难采矿体开采方案的数值模拟研究
数值模拟在采矿工程中的应用
技术 , 瓦斯抽放技术 , 煤层巷道支护及矸石排放减少技术 , 地下气化 这些技术的研究课题较 随着 近年来计算机技术 的快速发 展 , 诸 如有 限差分法 、 非连 续 技术等 内容的煤矿绿色开采技术应运而生 , 变形分析法 、 边界元法 、 离散元法等数值计算方 法在采矿及岩 土工 为前 沿 , 如试 验设 备与现场监测不 足情 况下 , 就要 结合数值模 拟方 生 研究 。 如煤矿新型开采工艺不仅研究覆岩 程问题分 析中的应用 日 益广泛 , 在这些数值方法 中特别是有限元法 法开展相关理论的前瞻 I 应用 的最 为广 泛 , 该方法最早 在航 空航 天领域应用 , 用于对线形 结 由于受 到开采作 用影 响而发生 的移动变形 规律及控 制岩 层技术 , 构问题的求解 。 还要 开展如充填材料特性等有关 的材料力学特性研究 。 3 . 3 _ 3动力 灾害及控制技术研究。 地震波及各种动力源会 严重 危 国际上很 多机 构在 二十世纪六七 十年代 开始有 限元算 法分析 如煤矿井下 经常发生的瓦斯突 出和冲击地压 , 要通 过 软件 的研发 , 尤其 以 A N S Y S 、 A D I N A等分析软件最为著名 。但 因这 害岩土工程 , 些软件不是针对岩土及采矿工程研发 , 在对软岩巷道大变形及顶板 数值模拟方法分析影响工程岩体稳定性的机理 , 针对上 述动力危 害 垮落 等实 际问题 的分析计算 时具有很大难度 ,这就催生 了 U D E C、 制定消除或减 轻的技术措施 。 3 . 3 . 4热力学分析。随着煤炭洁净利用 的发展 , 在煤炭气化过程 F L A C等针对 岩土及 采矿工程数 值分 析的软件 ,这些软件 能够 与 C A D软件实现无缝集成 , 自动建模能力可靠性强 , 能够实现非线性 中基于煤层及围岩的力学特性开展相关研究 , 采用数值力学分析煤 问题和耦合场 的求解 , 程序具有 良好 的开放性 。 炭地下气化 、 围岩活动规律及控制岩层 问题 的热力学规律。 3 . 3 . 5固液体耦合作用。大量含水层存在 于地下浅部 岩层 , 煤矿 2 数 值 模 拟方 法原 理 井下 开采会造成含水层 大量 失水 等情 况。这都 涉及 到流体 或固体 、 很多数值分析软件采用 的数 值方法都是运用 弹性理论对 岩体 非线性变形与破坏 问题进行解决 , 运用宏观非线性与微观线弹性 的 液体 与气体之 间的多种耦合作用 , 这类 问题也要采用数值模拟方法 划分原则对岩体 的特殊质地材料 进行 分析 , 岩体单元微观上相对较 进行研究分析 。 3 . 3 . 6固气 体耦合作用 。 瓦斯突出作 为一种动力现象在煤矿中较 均质 , 弹性变形特征强 ; 而且因存 在节 理裂隙 , 使微元间接触具有非 连续性 特征 ; 岩体宏 观上是脆性极强 的一种材料 , 通常受力 较小 时 为常见 , 由于煤层 中瓦斯 的吸附性很高 , 因此 固体 与气 体之 间的耦 就容易发生破坏与断裂 。多数软件都是基于该特性 , 构建完成弹性 合作用要结合其它方法进行数值模拟以开展相关研究工作。 3 . 3 . 7深部开采软岩巷道 围岩控制技术 。 高应力软岩巷道的支护 损伤力学数学模型实现数值模拟功能。 问题会随采深增加 而更加突 出, 在开采条件下针对深部巷道围岩开 3 采矿工程中数值模拟的应 用 3 . 1 数值模拟步骤 。 采矿工程中的数值模拟通常分为确定模型 、 展相关控制机理及技术研究工作 。通常巷道 围岩受采动影 响 , 易出 要采用数值模拟方法对巷道 围岩受采动影响而发生 创建系统概念 图、 构建理想化模 型、 收集 问题数据 、 准备模 型运行 、 现不均匀变形 , 的移动变形特征进行研究 , 以针对 围岩制定科学合理 的控制技术措 模型计算 、 提出结果七个步骤解决采矿工程 中的岩土工程问题 。 3 . 2存在的主要 问题 。 诸如瓦斯突出 、 煤矿冲击地压 、 顶板垮落 、 施。 3 . 3 . 8工程岩体稳定性受岩体 蠕变特性 的影响。 蠕变特性作为岩 高应力软岩巷道 围岩控制等岩土工程 问题作 为采矿工程 中的突出 体强度随时间变化 的固有特性 , 尤其对于软岩更为 明显 。国内软岩 问题 , 需要进行较深入地研究 。而采矿工作面上覆岩层难免 出现断 裂、 损伤及失稳现象 ,要尽可能杜绝该类情况发生 。固体力学 目前 矿井广泛分布 , 很多矿区 、 水利 、 地铁 隧道等都存在类似 问题 。研究 只能对 理想 弹性 、 塑性和损伤体实现可靠变形与受力分 析 , 但在采 分析岩体 蠕变特性对于岩土工程的长期稳定性具有重要保障作用 , 开 采方 式不 场 中更 多的是结构或材料破坏后 的力学 行为及结构破 坏和失稳 的 近年来众多矿井在采煤过程 中都 出现较为突出的问题 , 条带式 或是 充填式 , 都 具有煤柱或充填体 的稳定性 问 全过程 , 不同区域 的岩体在工作面周围具有较大 的力学性 能变化差 管是房柱式 、 异。采动岩体作为连续 与非连续耦合 的一种复杂介质 , 通 常材料 和 题 , 需要利用数值模拟方法开展较为深入地研究工作。 结 束 语 结 构破坏 的岩土工程问题没有任何研究价值 ,在采矿工程 问题 中, 要对材料和结构破坏后 的力学行为进行研究 ,主要存 在两大类 问 岩土工程 问题作为采矿工程 中一类重要 问题 , 主要体 现在大部 题。 一是控制采场 围岩问题 , 也就是岩体结构破断原因 、 破断后状态 分 采矿领域 中的围岩稳定 性问题都与开采引起 的影响具有一 定关 重新分布的围岩应力所产生的高应力作用及大范 围围岩 的移动 及结构失稳后 的形态变化。二是 控制 巷道 围岩 问题 , 也就是覆岩在 系 , 数值模拟软件 随着功能 的完 开采后移动变形及破坏对围岩应力场造成 的变化规律 ; 工作面周围 与严重破裂都会造成研究问题 的复杂 。 巷道 围岩稳 定性 受开采的影响及巷道 围岩在 采动影响下 的控 制技 善 , 使研究采矿工程 问题 的手段等更加多样 。但 因采矿工程 的实 际 情况 , 很多 问题都位 于地下 , 增加了不确定因素 , 因此需要借助数值 术。
