SMP准则在计算煤柱极限强度中的应用

基于黏性材料的SMP（spatially mobilized plane）破坏准则,分析了煤柱在三维应力状态下的应力问题,并推导了煤柱极限强度的计算公式。通过改变煤体的内摩擦角? 和凝聚力c,与Mohr-Coulomb准则下煤柱极限强度以及简化的A. H. Wilson公式得到的煤柱极限强度进行对比,结果表明,Mohr-Coulomb准则和A.H.Wilson公式由于忽略了煤柱中主应力的影响,其得到的极限强度计算公式低估了煤柱实际极限强度,说明基于黏性材料的SMP准则下的煤柱极限强度计算符合实际,对于分析煤柱的稳定性具有一定的现实指导意义。     

隐伏煤田区煤层露头煤柱的留设条件研究

本文论述了隐伏煤田中露头煤柱留设的一些基本条件,研究了各种因素对煤柱留设的影响性质和地位、提高煤层回采上限及解放部分露头煤柱压煤的一些对策问题。     

基于室内试验的条带煤柱稳定性研究

对建新矿13煤进行了室内力学性质研究,研究了煤岩的尺寸效应,得到了建新矿13煤煤岩体单轴抗压强度为 6.928 MPa;进行三轴压缩试验确定该层煤符合摩尔-库仑弹塑性力学模型。以试验研究结果为基础,结合建新矿的实际情况,在选定采出条带宽度25 m时,应用FLAC3D对条带开采进行煤柱应力和地表最大下沉分析,并研究煤柱稳定性。结果表明选择20 m宽度的煤柱时,可以保持煤柱稳定性。基于室内煤岩试验研究的结果,采用数值模拟的方法,通过多方案条带开采研究煤柱安全性,在减小煤柱尺寸的同时,确保煤柱安全稳定,避免仅仅使用经验公式计算带来的盲目性。     

隐伏煤层露头煤柱留设的研究与预计

在论证采煤引起覆岩移动破坏规律的基础上，详细分析了影响煤柱留设的主要地质因素，并制定了“煤柱留设的水文工程地质类型”划分方案，通过计算与实测对比，提出减小煤柱留设高度、解放煤柱压煤量的可行性意见。     

条带煤柱的抗滑稳定性分析

本文给出了走向条带开采条带煤柱抗滑稳定性分析的力学模型。提出了确定条带煤柱稳定性主要影响因素的敏感性分析法。通过峰峰矿务局九龙口矿的条采实例。介绍了走向条带煤柱抗滑稳定性分析的方法与步骤。     

考虑应变率效应的广义Hoek-Brown动态强度准则

岩石强度特性具有明显的围压效应和应变率效应,研究复杂应力状态下动态强度准则对于岩石动力学分析至关重要。利用10~(-5)~10~(2.32) s~(-1)应变率范围内砂岩静动态间接拉伸和单、三轴压缩强度试验数据,进行了广义Hoek-Brown强度准则预测砂岩动态强度的适用性研究,分析了材料参数的应变率效应。结果表明,广义Hoek-Brown强度准则能够较好地描述同一应变率下较低拉应力区到较高压应力区砂岩强度规律,低应变率区单轴抗压强度c_s和参数a变化不大,高应变率区随应变率的增加非线性增大,而参数m几乎不受应变率影响。基于分析建立了单轴抗压强度c_s和参数a的应变率效应函数关系,提出了由低应变率到高应变率下的广义Hoek-Brown动态强度准则统一表达式,进一步探讨了岩石强度依赖应变率效应和围压效应的物理机制。     

Mises屈服准则及其在钻探工具强度设计中的应用

在地质钻探工具设计和使用过程中,需要用到强度理论或屈服准则对遇到的钻采设备、工具失效等问题进行分析。为帮助人们对Mises屈服准则（应力）的理解,从理论上阐述了Mises屈服准则与畸变能密度理论的关系,其实质就是第四强度理论。在弹塑性范围内,Mises屈服准则统一了单向拉压状态的第一强度理论、复杂应力状态的第三强度理论和第四强度理论。Mises屈服准则在有限元数值分析中获得了更为广泛的应用。     

