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深井沿空掘巷应力分布数值模拟摘要：沿空掘巷是提高煤炭采出率的有效方法之一。
本文简要说明了沿空掘巷的原理及方式，采用岩石破裂全过程分析系统RFPA2D系统对沿空掘巷进行了数值模拟。
其结果较好地说明了沿空掘巷的应力分布规律及巷道的破坏形式。
关键词：深井沿空掘巷应力数值模拟Roadway driving along goaf deep stress distribution in numericalmodelChen Zhou(Guizhou university institute of mining)Abstract:Roadway driving along goaf is one of the effective methods to improve the coal recovery rate. This paper illustrates the principle and the method of roadway driving along goaf, the rock failure process analysis system (RFPA2D) roadway driving along goaf in has carried on the numerical simulation. The result of roadway driving along goaf better illustrates the stress distribution rule and roadway destruction form.Key words：Deep well Roadway driving along goaf stress The numerical simulation 1、引言窄煤柱沿空掘巷是提高煤炭采出率的有效方法之一。
沿空掘巷技术由于巷道具有煤炭采出率高、容易维护等诸多优点，近些年来受到了广大学者和工程师的极大关注，在我国多个矿区逐渐推广应用。
深埋隧洞围岩应力分析及岩爆预测刘建忠【摘要】采用有限元软件，数值模拟分析了相同侧压系数、不同埋深工况下的深埋隧洞围岩应力变化规律，初步判别了岩爆可能性及岩爆发生部位，对隧洞的设计及施工过程中岩爆的防治具有一定的指导作用。
%Through applying finite element software, the paper makes a numerical simulation analysis on changing law of the surrounding rock stress in deep tunnel under the working the condition of same lateral pressure coefficient and different depth, and prehminarily identifies the rock blasting possibility and possible rock blasting position, which has certain guiding role for preventing rock blasting in the tunnel design and con- struction process.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2012(038)014【总页数】2页(P166-167)【关键词】数值模拟;深埋隧洞;围岩应力;岩爆预测【作者】刘建忠【作者单位】内蒙古高等级公路建设开发有限责任公司,内蒙古呼和浩特O10050【正文语种】中文【中图分类】U455.60 引言随着国家基础设施投入的不断增加，大量的地下工程开工建设，地下洞室围岩稳定性问题越来越为人们所关注。
而隧洞开挖过程中出现的岩爆灾害更是很大程度上影响着围岩的稳定性，岩爆不仅严重威胁施工人员及设备的安全、影响施工进度，而且还会造成超挖、初期支护失效等问题，严重时还会诱发地震。
巷道掘进爆破中围岩损伤范围的数值模拟我国作为发展中国家，煤炭在国民经济中依然起着至关重要的作用。
随着我国煤炭开采深度的不断加大以及露天煤矿必然转入地下开采的发展趋势，巷道作为地下工程开挖的交通命脉，不仅承担着煤炭生产工作的正常进行，而且保证人员的安全、保护煤炭资源的合理运用等方面都有至关重要的作用。