基于数值模拟的高峰矿深部采场结构参数优化研究
3求 出各 因素 每 个 水 平 的 均值 和极 差 , 可 以得 出 P
( 表4 ) 和 V( 表 5 ) 的极 差分 析结 果 。 根 据表 4中的指 标 P极 差 值栏 的数 据 可 知 , 分 层 高度 对采 场顶板 的稳 定 性 影 响最 大 , 其 次是 人 工
矿 柱宽度 和 矿块 长 度 , 最 后 是超 前 回采 分 层 数 。分
柱, 只 留底 柱 。 由于未设 间柱 , 为 便 于相邻 两个 矿房
度、 矿 柱宽度 以及 超前 回采 分 层数 4因素 、 3水平 共
9组 方案 , 正交 试验 方案 见表 1 。
2 . 3 初 始条 件 和计算 参数 的选 取 根 据历 次地应 力 调 查 , 高峰 矿 构 造 应力 的水 平 应 力 比垂 直应 力 大 , 初 始应 力采 用应力 边界 法施 加 , 先计 算原 岩应 力场 平 衡 , 得 到 采 场 开 挖前 的最 初 应 力状 态 ; 然后 模拟 分层 开挖 , 得到 开挖后 的围岩应 力 状态 , 位移 变 化和 塑 性 破 坏状 态 。在 计 算 中 固定 模 型 的左右 表 面的 x方 向位 移 , 固定 模 型 前后 表 面 的 Y方 向位 移 , 固定模 型 下 表 面 的 Z方 向 位移 。数 值 计 算采 用 Mo h r - C o u l o mb准则 _ g ] 。计 算参 数通 过 现 场 取样 和 室 内岩石力 学试 验 以及相 应 的岩体参 数 工
表超 过 1 0 0 0 m, 已属 于深 部 开采 。在该 中段 5 2 ~ 5 4 勘探 线 /工 ~ Ⅱ一 Ⅲ 勘 探线 之 间 , 矿 体 厚 度 为 6 ~1 0 m, 倾 角为 3 O 。 ~5 O 。 , 矿 体沿走 向长度 为 3 6 0 ~ 4 0 0 m, 属 于 中厚 倾 斜 矿 体 , 上 下 盘 围 岩均 为 生 物礁 灰岩 , 属 完 整 性 好 的 硬 质岩 石 , 普 氏 系数 为 8 ~1 O 。 生物 礁灰 岩 的抗 压强 度 一 般 高 于 矿石 , 个 别 地 段 的 矿石 抗压 强度 较低 。设 计采 用机 械 化上 向水 平分层 无 间柱 充 填法 回采 , 矿 块沿 矿 体 走 向布 置 , 长7 O ~ 9 0 m, 宽 为 矿体 宽 度 , 高 为 中段 高 度 , 不 留 间柱 和顶
数值模拟在复杂岩土体工程问题中的应用
数值模拟在复杂岩土体工程问题中的应用岩土工程是研究土石质材料在施工、使用和环境等多种不同条件下的性能、特性和行为的一门交叉学科。
岩土工程在水、土、岩开挖工程、水利水电工程、交通运输工程、环境工程领域拥有广阔的应用前景。
复杂岩土工程问题是当代岩土工程研究中的重要内容,数值模拟技术在解决这些问题中起着越来越重要的作用。
一、数值模拟技术的基本原理和应用在众多数值模拟工具中,有限元方法和边界元方法是岩土工程中最常用的。
有限元方法是目前国内外岩土工程中应用最广泛的一种数值计算方法。
它基于弹性力学理论和数学计算方法,把连续性介质分割成相对较小的单元,通过在单元内求解各自的节点位移或应变来得到整个模型的应力、应变分布、位移和变形等信息。
而边界元方法是建立在基本解或 Greens 函数的概念上,通过在物理场的边界上建立边界条件,从而得到解决非均匀材料分布或非线性行为问题的能力。
数值计算技术在岩土工程中的应用面非常广泛,包括边坡的稳定性分析、地震波传播和地震反应分析、土方量的估算和构造地质模型的构建等。
其中,边坡稳定性分析在岩土工程中属于比较典型和复杂的问题之一。
通常边坡的稳定性分析涉及到多种因素如土体的物理特性、岩土界面的摩擦角和强度、地球物理因素等。
数值模拟技术可以很好地模拟不同参数对边坡稳定性的影响,特别是在复杂地质情况下对边坡稳定性的影响,可以更好地应对实际工程问题。
二、数值模拟技术在复杂岩土体工程问题中的应用2.1.岩土体的数值分析岩土体多场耦合问题包括注水、渗透、强度、变形、破裂、岩-土接触等现象,是复杂岩土体工程问题中最具挑战性的问题之一。
这些问题在采矿、建筑和水电等工程中都有深刻影响。
数值模拟技术以其强大的处理能力,极好地应对这些问题。
2.2.岩土动力学问题的数值分析岩土动力学问题是指在地震、爆炸或风暴等自然灾害下,岩土体的应力变化达到一个新平衡的过程。
它是复杂岩土体工程问题中的难点问题。
通过对岩土动力学问题的数值模拟,可以计算出岩石结构的本质特性和对岩石力学性质的改变,进而探索不同条件下的地震灾害诱发因素和发展机理,从而寻找减灾措施和减轻灾害的途径。
数值模拟在采矿工程中的应用
构破 坏 和失 稳 的全 过 程 ,而 且工 作 面 周 围 不 同 区域 的 体 , 其 力学 性 能变 化 差 别 很 大 ,采 动 岩 体 是 一 种 连 续 与 非 连 续
相 耦 合 的 复杂 介 质 。对 一 般 的 岩 土 工 程 问 题 ,材 料 和 结 构
呈 现 出非 连 续性 ;从 宏 观 上 看 ,岩 体 是 一 种 脆 性 极 强 的 材
1 数值 模 拟 方 法 基 本原 理
大部 分 数 值 分 析 软 件 都 是 基 于 弹 性 理 论 解 决 岩 体 非 线 性 变形 与 破 坏 问 题 的 数 值 方 法 。 在 对 岩 体 这 种 特 殊 质 地 材 料 分 析 时 ,其 采 用 了 宏观 非 线 性 与 微 观 线 弹 性 的 划 分 原 则 。 从 微 观 看 ,岩 体 单元 相 对 较 均 质 ,具 有 较 强 的 弹 性 变 形 特 征 ;另 一 方 面 , 由于 节 理 、裂 隙 的 存 在 ,微 元 问 的 接 触 又
都可以与 C AD软 件 无 缝 集 成 ,具 有 可 靠 的 自动 建 模 能 力 .