端帮开采下煤柱破坏宽度计算及失稳机制研究

针对大型露天矿开采后残存的大量端帮滞留煤进行开采时,确定留设支撑煤柱的合理宽度一直是端帮采煤工艺高效应用推广的突出难题。将端帮开采工作面假定为无限大板上相隔一定间距的共线裂纹,基于断裂力学Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹模型,运用Hoek-Brown与Mohr-Coulomb破坏准则,分析了支撑煤柱边缘的应力分布规律,建立了支撑煤柱边缘破坏区的边界方程,进而得到了不同破坏准则下支撑煤柱破坏宽度的表达式。结合不同破坏准则下支撑煤柱破坏宽度的理论表达式与煤体破坏间所确定的表征其不同状态的3组特征参数,进行了曲线规律显现。依据不同破坏准则下所显现的曲线规律,分析了留设煤柱宽度Wp、采硐宽度We、煤层埋深H及煤层倾角β等独立因素对支撑煤柱破坏宽度rp的影响规律,同时将工程实例数据分别代入不同准则下所得的理论表达式。理论结果和实测数据表明,Hoek-Brown破坏准则的运用更为符合现场煤柱破坏演化规律及适合节理岩体破坏的分析。此外,结合煤柱稳定性研究中的极限破坏理论和渐近破坏理论,描述了煤柱失稳破坏机制及过程。为端帮开采中支撑煤柱的合理宽度设计及煤柱破坏的理论分析中的准则运用提供了新思路,为推广端帮开采工艺的应用提供指导意义。     

用Hoek-Brown强度准则确定岩石地基极限承载力

岩石地基承载力,是地基稳定性分析中的强度问题,不仅控制建筑物的安全,而且客观上影响了工程的经济合理性,因此,精确确定岩基承载力至关重要。介绍基于Ｈｏｅｋ－Ｂｒｏｗｎ强度准则计算完整岩体,节理岩体,破碎岩体,软弱岩体,软弱岩体岩基承载力的极限平衡解法,以及参数ｍ,ｓ的确定方法。     

基于巨厚岩层-煤柱协同变形的煤柱稳定性

采前煤柱稳定性研究是工作面冲击危险性评估和开采方案设计的关键。以山东某矿深井巨厚砾岩条件工作面开采遗留煤柱为背景,采用案例调研、理论分析、数值模拟和工程实践等方法,对巨厚岩层-煤柱协同变形机制及其煤柱稳定性进行了研究,建立了巨厚岩层-煤柱协同变形的简化力学模型,探讨了引起煤柱变形的主要应力来源和变形形式,推导了在协同变形条件下煤柱的应力-应变关系。以此为基础,综合煤柱煤体应力、围岩稳定性和变形特征等条件,提出了煤柱整体失稳的力学判据。研究结果表明：巨厚岩层-煤柱失稳诱发冲击与煤柱的位置、尺寸和上覆岩层运动或变形关系密切,上覆岩层运动或变形是诱发煤柱失稳的动力因素;巨厚岩层-煤柱的变形主要包括受集中力F压迫的协同挠曲压缩变形和受集中力G作用的重力沉降变形,二者保持内在协调性;巨厚岩层下煤柱整体失稳的工程判据为煤柱煤体平均支承应力p超过其平均极限支承强度Rc（p≥Rc）;评估得到遗留的50 m煤柱具有强冲击危险性,并通过优化开采设计,取得了良好的效果。该研究成果对相似条件煤柱留设及其稳定性分析具有参考意义。     

高速公路压煤区安全煤柱留设及其对路基稳定性的影响

开采地下矿产(煤炭)资源和保护地面或地下结构物是既矛盾又统一的两个方面。在结构物下方留设保护煤柱是保护结构物免受地下开采影响的一种比较可靠的方法。但其缺点是要放弃部分矿产资源的开采。本文结合某高速公路压煤情况,围绕解决这一问题进行了研究。根据压煤区地质条件和相关规程,分析确定了走向移动角的大小、煤层留设宽度和禁采深度。通过不同走向移动角对路基稳定性影响的弹塑性有限元数值模拟,进一步分析了走向移动角对路基变形和稳定性以及路基压煤量的影响程度。在走向移动角δ=55°、60°和65°时,按数值模拟方案[1]～[6]步依次开采完成后,路基表面结点下沉最大位移为12 72～29 45mm,第[1]步和第[6]步路基不均匀沉降最大位移为7 33～8 19mm;在δ=70°时,路基表面结点下沉最大位移为44 00mm,第[1]步和第[6]步路基不均匀沉降最大位移达27 08mm。在55°≤δ≤70°范围内,煤层开采临空单元岩体最大剪应力皆小于煤层顶、底板泥岩夹页岩的抗压强度,其屈服接近度也大多小于1 0。据此提出了该区安全极限走向移动角取值(δ=65°),从δ=60°到δ=65°,可减少压煤量27 47万t,相对减少15 16%。为解决高速公路压煤问题提供了科学依据。     

