ破坏准则 … ，结合３ｌ１１０２工作面地质开采条件，建立三维数值计算模型（见图１）。模型初始位移和速度均按零计算，原始主应力方向分别与模型三个坐标轴一致。为分析巷道掘进及工作面回采时巷道围岩支护效果，因此可按各岩层自重进行模拟，模型的四个侧面为位移边界，水平位移固定不动，底部为固定边界，位移和垂直位移固定不动。３．１支护参数优化前后的巷道变形量

基于FLAC3D的副井马头门支护设计模拟优化

基于FLAC3D的副井马头门支护设计模拟优化作者：张缓缓来源：《探索科学》2015年第06期摘要：副井马头门承担全矿井人员、物料等进出，称之为矿井的“咽喉”要道。

此处井巷相贯复杂，应力叠加明显，易受多次扰动，支护难度大。

本论文以我国中部某矿千米深井副井马头门支护为例，探讨基于FLAC3D的支护设计模拟优化。

本研究论文的方法思路可为类似工程设计提供借鉴意义。

关键词：数字模拟优化;马头门;复合支护1、问题的提出副井马头门是矿井生产活动的“咽喉”要道，一旦破坏将严重影响矿井的安全生产。

此处井巷相贯、断面大，且易受多次扰动，支护困难。

国内多对矿井出现过生产期间由于马头门失稳破坏对矿井正常生产带来重大影响。

2、马头门破坏规律数值模拟研究2.1 模型的建立模型建模范围取马头门上下厚约78.5m的岩层范围，如图1-1。

根据井筒检查钻结果对岩石力学参数进行赋值。

岩石实测力学参数如表1.1示。

图1-1 模型表1.1 实测岩石力学参数2.2 马头门破坏规律模拟研究模拟马头门巷道开挖不支护的破坏过程，研究其破坏特点。

主要从塑性破坏区、及围岩变形量分析其破坏。

由图2-1、图2-2可以得出以下结论：马头门围岩约两倍马头门高度范围内出现塑性破坏;塑性破坏深度超过普通锚杆长度。

由图2-3、图2-4、图2-5、图2-6可得出一下结论：马头门处井筒顶部最大竖向位移（向下）960mm，马头门处井筒底部最大竖向位移（向上）490mm。

马头门处井筒顶部最大横向位移达374mm。

该处井壁相对位移量最大达750mm。

3、复合支护设计数值模拟优化3.1 复合支护方式的提出根据对破坏规律的研究提出采取主动支护（预应力高强度锚网索支护等）与被动支护（钢筋混凝土支护等），弹性支护与刚性支护相结合的复合支护技术。

3.2 一次支护数值模拟研究联系各矿工程实践，提出以下三种一次支护设计方案。

如表3.1由塑性破坏图3-1、图3-2、图3-3可以看出锚杆、锚索间排距的减小能够有效的减小马头门附近围岩的塑性破坏区范围，且在方案三的支护条件下锚索锚固段基本位于围岩未发生塑性破坏区，能够保持有效的支护强度。

巷道设计和FLAC3D数值分析毕业设计

2.2.1 确定巷道净宽度 ...................................................................................... 3 2.2.2 确定巷道拱高 .......................................................................................... 4 2.2.3 确定巷道壁高 .......................................................................................... 4 2.2.4 确定巷道净断面积和净周长 .................................................................. 5 2.2.5 用风速校核巷道净断面积 ...................................................................... 5 2.3 布置水沟和管线 ................................................................................................. 6 2.3.1 水沟布置 .................................................................................................. 6 2.3.2 管线布置 .................................................................................................. 6 第三章巷道支护 ............................................................................................................ 8 3.1 巷道支护作用 ..................................................................................................... 8 3.1.1 改善围岩力学性质 .................................................................................. 8 3.1.2 发挥围岩承载能力 .................................................................................. 9 3.1.3 支护对围岩的作用 .................................................................................. 9 3.1.4 巷道的支护阻力 .................................................................................... 10 3.2 支护参数设计 ................................................................................................... 11 3.2.1 支护设计方案 ........................................................................................ 11 3.2.2 支护设计基本思路 ................................................................................ 11 3.2.3 支护设计参数 ........................................................................................ 11 3.2.4 确定巷道掘进断面尺寸 ........................................................................ 12