可 求解 非 线 性 问 题 和 耦 合 场 ,同时 程 序 具 有 开 放 性 。
就 岩 土 工 程 而 言 , 采 矿 工 作 面 上 覆 岩 层 的 损 伤 、断 裂 和 失 稳 是 不 可 避 免 的 ,一 定 要 防 止 这 类 现 象 发 生 。 目前 的 固 体 力学 还 只 能对 较 为 理 想 的 弹 性 、塑 性 和 损 伤 体 进 行 町 靠 的 变形 与受 力分 析 ,而 在 采 场 覆 岩 的 变 形 、运 动 与 受 力 分 析 中 ,更 多 的是 材 料 或 结 构 破 坏 后 的 力 学 行 为 . 以 及 结
矿山开采过程中的岩体稳定数值模拟与分析
根据矿区实际情况,建立三维模型,包括矿体 、围岩和节理裂隙等
边界条件
根据工程实际情况,设置模型的边界条件,包括 位移约束和应力边界条件
初始条件
根据地质勘察资料,设置模型的初始应力场和位移 场
模拟过程
进行开挖模拟,分析不同开挖阶段的岩体变形和 应力分布情况
结果分析
对模拟结果进行分析,包括位移场、应力场、塑性区分 布等,评估岩体的稳定性
监测预警系统
建立监测预警系统,实时监测岩体的位移、应力、应变等参数,及 时发现失稳征兆。
数值分析预测
通过数值模拟分析,预测岩体的应力分布和变形趋势,提前预警可 能发生的失稳。
经验判断法
根据地质勘察和工程实践经验,判断岩体失稳的可能性,采取相应的 预防措施。
岩体稳定性控制措施
锚杆支护
采用锚杆对岩体进行加 固,提高岩体的整体稳
研究不足与展望
目前数值模拟在矿山开采过 程中对岩体稳定性的分析仍 存在一定的局限性,如模型 简化、边界条件设定、参数 选取等方面存在不确定性, 需要进一步完善和改进模拟 方法。
采场顶板和采空区处理是矿 山开采过程中的重要问题, 但目前数值模拟在解决这些 问题时仍存在一些挑战,如 大变形、非线性、多场耦合 等问题的处理需要进一步研 究和探索。
02
矿山开采基本原理与技 术
矿山开采方法
01
02
03
露天开采
将矿体周围的岩体剥离, 将矿石运出。
地下开采
通过矿井进入矿体,将矿 石运出。
特殊开采方法
如溶浸法、原地破碎法等 。
岩体工程地质性质
岩体的物理性质
01
如密度、孔隙率、含水率等。
岩体的力学性质
数值模拟在采矿工程中的应用
数值模拟在采矿工程中的应用在采矿工程中,围岩的稳定性和岩层的控制工作格外重要,数值模拟具有较强的开放性和兼容性,能够有效解决传统分析方法中存在的问题,因此,在采矿工程中得到了较为广泛的应用。
文章就来分析一下当前采矿工程中的需要注意的问题和数值模拟在采矿工程中的具体应用。
标签:数值模拟;采矿工程;问题;应用随着计算机技术的迅速发展,数值模拟发在采矿工程中得到了越来越广泛的应用。
数值模拟方法主要包括有限元法、有限差分法、半解析元法、边界元法、刚体元法、加权余量法、离散元法、非连续变性分析法、流行元法和无界元法等,其中,有限元法的应用是最广泛的。
有限元法最早应用与航空航天领域,二十世纪六十到七十年代开始,有限元算法的分析软件开始被研究和开发出来,但是,这些分析软件都不是针对采矿工程开发的,因此,在采矿工程中进行应用时面临着较大的困难。
而后,针对采矿工程行业的数值分析软件就应运而生了,这些软件的自动建模能力较强,而且程序的开放性较强。
1 当前采矿工程中存在的问题1.1 采场的围岩控制问题采场围岩控制问题主要指的是岩体结构的破断问题、岩块的稳定状态、结构失稳后的形态变化情况等的控制。
采场围岩的坚固性是随着工作面的推进增加的,然后从连续体破断为块体,块体重新排列后会形成自然结构,自然结构在覆岩自重的作用下运用和变化,最终会出现失稳的情况,造成地表塌陷。
采动应力指的是矿体采出以后,在围岩内重新形成的压力场,采动应力也是岩体出现破裂、变形和运动的根源。
然而,由于原岩应力和开采后应力场得测定存在困难,因此,采动应力无论是在现场测定还是理论方面都不够成熟。
在采动应力的影响下,采动岩体会出现变形甚至破裂的情况,破裂后的块状围岩体会形成堆砌结构,如果堆砌结构失稳,将会出现岩体运动,然后形成新的块状堆砌结构。
对于大部分煤矿采动覆岩来说,及时垮落的情况是常见的也是必须存在的,不然,工作面的安全将会受到严重威胁。
然而,覆岩的垮落对形成采场来压,使岩层内部出现离层和缝隙,从而使水体和气体产生位移,最终造成地表塌陷,对地面道路、建筑、环境和水体造成严重危害。
岩土工程中的数值模拟技术研究
岩土工程中的数值模拟技术研究一、前言岩土工程是一门非常重要的学科,应用范围广泛,涉及到建筑、铁路、道路等领域。
随着人们对工程设计质量要求的提高,传统的设计方法已不能满足需求,数值模拟技术逐渐成为了岩土工程师不可或缺的工具之一。
本文将重点介绍岩土工程中的数值模拟技术的研究及其应用。
二、岩土工程中数值模拟技术的概述1. 数值模拟技术的基本原理岩土工程中的数值模拟技术,是一种通过计算机模拟物理过程或现象的方法。
根据数学模型或算法,将岩土工程中的复杂问题简化为计算机可以理解的数学模型,然后利用数值计算方法对其进行求解。
其基本原理是离散化,即将求解区域网格化,将连续的问题转化成离散的问题,在每个网格节点上计算数值,最终求解整个问题。
2. 数值模拟技术的优点相对于传统的试验分析和经验设计,数值模拟技术具有许多优点。