一般地，掘进巷道采用的方法中，最为经济和实用方法的是钻爆法。
如何控制爆破产生的岩石损伤，就成为目前及未来一段时间重要的课题。
本文以LS-DYNA平台，对巷道爆破施工进行了数值模拟，预测了围岩石损伤范围。
论文由以下几部分组成：1.深入比较了巷道掘进时掘进机法和钻爆法的优缺点，从巷道的地质构造、掘进效率、施工方投资能力、开挖方向的控制四个方面阐述了钻爆法在可预见的年代不可能完全被掘进机取代，确立本文的研究意义。
2.理论上研究了岩石爆破破碎机理，分别介绍了岩石爆破的本构模型：弹性模型、断裂模型、损伤模型及分形损伤模型，结合各种理论分析，确定了本文岩体爆破时的理论基础。
3.介绍了岩体爆破损伤的特征，从理论出发，在不考虑岩体初始损伤的情况下，初步预测了本文巷道爆破施工中岩体的损伤范围，即压碎区81mm,损伤因子0.92和破裂区的半径281.4mm，损伤因子0.43。
4.利用LS-DYNA软件平台，系统讨论了LS-DYNA的计算方法、控制方程、时间积分、人工体积粘性控制、时间步长控制和无反射边界等方面的参数设置，为后续工作提供理论依据。
5.在LS-DYNA软件平台上，分别对被爆岩体进行了数值模拟，通过应力分析，得出相应的岩体损伤范围约为炮孔半径的9.2倍，验证理论的正确性，促进计算机模拟技术的推广与应用。
6.从应力角度出发，分析了巷道中应力集中的地方，为施工方提供一定的理论依据。
岩爆危害预测与控制的数值模拟方法研究岩爆是指矿井、地下工程中由于地质结构和地应力的变化而导致的巨大破坏性能量释放。
岩爆的危害非常严重，可以导致人员伤亡、设备损坏和安全隐患。
因此，对岩爆进行预测和控制非常重要。
数值模拟是一种利用计算机模拟现实过程的方法，它可以以低成本进行大量试验，使我们能够更好地了解和预测岩爆的危害。
本文将介绍利用数值模拟方法进行岩爆危害预测和控制的一些基本原理和方法。
一、数值模拟方法数值模拟是将现实世界的问题转化为计算机可以处理的数学模型，并通过计算机模拟在现实系统中各种物理、化学等现象的发展过程，以得到我们感兴趣的信息。
数值模拟方法可以分为有限差分法、有限元法、边界元法等多种。
其中，有限元法是一种广泛应用的方法，因其能够处理多种复杂的工程问题而被认为是最受欢迎的数值模拟方法之一。
二、岩爆危害预测岩石中的裂隙会导致地应力的变化，进而导致矿井中岩石的破裂和岩爆事故的发生。
因此，了解裂隙的分布和变化对于岩爆危害的预测非常重要。
数值模拟可以帮助我们了解岩石中裂隙的变化和演化过程。
其中，有限元法可以建立复杂的岩体模型，模拟岩石中各种应力场的变化，并确定岩体破裂的位置和形态。
此外，有限元法还可以预测岩体在不同应力下的破断模式和破碎程度，从而了解岩体的稳定性，预测岩爆危险程度。
三、岩爆危害控制预测岩爆危害的同时，我们还需要有效地控制岩爆危害。
具体而言，我们可以从以下几方面入手：1. 改善矿井通风系统，使矿井内的气流流通良好，避免热量和气体积聚导致爆炸。
2. 采用恰当的爆破技术，减轻爆破震动对岩石的损伤，避免引起岩爆。
3. 对有岩爆危险的工作面进行加强，例如，在矿井中设置支撑和固化设施，以防止岩石破坏。
4. 定期维护和检查矿井设备和矿井环境，发现问题及时处理，防止事故的发生。
在岩爆危害控制的过程中，数值模拟方法可以帮助我们设计合适的岩体支护方案和爆破方案，以及优化矿井通风系统，减少岩爆危害。
岩石爆破过碎问题数值模拟研究摘要：为了解决某爆破施工过程中岩石过碎的问题，基于现场爆破参数，运用LS-DYNA显式非线性动力分析有限元程序建立有限元模型，对爆破施工作数值模拟，对比分析了孔距为3m和4m的爆破应力作用范围和各测点主应力峰值，为爆破施工确定合理的孔距提供了理论依据。
关键词：数值模拟；主应力；土石方爆破；爆破参数某大型土石方平整场地爆破工程位于贵州省遵义市，随着爆破施工的推进，发现爆破岩石过于粉碎，对炸药造成很大的浪费，由于岩石过于粉碎但破碎范围较小，铲装效率受到很大影响，严重影响施工进度，爆破施工采用3m×3m 孔网参数，为了确定更合理的爆破参数，基于LS-DYNA显式非线性动力分析有限元程序，在现实的爆破参数基础上作数值模拟，对影响爆破范围的主要因素爆破最大主应力进行分析。
1数值模拟分析LS-DYNA中，MAT_PLASTIC_KINEMATIC选项卡可以用来模拟爆破荷载下岩石的本构关系，此材料模型考虑了岩石介质材料的弹塑性性质，并且能够对材料的强化效应（随动强化和各向同性强化）和应变率变化效应加以描述，同时带有失效应变。