FLAC3D在巷道支护中的模拟分析

考
文
献
波，韩彦辉．ＬＣ原理、ＦＡ实例与应用指南［．Ｍ］北京：民交通出版社，０５：１２．人２０１７—１０
［］彭文斌．ＴＡ３２ｂ￣ＣＤ实用教程［．Ｍ］北京：机械工业出版社，０７：０２０２３～２５０．［］陈明祥．３弹塑性力学［．Ｍ］北京：科学出版社，０７８８．２０：２— ３［］徐芝纶．４弹性力学［．京：Ｍ］北高等教育出版社，０６：６— ７２０９９．
计算机程序模拟三维土体、岩体或其他材料体力学特
性。实现对岩石、和支护结构等的三维建模，对土并
岩土工程进行数值分析和计算。其在工程地质界得
到了广泛的应用。
１巷道支护模拟
１１几何模型的确立．
ＦＡ３ＬＣＤ是以有限差分法为理论基础，利用三维
ｘ０ｍｘ４ｍ，划分为１５００个单元。巷道支护５４共８０断面示意图见图２。原岩应力盯为２８×１Ｎ；．０叮
为２４Ｘ１叮为２０×１．Ｎ；０．０Ｎ。Ｘ方向上的两边界
・
２２・
山西焦煤科技
２１０１年第３期
３２巷道围岩位移分析．
帮移近１ｍ，帮移近量为１ｍ，５ｍ右７ｍ两帮累计移近量为３２ｍｍ。模拟分析表明巷道支护设计基本达到
模拟支护结果显示，顶板的下沉量为９ｍ，０ｍ底

基于FLAC^3D数值模拟的深井软岩巷道稳定性及支护方案设计研究

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有色金属 (矿山部分)
２０
采动应力作用下巷道的稳定性状态 ,并分析了相
铜辉铜矿业深井脉外运输软岩巷道原支护现状进行相关分析的基础上 ,提出了 “锚网＋喷射混凝土＋钢支架支
护”的复合支护技术 ,经过井下现场工业试验可知 ,采用该复合支护方案能够有效控制软弱破碎围岩巷道的变形
破坏.
关键词:数值模拟;稳定性;软岩巷道;支护方案
中图分类号:
TD３５３文献标志码:
A 文章编号:
１６７１
Ｇ
４１７２(
２０２０)
０５
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flac实验报告

《FLAC3D在采矿中的应用》实验报告姓名：学号：实验（一） FLAC 3D 在采矿中的应用1 实验目的（1）掌握圆形巷道周围的应力、位移分布情况（2）了解应力集中情况2 实验步骤(1) 模型的建立为了使结果更加可靠同时具有可比性，采用不同梯度的支护阻力Ps 做对比，Ps 分别取0MPa 、1MPa 、2MPa 、3MPa 、4MPa 、5MPa 、6MPa 。

模型侧面及下部边界都固定住位移，开挖部分截面为圆形，半径为4m ，同时为了消除边界位移和应力的影响，模型大小为80m ⨯60m ⨯60m ，模拟埋深为600m ，因此初始应力选择为15gh MPa ρ=，本次模拟测压系数选择为0.8。

模型总共包含有177120个单元，182819个节点，为了使模拟效果更好同时也为了方便计算，模拟的圆形巷道及其附近的网格比模型边缘部分密集一些，模型如图1所示。

由于本文只是研究支护阻力在地下围岩控制中所发挥的作用，因此整个模型选择同一岩石参数，材料参数如表1，材料破坏符合Mohr-Coulomb 屈服准则。

表 1 力学参数岩体弹性模量/GPa 泊松比内聚力/MPa 摩擦角/° 抗拉强度/MPa 砂质泥岩 5.425 0.147 2.16 36 0.75圆形巷道圆心坐标为（40 0 30），四个测点的坐标分别为1号（44 0 30），2号（36 0 30），3号（40 0 34），4号（40 0 26），1号和2号测点分别位于两帮中间，3号、4号测点分别为顶底板中间点。