首先,可以减少人为因素的干扰,比如考虑到岩土场地中的极端天气条件是一项任务相对较好的事情。
其次,计算机可以大大减少反复地尝试的时间和成本,从而提高效率和质量同时保证了成果的可靠性。
然后,数值模拟可以很好地模拟强度、变形、稳定性、渗透性等多种工程关键性状,并进行不同的场景测试,以确定设计方案。
三、岩土工程中数值模拟技术的应用1. 计算地下矿山在煤炭业和金属矿产开采行业中,探测矿山地下空间的结构和稳定性是一项非常关键的任务,模拟技术可以很好地解决这个问题。
利用数值模拟技术,可以模拟岩层的结构,预测地下空间的变形和稳定性。
利用数值模拟技术,可以确定稳定的开采方案,从而提高矿山的生产效率和获益。
2. 道路和桥梁结构分析在岩土工程中,模拟技术也常被用于道路和桥梁结构的分析和设计中。
利用数值模拟技术,可以精确地预测交通运输系统受地震影响的情况,以及各种情况下桥梁会发生的变形和破坏。
此外,模拟技术的使用可以节省建造时间和减少对环境的不良影响,为城市交通建设提供了更高效的方案。
3. 岩土工程稳定性分析模拟技术在岩土工程中的一项主要应用是进行稳定性分析。
数值模拟方法在采矿工程中的应用
采矿工程中的岩土工程问题有自身 的特点,主要表现在采矿领域的大部分 围岩稳定性问题都涉及开采引起的强烈 影响。引起围岩应力重新分布带来的高 应力作用以及围岩的大范围移动和严重 破裂,导致研究问题的复杂化。
随着数值模拟软件功能的逐渐强 大,采矿工程问题的研究手段越来越多, 但是由于大多数的采矿工程问题处于地 下,存 在 着 很 多 的 不 确 定 因 素。还 有 很 多的采矿工程问题需要通过数值模拟的 手段进行深入的研究。只有充分了解采 矿工程的特殊性,才能更好地应用数值 模拟软件,真正做到数值模拟与现场监 测相结合。世
二是巷道围岩控制问题,即开采后 覆岩移动、变形和破坏导致围岩应力场 的变化规律 ;开采对工作面周围巷道围 岩稳定性的影响,以及采动影响下巷道 围岩控制机理及控制技术。如受相邻工 作 面 开 采 影 响 时,巷 道 的 合 理 布 置,支 承压力对巷道围岩稳定性的影响,并根 据巷道周岩石的移动变形特征和围岩状 况选择合理的支护方式和参数。随着矿 体的采出,在采场两侧和前后方围岩内 均要形成采动应力集中,特别是垂直方 向上的支承压力集中,峰值可达(3 ~ 5) γH(其中 γ 为岩体的体积力 ;H 为采
(作者单位 :江西理工大学)
参考文献
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70 世界有色金属 2010 June
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深),甚至还要高。在深部开采时,如采 场两侧巷道围岩受支承压力峰值影响, 必将给巷道围岩控制造成严重困难。现 场资料表明,有些巷道受一次采动影响 即可全部毁坏,有时则使巷道围岩的变 形呈流变状态,并且在一般的支护条件 下难以克服。由于工作面周围巷道服务 时间短,此类巷道虽变形较大,但只要在 巷道服务期内能保证巷道的正常安全。 2. 数值模拟方法在采矿工程中的应用
《数值模拟分析在提高开采上限研究中的应用》范文
《数值模拟分析在提高开采上限研究中的应用》篇一一、引言随着社会经济的快速发展,对矿产资源的需求日益增长,开采工作面临着越来越多的挑战。
为了在保证安全的前提下提高开采效率,数值模拟分析技术被广泛应用于矿产资源开采领域。
本文将探讨数值模拟分析在提高开采上限研究中的应用,分析其重要性及优势。
二、数值模拟分析的基本原理及应用数值模拟分析是一种利用计算机对物理现象进行建模、求解和预测的方法。
在矿产资源开采领域,数值模拟分析主要通过建立地质模型、设定边界条件、选择合适的数学模型等方法,对矿体开采过程进行模拟,从而预测矿体开采过程中的各种现象。
数值模拟分析在矿产资源开采中的应用广泛,包括矿体稳定性分析、采场安全评价、开采方法优化等。
通过数值模拟分析,可以更加准确地了解矿体的地质条件、岩体结构、应力分布等,为制定合理的开采方案提供依据。
三、数值模拟分析在提高开采上限研究中的应用随着矿产资源日益紧缺,提高开采上限成为了矿产资源领域的重要研究方向。
数值模拟分析在提高开采上限研究中发挥了重要作用。
首先,数值模拟分析可以用于预测矿体开采过程中的岩体移动和变形。
通过建立地质模型和设定边界条件,可以预测岩体的移动和变形情况,从而为制定合理的开采方案提供依据。
此外,数值模拟分析还可以对岩体的应力分布进行分析,了解岩体的承载能力和破坏机制,为提高开采上限提供科学依据。
其次,数值模拟分析可以用于优化开采方法。
针对不同的矿体地质条件和岩体结构,通过数值模拟分析可以比较不同开采方法的优劣,从而选择最优的开采方法。
此外,数值模拟分析还可以对开采过程中的风险进行评估,为制定安全措施提供依据。
最后,数值模拟分析还可以用于提高采场安全水平。
通过对采场进行数值模拟分析,可以了解采场内的应力分布和岩体移动情况,从而预测可能出现的危险区域和危险因素。
这有助于制定相应的安全措施,提高采场安全水平。
四、数值模拟分析的优势及发展趋势数值模拟分析在提高开采上限研究中的应用具有诸多优势。
深部复杂难采矿体崩落法开采地压数值模拟分析