地震荷载作用下条形基础地基动承载力统一强度理论解

基于考虑中主应力影响的统一强度理论,通过假定复合型滑动面,利用拟静力和极限平衡分析法得到了条形基础地基静、动承载力解答。对比分析研究发现:在条形基础地基静承载力方面,本文提出的基于统一强度理论地基承载力系数有不同程度的提高,说明现有方法中地基承载力系数比较保守;而在动承载力方面,不同地震荷载下条形地基动承载力系数Ncd变化不大在2%~6%之间,但动承载力系数Nqd、Nγd值均有20%~75%的降低,而地基承载力有15%~40%的下降。     

沿空掘巷合理煤柱宽度综合分析与确定

在总结分析经验法、理论计算法、数值模拟法、现场实测等确定煤柱宽度方法优缺点的基础上,提出了采用现场实测和数值模拟相结合的方法来确定保留煤柱宽度。根据石炭井二矿生产实际,分别对巷道开挖前后,不同煤柱宽度下围岩应力、变形进行了模拟,同时利用21053工作面异型煤柱的有利条件,对不同煤柱宽度下巷道围岩变形、支护结构受力等进行了实测。经过对监测数据的分析,得出了巷道围岩变形、支护结构受力与煤柱宽度之间的关系,结合数值模拟结果,确定了石炭井二矿煤柱宽度。     

Behaviour of abandoned room and pillar mines in Illinois

Summary Little comprehensive information has been reported on the behaviour of room-and-pillar mines. The objective of this paper is to present case data on mine failures in the Illinois basin for use in practice. Presented are results of an ongoing study and details on the site characteristics of cases where sags have developed on the surface. Site data are reported to show the geologic, mining, and sag conditions that existed. Sags mainly develop from pillar, floor, or pillar-floor failure. The character of the sags depends upon the type of mine failure as well as the overburden response.Preliminary results show that the statistical no-risk tributary pressure decreases over 300% as the mine age increases from about 2 to 100 years at a long-term value of approximately 300 psi (2070 kPa). As more information is collected and more analysis is done, the allowable tributary pressure can be determined for different site conditions.A plot is also reported that depicts the relationship of the maximum subsidence to site conditions. It was found that the modified subsidence factor was heavily dependent upon the overburden rock thickness.     

回采巷道煤柱与底板稳定性分析

将老顶和老底视为加载系统,分析了回采巷道煤柱和底板岩层的相互作用及稳定性,并提出了底板岩层产生滑移的条件。认为回采巷道底鼓一般不是底板岩层在垂直应力作用下向巷道内滑移所致。     

巨厚松散层下防水煤柱合理留设及其数值模拟

防水煤柱合理留设是巨厚松散层下煤炭开采设计的基本参数。通过对东欢坨矿第四系巨厚松散层地质特征分析,揭示了本区第四系巨厚松散层中的含、隔水层厚度及其结构分布特征和对煤炭开采充水的影响,建立了巨厚松散含水层下防水安全煤柱计算模型和理论,提出了在巨厚松散层下的防水煤柱留设的非线性计算方法,计算东欢坨矿8煤层防水煤岩柱的高度为65.62 m。根据流-固耦合理论,应用FLAC3D数值模拟计算软件,模拟了东欢坨矿 8煤层开采过程中上覆岩层变形破坏规律,揭示了煤层顶板岩体冒落带、导水裂隙带和弯曲下沉带的分布规律,获得了防水煤柱高度及相关工程技术参数,验证了巨厚松散层下防水煤柱留设的非线性设计方法和计算模型的可靠性,为巨厚松散层下防水煤柱合理留设探索了可行途径。