三维计算过程为：建立模型→附加初始应力值→定测点→开挖巷道→计算平衡→结果输出→后续处理。

图1 FLAC3D 模型及其局部放大图(2) 数值模拟结果及分析1号测点X方向位移2号测点X方向位移3号测点Z方向位移4号测点Z方向位移图2由图2可知，两帮位移明显增长较快，尤其是顶板的位移速度几乎一直处于递增状态，顶板位移主要发生在顶部6m的范围内，底板的位移主要发生在5m范围内，两帮的位移比较接近，主要发生在2.1m范围内，如果巷道开挖以后不及时对其采取支护措施，那么顶板会持续下沉，同时底板的底鼓现象也会逐渐的变得严重起来，最终导致的结果是加速两帮的位移，可以预见巷道不久就会因为急剧变形而发生失稳破坏。

基于FLAC3D的不同巷道断面选择的模拟分析

Value Engineering0引言2024年1月12日中共中央、国务院发布关于全面推进美丽中国建设的意见，其中提出，为加速推进双碳计划的实现，坚持先立后破，加快规划建设新型能源体系，确保能源安全，重点控制煤炭等化石能源消费，加强煤炭清洁高效利用，大力发展非化石能源，加快构建新型电力系统，进一步发展全国碳市场，稳步扩大行业覆盖范围，丰富交易品种和方式，建设完善全国温室气体自愿减排交易市场。

由此可见煤碳的开采在其中发挥巨大作用。

随着煤矿开采逐渐向深部发展，开挖所受到的应力也是大幅度提高，选择合理的巷道断面形状和支护方式对于维护巷道稳定至关重要，对于生产安全有着重要的意义。

本文通过研究不同巷道断面形状的应力分布与两帮变形量，确定最佳巷道断面以对支护进行优化确定最佳支护方式。

1FLAC 3D 简介FLAC 3D 是一款基于离散元素法的三维地质和岩土工程力学的建模软件。

它被广泛应用于地下工程、坡体稳定性分析、隧道开挖、地震工程等领域。

FLAC 3D 提供了多种功能和分析工具，能够模拟各种复杂的地质和岩土力学现象，并通过模拟结果来对工程结构中的安全性进行评估。

基于有限差分原理的显式有限差分程序FLAC 3D 可以有效模拟非线性系统的大变形力学过程，适合解决在煤矿巷道开挖中围岩稳定的非线性大变形问题。

随着FLAC 3D 软件近几年快速推广应用，以及在工程实际中的现象与模拟较为吻合，其在煤矿巷道工程方面的一些计算结果也得到了普遍认可。

2不同巷道断面数值分析模型建立2.1数值分析模型的建立本数值模拟以某煤矿井底车场的辅助运输石门为工程背景，根据工程地质条件，本文建立模拟区域的长×宽×高=60m ×50m ×40m ，如图1所示在地层中开挖宽×高为 2.2m ×2.4m 的矩形巷道，半径为1.2m 的圆形巷道，宽×高为2.2m ×2.0m ，拱高0.4m 的拱形巷道，取巷道长度5m 。

三维巷道自动化拼接模块及相关设备设计与实现的开题报告

三维巷道自动化拼接模块及相关设备设计与实现的开题报告一、选题背景三维巷道自动化拼接模块及相关设备是指一种在地下巷道中完成自动化拼接作业的设备，可以实现对巷道内部部分或全部区域的立体化、高效化的拍摄。