深部复杂难采矿体崩落法开采地压数值模拟分析王佳宝;刘海涛【摘要】在我国的矿体开采中,存在部分深部复杂,开采难度大的矿体,这些矿体上部的倾角较大,通常在55-75°之间,矿体较厚,但是深部矿体的倾斜程度又由急变缓,同时矿体的剖面也发生了转变.并且,这种矿体在进行回采时,深部矿体的下盘位置应力比较集中,而上盘的位置还会存在着悬顶的危险.这种危险会在开采深度不断增加的情况下愈发严重,同时矿山地压的活动也会变的越来越复杂,从而造成了在矿山开采中,加大了工程的布置与维护的难度.【期刊名称】《世界有色金属》【年(卷),期】2018(000)019【总页数】2页(P51,53)【关键词】深部复杂难采矿体;崩落法开采;地压数值;模拟分析【作者】王佳宝;刘海涛【作者单位】兰州有色冶金设计研究院有限公司沈阳分公司,辽宁沈阳 110000;兰州有色冶金设计研究院有限公司沈阳分公司,辽宁沈阳 110000【正文语种】中文【中图分类】TD853.361 深部复杂难采矿体开采中存在的问题1.1 地压灾害问题由于这一部分的矿体深部结构与地压复杂,在对其进行开采的过程中采场与该周边区域的地压会随着开采深度的增加而发生强烈的变化,并在地压强烈变化的过程中出现局部性的或者是区域性的地压灾害,这样一来不仅会对岩层难以控制,还会为采空区的后续处理增加一定的难度,甚至还会对工程的操作人员与地表的建筑物带来一定的安全隐患。
1.2 开采方法问题由于这一类的矿体与其他矿体开采相比存在着一定的特殊性,在进行矿体的实际开采中受到的限制因素较多,导致相关的工程企业对开采的方法与技术进行选择时,也存在着一定的局限性,无法有效的提高开采效率,提高相关企业的经济收益。
1.3 造成对地质与周边自然环境的破坏在对矿体进行开采的过程中,由于开采量较大,经常会造成该区域出现采空区,如果不能采用科学有效的方式对采空区进行及时的充填该区域的地表出现塌陷现象,甚至还会对其周边的山体造成一定的威胁,使相关人员的生命财产安全面临一定的危险。
数值模拟在采矿工程中的应用
数值模拟在采矿工程中的应用介绍在采矿工程中,数值模拟是一种重要的工具,用于模拟和预测矿山开采过程中的各种物理现象和工程问题。
通过建立数学模型和运用数值计算方法,数值模拟可以帮助工程师和矿业专家更好地理解矿山开采过程中的挑战和潜在风险,从而制定有效的工程方案和管理策略。
本文将全面、详细、完整地探讨数值模拟在采矿工程中的应用。
采矿工程中的数值模拟应用1. 岩石力学分析1.1 应力分布模拟 1.2 变形和位移模拟 1.3 初始应力场确定 1.4 支护结构模拟2. 瓦斯抽采模拟2.1 瓦斯涌出规律模拟 2.2 瓦斯扩散与稀释模拟 2.3 瓦斯抽采效果模拟 2.4 煤与瓦斯突出模拟3. 坍塌与冒顶模拟3.1 坍塌机理模拟 3.2 支护结构选型与设计模拟 3.3 冒顶预测与治理模拟 3.4 冒顶风险评估模拟4. 矿井水文地质模拟4.1 地下水涌出模拟 4.2 矿井涌水分析模拟 4.3 围岩渗流场模拟 4.4 围岩稳定性评估模拟数值模拟方法和工具1. 有限元分析1.1 原理和基本步骤 1.2 应用案例分析2. 离散元法2.1 原理和基本步骤 2.2 应用案例分析3. 流体力学模拟3.1 瓦斯和水流动模拟 3.2 坍塌和冒顶模拟 3.3 支护结构与地下水模拟数值模拟在采矿工程中的优势和挑战1. 优势1.1 减少实地试验成本 1.2 提高工程设计的准确性 1.3 优化工程方案和管理策略1.4 预测和控制工程风险2. 挑战2.1 数值模型的建立与验证 2.2 参数与输入数据的准确性 2.3 模型计算复杂度与计算资源需求 2.4 模型结果的解释与应用数值模拟在采矿工程中的现实应用与案例分析1. 煤矿坍塌预测模拟1.1 模拟案例介绍 1.2 模拟方法和工具 1.3 模拟结果和分析2. 高瓦斯矿井瓦斯抽采模拟2.1 模拟案例介绍 2.2 模拟方法和工具 2.3 模拟结果和分析3. 深部金属矿山地压控制模拟3.1 模拟案例介绍 3.2 模拟方法和工具 3.3 模拟结果和分析4. 地下水涌出和水害模拟4.1 模拟案例介绍 4.2 模拟方法和工具 4.3 模拟结果和分析结论数值模拟在采矿工程中具有重要地位和应用前景。
新城金矿难采矿体采场结构参数数值模拟分析
第2 O卷第 3期
20 0 6年 9月
茵毛童 唐
Ja g i neru tl in x f ro sMeas No
Vo1 0No3 . , . 2
Se 2 0 p. 0 6
文 章编号 :0521( 0)301—5 10-72 06 —030 2 0
分别是由原地应力场来决定的。 在这个阶段 , 将要分
步 开挖 的矿岩 及不 同的岩 石性质 都 将分 成不 同的块
体。在开挖时只要将要挖掉的块体删除或把其材料
收稿 日期 :0 6 0 — 8 20 —6 0 作者 简介 : 崔栋梁(9 1 )男 , 18 一 , 山西朔州人 , 中南大学资源与安全工程学院在读硕士生 , 主要从事采矿与岩土工程研究。
3. 31 0
断层岩体 1 . 0
充 填 体 1 . 2
2 原岩应力场 . 2 新城金矿地应力场的规律是:最大主应力为竖 直方向.其他两个主应力一个是水平方向垂直矿体 走 向。 另一个是水平方向且与矿体走 向一致。 模拟 中
1 数值模拟的必要 性
为了研究V 极破碎难采矿体回采时的稳定性 .
并确 定合 理的回 采结构 参 数 ,必须 采用 数值 模拟 的
岩的稳定性状态做出判断[ 2 1 。软件 A S S N Y 具有多种 有限元分析的能力 ,包括从简单线性静态分析到复
杂 的非线 性瞬态 动 力学 分析 。 个典 型 的 AN Y 一 S S分
维普资讯
1 4
茵 童 毛 唐
第0 2 卷
属性重新设置为零即可。
2 岩体与充填体力学参数 . 1
岩体物理力学参数是根据矿区内不同的岩体分 别选取的,为简化计算,分析时将井下介质分为 4
《数值模拟分析在提高开采上限研究中的应用》范文
《数值模拟分析在提高开采上限研究中的应用》篇一一、引言随着科技的不断进步,数值模拟分析作为一种重要的研究手段,在多个领域得到了广泛应用。
在矿业工程中,数值模拟分析对于提高开采上限的研究具有重要价值。
本文将探讨数值模拟分析在提高开采上限研究中的应用,通过实际案例和数据分析,深入解析其在开采工作中的实际应用效果。
二、数值模拟分析的基本原理和特点数值模拟分析是一种利用数学模型和计算机程序,对实际问题进行仿真模拟的研究方法。
它通过对实际问题进行抽象化、模型化,利用计算机程序进行大量计算,以得出符合实际情况的结论。
数值模拟分析具有以下特点:1. 可重复性:数值模拟分析可以多次重复进行,以便对不同方案进行比较和优化。
2. 灵活性:数值模拟分析可以根据实际需求,灵活调整模型参数和边界条件。
3. 高效性:数值模拟分析可以快速得出结果,提高研究效率。
三、数值模拟分析在提高开采上限研究中的应用在矿业工程中,提高开采上限是关键的技术问题之一。
数值模拟分析可以通过建立矿体模型、岩石力学模型、地下水模型等,对矿体的开采过程进行仿真模拟,以优化开采方案和提高开采上限。
以下是数值模拟分析在提高开采上限研究中的应用:1. 矿体模型建立:通过地质勘探数据和现场实测数据,建立矿体模型。
该模型可以反映矿体的空间分布、形态特征和物理性质等信息,为后续的数值模拟分析提供基础数据。
2. 岩石力学模型建立:根据矿体的地质条件和岩石力学性质,建立岩石力学模型。
该模型可以反映岩体的应力分布、变形特征和破坏模式等信息,为预测矿体开采过程中的岩体稳定性和破坏提供依据。
3. 地下水模型建立:考虑地下水对矿体开采的影响,建立地下水模型。
该模型可以反映地下水的流动规律、渗透性和压力分布等信息,为预测矿体开采过程中的地下水涌入和矿坑涌水提供依据。
4. 仿真模拟与分析:基于建立的矿体模型、岩石力学模型和地下水模型,进行仿真模拟和分析。
通过调整模型参数和边界条件,优化开采方案,以提高开采上限。
金厂峪金矿难采矿体采矿方法的试验研究_柴建设
Series N o.288 June2000金属矿山M ET AL M INE总第288期2000年第6期柴建设,河北理工学院资源工程系主任,博士,副教授,063009河北省唐山市新华西道46号。
金厂峪金矿难采矿体采矿方法的试验研究柴建设甘德清徐在强吕广忠(河北理工学院)温军锁黄玉柱彭永池(金厂峪金矿)摘要针对金厂峪金矿采空区附近的缓倾斜薄至中厚矿体的回采,开展了采矿方法与回采工艺过程研究,提出了逆倾斜和沿倾斜两次回采并配合加固措施的采矿方法,确定了合理的采矿结构参数。
该方法在试验矿块取得了成功,并正在全矿推广,取得了较好的经济效益。
关键词地下矿山难采矿体采矿方法顶板管理Experiment Research of The Mining Method for the Hard-to-mine Ore Body in Jinchangyu Gold MineChai Jianshe Gan Deqing Xu Zaiqiang Lu Guangzhong(H ebei I nstitute of Science and Engineering)Wen Junsuo H uang Yuzhu Peng Yong chi(Jinchangy u Gold M ine)Abstract Research of the mining method and ex traction process were made for t he ex traction of the gently inclined t hin to medium thick ore bodies around the mined area of Jinchangy u Gold M ine.A mining method including both counter-inclination extraction and alo ng-inclination extraction and reinforcement measur es was suggested and r atio nal mining structural parameters were determined.T he metho d has achieved success in test blocks and is popularized in the whole mine,w hich has achiev ed good eco nomic results.Keywords U nder ground mine,Hard-to-mine o re body,M ining method,Roof management金厂峪金矿是一个具有近40年开采历史的老矿山,随着矿山的不断开发,厚大易采矿体日益枯竭,剩下的多是难采矿体。
采矿工程问题数值模拟研究与分析