该设备主要是应对煤矿、隧道、地铁和市政等行业对巷道内部高清拍摄的需求，并且具有极高的应用前景。

目前，传统的巷道拍摄方式主要是通过人工拍摄的方式完成，但是人工拍摄存在着工作量大、效率低、易受人为影响等诸多问题。

因此，研发一种自动化拼接设备对优化巷道内部拍摄过程、提高工作效率及安全性具有重要意义。

二、研究内容和研究方向本项目主要研究内容是三维巷道自动化拼接模块及相关设备的设计与实现。

具体包括以下研究方向：1. 设计一种在巷道内能够自动化拍摄并进行拼接处理的设备。

2. 开发一套针对该设备的控制系统，实现对设备的远程控制和数据采集。

3. 研究巷道自动化拼接算法并进行优化，提高拍摄和拼接效率。

4. 对设备进行系统集成与测试，验证设备在巷道工作的可行性和稳定性。

三、技术路线及研究方法本项目的技术路线包括硬件设计、控制系统开发和算法研究三个部分。

硬件设计部分主要负责设计三维巷道自动化拼接模块及相关设备的结构和布局，并确定合适的传感器、摄像机等硬件组件。

控制系统开发部分负责设计控制系统的架构和功能，并使用不同的通信技术实现对设备的控制和数据采集。

算法研究部分负责研究巷道自动化拼接算法，并对算法进行优化，提高拍摄和拼接效率。

四、预期成果1. 实现三维巷道自动化拼接模块及相关设备的设计与制造。

2. 开发适用于巷道自动化拼接设备的控制系统。

3. 经过算法研究的巷道自动化拼接算法，并对算法进行优化。

4. 测试和验证设备在实际工作中的可行性和稳定性。

五、研究意义三维巷道自动化拼接模块及相关设备的设计与制造，可以极大的提高巷道内部拍摄的效率和精度，同时节约了巨大的人力成本。

此外，该设备的研发也有助于推动各个行业的数字化转型，为我国数字经济的发展做出贡献。

FLAC3D应用情况及锚杆(索)支护设计

FLAC3D应用情况及锚杆（索）支护设计摘要：FLAC3D数值模拟技术作为巷道支护设计有效、可靠的手段之一，一直深受各大研究机构和高校推崇，但煤炭行业从业人员却很少涉猎，导致在巷道支护设计中缺乏手段，设计依据不充分，大多只能凭借经验或工程类比法进行粗略设计，手段单一，不能进行有效的针对性设计，更不能优化设计。

为此，张集矿组织人员对FLAC3D进行了初步研究，对锚杆（索）支护设计提供了一定的依据。

关键词：FLAC3D；支护设计；效果FLAC3D数值模拟技术相对来说企业对数值模拟计算是陌生的，所以在应用广度和深度方面和研究机构存在不小的差距。

而FLAC3D模拟技术本身又是开放性的，不同的人，对于软件本身的理解程度、使用熟练程度和支护理论的理解也不同，导致使用效果也各不相同。

FLAC3D是一款功能强大的数值模拟软件，张集矿通过将近一年时间的不断尝试与摸索，逐渐从基本应用到专项应用，能够实现的模拟形式也越来越多，并能进行一些特殊情况的模拟。

1 概述由于我矿生产任务重，每年大概超过60条新巷道开工掘进，支护设计工作繁重，目前全矿的煤巷支护设计均是由工作室来做的，模拟工作量太大，不可能做到所有巷道都应用FLAC3D来进行辅助支护设计，只有在新采区、新水平、特殊工况、特殊结构的巷道中进行模拟设计，其他巷道应用工程类比和理论计算2种方法进行支护设计。

从2018年4月参加淮南矿业集团公司FLAC3D数值模拟技术集中培训以来，张集矿工作室即投入到对该技术的攻关应用当中，到7月份，在1312（3）轨顺锚杆索支护设计中进行了第一次实际应用，随后又在1115（1）运顺“三高一低”课题试验中进行了支护优化应用，并取得了很好的效果目前，我矿正在开展“三高一低”课题试验工作，从排距、附件、锚杆索组合形式等方面进行优化，部分成果已开始应用（排距从800mm扩大到1000mm以上），今年试验将继续进行。

2全长和端头锚固的模拟结果对比为了弄清楚不同的锚杆锚固形式的工作特性，通过简化模型进行定性模拟分析，分别从端头锚固、传统全长锚固、端头预紧力全长锚固三种锚固形式来进行模拟。

FLAC3D井巷开题报告

河南理工大学本科毕业设计（论文）开题报告题目名称东升煤矿巷道设计和数值分析学生姓名黄要磊专业班级地下12-2班学号311207001509 一、选题的目的和意义东升煤矿位于郏县西北部11公里处的大刘山腹地，北与禹州市神后镇相连。

矿区所在位置位于东山的南部的小丘陵上，地理位置虽然有所偏僻，但煤储量丰富，煤质较好。

随着煤田的开采和生产规模的扩大，根据需要，要进行新的巷道设计。

毕业设计是土木工程专业完成所学基础和专业课程以后所进行的综合性实践教学环节，是对所学知识的一次综合性运用和对学生专业素质的全面考核。

通过东升煤矿巷道的设计，重温、巩固、深化和扩展所学的知识，培养和锻炼运用所学专业知识和专业技能来根据需要进行设计以及解决工程实际问题的能力，同时利用FLAC3D对所设计的巷道进行数值分析，在验证支护的合理性的同时还能深入了解巷道支护的机理。

通过此次毕业设计，使具备使用FLAC3D分析些简单的岩土问题。

提高分析、解决工程实际问题的能力。

二、国内外研究综述国外的巷道支护理论研究起步较早，发展较快，形成的理论主要有古典压力理论、坍落拱理论、新奥法、应变控制理论、能量支护理论、数值计算法等。

其中新奥法应用较广，新奥法是奥地利工程师L. V. Rabcewicz于20世纪60年代提出的一种隧道设计施工新方法，被称为奥地利隧道新施工方法，简称新奥法。

1980年，奥地利土木工程学会地下空间分会把新奥法定义为：在岩体和土体中设置的使地下空间的周围岩体形成一个中空筒状支撑环结构为目的的设计施工方法。

新奥法的核心是利用围岩的自承作用来支撑隧道，促使围岩本身变为支护结构的重要组成部分，使围岩与构筑的支护结构共同形成坚固的支撑环。

新奥法自奥地利起源之后，迅速传遍世界各国，并在各国不同地质条件下的隧道施工中得到了成功的应用，也使得新奥法的应用从最初的隧道施工快速扩展到采矿、冶金、水利电力等其它岩土工程领域。

虽然新奥法应用广泛，但是它不是万能的，也有自身的局限性，它适用于围岩强度较高，整体性较好，具有一定自身承载能力的隧道或巷道，但是，对于深井巷道和硐室，节理化破碎软岩，采动影响巷道的支护机理研究，新奥法就不能被盲目的套用。

地下井巷三维数字设计与优化的开题报告

地下井巷三维数字设计与优化的开题报告1. 研究背景与意义地下工程在现代城市建设中已经历了长足的发展，其中地下井巷作为地下空间的重要组成部分，在城市地下交通、能源、水利和生命安全等方面均有着不可或缺的作用。

但是，地下井巷的建设与管理面临着许多挑战，如设计效率不高、安全隐患多等问题。

因此，基于数字化技术的地下井巷三维数字设计与优化已成为解决这些问题的重要手段，具有非常重要的研究意义和应用价值。

2. 研究内容及创新点本文旨在研究地下井巷三维数字设计与优化的相关技术和方法，主要工作内容包括以下几个方面：（1）建立地下井巷三维数字模型，对井巷性质、地质构造、地下水情况等关键因素进行模拟和分析。

（2）采用多种计算模型和算法，对地下井巷进行结构设计和优化。

（3）对地下井巷的施工和管理进行模拟和优化，保证井巷的安全性和可持续发展性。

创新点在于采用数字化技术，通过建立地下井巷三维数字模型，对井巷的结构和设计进行优化，及时发现施工过程中的问题，从而提高井巷的设计效率和管理水平。

3. 研究方法本文采用文献研究法、实证研究法和数值模拟法等多种研究方法。

其中，文献研究法主要是对国内外地下井巷三维数字设计与优化相关研究文献进行分析和整合；实证研究法通过实地调研，分析地下井巷的现状和存在的问题；数值模拟法主要是采用多种计算模型和算法，对地下井巷进行三维数字建模和优化设计。

4. 预期结果和意义通过对地下井巷三维数字设计与优化的研究和实践，预期可以得到以下几个结果：（1）建立地下井巷三维数字模型，对井巷的结构和性质进行分析；（2）设计出更加安全、可靠、高效的地下井巷结构；（3）提高地下井巷的管理水平，保证井巷的安全性和可持续发展性；（4）为地下工程的数字化建设提供参考和借鉴，促进城市地下空间的可持续发展。