目录第一章绪论 (1)第一节数值模拟发展及其现状 (1)第二节岩土及采矿工程问题特点及数值模拟方法 (8)第二章 ITASCA软件特点及数值模拟方法 (18)第一节I TASCA软件及其特点 (18)第二节I TASCA软件数值计算方法 (29)第三节岩上和采矿工程问题的数值模拟步骤 (35)第三章模型边界的合理确定 (39)第一节开采引起的覆岩移动变形规律 (40)第二节单个巷道的影响范围 (49)第三节采动影响下模型边界位置的合理确定方法 (51)第四节模型边界位置对模拟结果的影响分析 (58)第四章模型边界条件及初始应力场的合理确定 (68)第一节模型边界条件的类型及其选择 (68)第二节采动影响的模型边界条件 (71)第三节模型边界条件对模拟结果的影响分析 (72)第四节初始地应力场的确定 (76)第五章岩体力学特性及其参数确定 (87)第一节岩体的力学特性 (87)第二节岩石与岩体力学参数的关系 (91)第三节岩石(体)力学参数的合理确定 (92)第六章软岩硐室围岩作用关系分析 (106)第一节工程概况 (106)第二节硐室围岩间接触关系反分析 (107)第三节支护与围岩的相互作用关系分析 (110)第四节软岩巷道中锚杆支护失效的机理 (117)第五节锚注加固机理分析 (120)第七章近距离厚煤层跨采对底板巷道围岩稳定性影响分析 (125)第一节工程背景 (125)第二节分析模型 (128)第三节近距离跨采围岩应力演化及特点 (129)第四节跨采巷道围岩位移规律及特点 (130)第五节底板巷道围岩控制技术 (136)第八章综放沿空留巷围岩稳定性影响分析 (144)第一节工程背景及技术关键 (144)第二节分析模型 (146)第三节综放沿空留巷围岩活动规律 (148)第四节综放沿空留巷围岩稳定性影响分析 (150)第五节综放沿空留巷围岩控制技术分析 (154)第九章锚杆支护参数对巷道围岩稳定性影响分析 (160)第一节工程地质条件 (160)第二节数值力学分析模型 (161)第三节锚网支护参数影响规律分析 (163)第四节相邻巷道掘进对巷道围岩稳定性的影响 (174)第十章不规则煤柱下工作面开采的三维数值模拟 (176)第一节工程概况 (176)第二节建立分析模型 (178)第三节开采对围岩应力变化的影响分析 (181)第一章绪论随着实测技术、非连续介质力学、大变形理论、物理模拟技术和计算机数值模拟的发展,使得人们可以从理论分析、现场实测、物理模拟和计算机模拟等不同侧面来研究采矿岩层控制中各种力学机理及围岩控制技术。
《数值模拟分析在提高开采上限研究中的应用》范文
《数值模拟分析在提高开采上限研究中的应用》篇一一、引言随着科技的不断发展,数值模拟分析作为一种重要的研究手段,在众多领域得到了广泛应用。
在矿业工程领域,数值模拟分析对于提高开采上限的研究具有极其重要的意义。
本文将就数值模拟分析在提高开采上限研究中的应用进行详细探讨,以期为相关研究提供一定的参考。
二、数值模拟分析的基本原理及其在矿业工程中的应用数值模拟分析是一种通过建立数学模型,利用计算机对实际过程进行模拟的技术。
在矿业工程中,数值模拟分析主要用于预测矿体开采过程中的地质条件变化、岩体应力分布、地表沉降等情况,为矿山设计、开采方案制定及安全生产提供科学依据。
三、数值模拟分析在提高开采上限研究中的应用1. 模型建立与参数设定在提高开采上限的研究中,首先需要建立准确的数值模型。
模型建立需充分考虑矿体的地质构造、岩体力学性质、开采方法等因素。
同时,还需设定合理的模型参数,如岩体的弹性模量、泊松比、内摩擦角等,以确保模拟结果的准确性。
2. 地质条件模拟与分析通过数值模拟分析,可以真实地模拟出矿体开采过程中的地质条件变化。
包括地应力分布、地层移动、断层活动等情况,这些变化对矿山的稳定性和安全生产具有重要影响。
通过对这些地质条件的模拟与分析,可以预测矿山可能出现的风险点,为提高开采上限提供科学依据。
3. 岩体应力分布与控制岩体应力分布是影响矿山稳定性的关键因素之一。
通过数值模拟分析,可以预测岩体在开采过程中的应力分布情况,进而制定出合理的支护措施和开采方案。
这有助于减小岩体变形和破坏的可能性,提高矿山的安全生产水平。
4. 地表沉降监测与预测地表沉降是矿山开采过程中常见的地质灾害之一。
通过数值模拟分析,可以预测矿山开采过程中可能出现的地表沉降情况。
同时,结合实际监测数据,可以验证模型的准确性,为制定防治措施提供依据。
这有助于减小地表沉降对周边环境的影响,提高矿山的可持续发展能力。
四、案例分析以某矿山为例,通过建立数值模型,模拟了矿体开采过程中的地质条件变化、岩体应力分布及地表沉降等情况。
邢东矿充填巷式开采数值模拟与现场实测研究
邢东矿充填巷式开采数值模拟与现场实测研究一、内容综述邢东矿充填巷式开采数值模拟与现场实测研究是一项关于煤矿充填巷道开采技术的研究课题。
本研究旨在通过数值模拟和现场实测相结合的方法,对邢东矿充填巷道开采过程进行深入研究,以期为我国煤矿充填巷道开采技术的发展提供理论依据和实践指导。
本研究首先对邢东矿充填巷道开采的现状进行了详细的调查和分析,包括充填材料的选择、充填工艺的实施以及巷道的支护等方面的内容。
在此基础上,本研究采用数值模拟方法,对充填巷道开采过程中的力学性能、渗透性、稳定性等方面进行了详细的分析和预测。
通过对数值模拟结果的对比分析,本研究发现了充填巷道开采过程中存在的问题,并提出了相应的改进措施。
为了验证数值模拟结果的可靠性,本研究还对邢东矿的部分充填巷道进行了现场实测。
通过对比现场实测数据与数值模拟结果,本研究进一步证实了数值模拟方法在充填巷道开采技术研究中的有效性。
同时本研究还对现场实测数据进行了统计分析,以评估数值模拟方法在实际工程中的应用价值。
邢东矿充填巷式开采数值模拟与现场实测研究是一项具有重要意义的研究课题。
本研究不仅为我国煤矿充填巷道开采技术的发展提供了理论依据和实践指导,而且对于提高煤矿安全生产水平、降低生产成本具有重要的现实意义。
1. 研究背景和意义随着采矿行业的不断发展,充填巷式开采作为一种高效、环保的采矿方式逐渐受到广泛关注。
邢东矿作为我国煤炭资源丰富的地区之一,充填巷式开采技术的研究和应用具有重要的现实意义。
然而目前关于充填巷式开采的研究主要集中在理论层面,缺乏对实际工程的深入探讨和验证。
因此开展邢东矿充填巷式开采数值模拟与现场实测研究具有重要的理论和实践价值。
首先数值模拟技术可以为充填巷式开采提供科学的理论依据,通过建立合理的数学模型,可以对充填巷式开采过程中的各种物理现象进行精确描述,从而为优化设计和施工提供有力支持。
同时数值模拟还可以预测不同工况下的巷道稳定性、充填体质量等关键参数,为实际工程的选择和调整提供参考依据。
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Mi ni ng Te c hn ol og y,V o 1 . 1 3, No. 4
2 O 1 3年 7月
J u l y 2 0 1 3
CN 4 3 —1 3 4 7 / TD
难 采 矿 体 开 采 方 案 的 数 值 模 拟 研 究
案 。为选 出合 理 的 开采 方 案 , 采 用 ANs YS软件 分
别对 两个 方案 进行位 移和应 力分 布数值 模拟 分析 。
3 . 1 模 型 建 立
( 1 )三 维 模 型 。选 取 的 计 算 模 型 为 6 5 0 m 中 段, 根据 实 际情 况 , 对 两 个 计 算 方 案 都 作 了适 当 简
谢世 勇 , 华超 明 , 潘建 忠
( 1 . 赣 州有色 冶金研 究所 , 江西 赣州 市 3 4 1 0 0 0 ; 2 . 江 西铁 山垅钨业 有 限公 司 , 江西 于都县 3 4 1 5 1 5 )
摘 要 : 针 对 某铜 矿 I矿体 处 于复杂地 质环 境 、 水 平构造 应 力影响 大以及 围岩稳 定性 差的
采过 程 中 , 因顶 板 接 触 带 构 造 发 育 , 出现 了顶 板 垮 塌、 冒落 的现象 , 给 回采 带来 了较 大安全 隐患 。
3 数值 模 拟
根据 矿体 赋存情况 , 结合 现场 具体情 况 , 提 出了 方案 1 “ 隔一 采一” 和 方案 2 “ 隔二 采 一 ” 两 个 开采 方
构造 应力 和地 下水 的作用 , 矿体 的顶 、 底板 围岩 大部
分破 碎 , 岩石力学试验数 据见表 1 , 从 表 1可 以看
化 。模 型将所需 计算 的开采 中段设 计 为高 5 0 m, 倾
角约 1 1 . 2 。 , 矿 脉厚 2 0 m, 矿 脉长 2 0 0 m, 对 1 2 0 m 进行 开挖 充填模 拟 , 沿 矿脉 走 向设 计 8 个矿房, 每个 1 5 I T 1 ; 为考 虑周 边 效 应 , 模 型 向上 向 下各 延 伸 2个 中段 , 上 部 中段 为充 填材料 , 下部 为铜锌 矿 。矿体 外 侧, 向 X 方 向、 Z方 向各 延 伸 1 0 0 m 左 右 。计算 模 型最大 边界 为 3 2 0 m×2 5 0 m ×2 0 0 1 T I 。三 维模 型
条件 , 提 出 了“ 隔一采 一” 和“ 隔二采 一 ” 两 个 开 采 方 案 。 应 用 ANS YS软 件 建 立 了 三 维 模 型, 对 两 个 开 采 方 案 分 别 进 行 了数 值 模 拟 , 位 移 及应 力分析 表 明 , “ 隔二 采一 ” 开 采 方 案 对
顶部 影响 较 小 , 可 达 到 了安 全 生 产 的 目的 。
图 1 开采 方 案 三 维 模 型
I号 矿体 采 取竖 井 开拓 方 式 , 目前 已开 拓 的 中 段有 4 5 0 、 5 0 0 、 5 5 0 、 6 0 0 、 6 5 0 、 7 0 0等 6个 中段 , 其 中
6 0 0 、 6 5 0是主要 生产 中段 。主要 采 矿 方法 为 分段 空 场 胶结 充填法 , 矿房 、 矿 柱 垂 直 矿体 走 向交 替 布 置 , 采 用 中深孔崩 矿 、 嗣 后 戈 壁砂 胶 结 充 填 空 区 。在 开
关键 词 : 难采矿 体 ; 开采 方案 ; 数值 模拟 ; ANS Y S
1 开 采 技 术 条 件
某铜 矿 矿 床属 于 沉 积成 因的 黄铁 矿 型铜 、 锌 多 金属 矿床 , 由 工、 Ⅱ、 Ⅲ号 3个矿 体组 成 , 其 中 I号矿 体 为主矿 体 , 在 成矿 同期褶 皱 的作用 下 , 形 成东 西两 翼, 走 向长 9 5 4 1 T I , 倾 向东 , 倾角 4 5 。 ~5 5 。 。矿 体 东
翼厚 度 1 O ~1 1 0 I T I , 平均约 5 0 m; 西翼厚度 1 5 ~4 5 m, 平 均约 3 0 1 T I 。东 翼 顶 板 以英 安 质 沉 凝 灰 岩 、 含 砾沉 凝灰 岩为 主 , 部 分地段 已硫 铁化 , 并成 为铜 矿体 的直 接顶 板 , 底 板 为玄武 岩 ; 西 翼矿 体 的顶 板 以玄武 岩 为主 , 底板 为英安 质沉凝 灰 岩 、 含 砾沉凝 灰岩 。受
如图 1 所示。
出, 岩石 的强度 和 弹 性模 量 值 均 在 中 、 下等范 围, 特
别是 凝灰 岩 和英安 斑岩 等 , 围岩具 有 软 弱性 特 征 , 强 度低、 暴露时间短 、 自 撑能力低 、 整体稳固性较差 。
表 1 岩 石 力 学 参 数 试 验
2 开 采 现 状