LS-DYNA中内嵌有高能炸药材料*MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN，该材料类型可以用来模拟炸药的爆轰过程。
通过JWL状态方程，并设置炸药的起爆点和起爆时间，在程序中可实现对炸药爆轰过程的模拟。
JWL状态方程一般表现为如下形式：P=A(1-■)e-R1V+B(1-■)e-R2V+■式中：A，B，R1，R2，ω为常数，E0单位体积内能，V相对体积。
为了模拟爆破所引起的破碎范围主应力，利用了LS-DNYA程序可以直接模拟高能炸药的爆炸过程功能。
通过炮孔内爆轰模拟及爆轰产物与孔壁的相互作用确定爆炸荷载。
文章数值计算中2号岩石乳化炸药的具体参数为：炸药密度为950 kg/m3，状态方程中A=47.6e9，B=0.529e9，R1=3.5，R2=0.9，ω=0.3，E0=4.5e9，炸药的爆轰速度为3600 m/s，计算中所取岩石力学参数如表1所示。
0引言花岗岩是钨矿围岩中常见的一种岩石。
目前许多钨矿矿山为了延长矿山服务年限,急需加强矿山外围和深部勘探,这就需要进行大量的矿岩破碎工程。
冲击载荷作用下破碎岩石是目前运用较为广泛的一种破岩方法,但其破岩机理还有待进一步研究。
近年来,非线性科学中的分形理论、系统科学中的突变理论和数值模拟方法等现代科学理论开始渗入岩石破碎研究领域[1-5],取得了一些成果。
但是,分形理论在岩石破碎中主要被用于研究破碎块度,无法建立破碎结果与破碎的物理机制之间的相互关系;突变理论主要研究系统参数发生微小变化后结构的稳定与否,它在岩石破碎领域的应用目前主要局限于地震与岩爆等由缓慢变形到突然破裂的现象,尚没有用于研究凿岩等由于冲击载荷产生的破坏现象;数值模拟方法是用来沟通理论模型和实验研究的桥梁,但岩石的本构模型准确性、客观性以及岩石性质参数和边界条件还需要加以研究。
因此冲击载荷破岩的数值模拟与试验研究相接合对丰富冲击破岩理论具有重要意义。
1冲击载荷破岩特点1.1岩石断裂形态如图1所示,压头侵入硬岩时一般产生径向、中间和侧向裂纹,同时在压头下方还会形成一个密实核,在钠玻璃上进行侵入试验表明,形成的密实核近似于半球形,其主要特征是发生了剪切变形[6]。
由此可看出侧向裂纹是从剪切变形区底部起裂的。
侧向裂纹一般在卸载过程产生并扩展,中间裂纹产生于加载过程,并在卸载过程有部分弹性恢复;径向裂纹既可产生于加载过程,又可出现在卸载期间,但不论何时产生都在卸载过程继续发展。
1.2冲击破岩特点岩石在冲击载荷作用下将引起应力波在岩石中的传播。
对应力波的描述包括频谱(即频率分布、能量分布、波速、波长等,同时岩石中裂纹或缺陷也有尺寸分布或谱图,这样便能根据载荷作用特点与具体岩石对象确定微观与细观以及宏观尺度的划分标准,并找出分析重点,从而采用相应的方法来对其动态破坏过程进行研究。
典型的冲击载荷有机械冲击载荷与爆炸冲击载荷。
机械冲击是动能传播到一个系统,其发生传递的时间比该系统的自由振动周期要短。
高地应力下深埋隧洞开挖岩爆数值模拟与预测 1陈文亮，章青，刘仲秋河海大学工程力学系，南京（210098)E-mail：cwl9898@摘 要：结合锦屏二级水电站辅助洞工程,通过三维弹塑性有限元数值模拟,分析隧洞掌子面 推进过程中的围岩空间应力场状态和演化趋势；基于数值模拟结果选用4种不同的岩爆预测 方法， 对开挖过程中岩爆的发生情况进行了预测， 判定在洞肩和洞底角点处发生岩爆可能性 较大，这与锦屏二级水电站辅助洞岩爆实际发生情况基本一致。
关键词：深埋隧洞；数值模拟；应力场；岩爆；预测1. 引言岩爆是高应力区进行地下开挖时,由于破坏了岩体的力学平衡,围岩中产生了应力集中而 使岩体产生脆性破坏并伴随能量释放的动力失稳现象。
有关统计资料表明 所以在深层开挖中研究岩爆显得尤为重要。
近几十年来,国内外采矿界和岩体工程界的专家、学者对岩爆机理、岩爆预测以及岩爆 防治诸方面进行了大量的研究,取得了一定成果 刚度理论、岩爆倾向理论等外，近年来谢和平[ 2~6][1],岩爆多发生在强度高、厚度大的坚硬岩(煤) 层中,一般而言，随着埋深的增加岩爆发生的机会将越来越大,。
在岩爆机理方面除了传统的强度理论、[ 8][7 ]采用分形理论、潘岳等采用突变理论来解释岩爆现象。
在岩爆预测方法方面根据不同的岩爆机理理论，可得出不同的判据，主要分 为应力判据，岩性判据，能量判据，临界深度判据等。
但由于岩爆是极为复杂的动力失稳现 象,岩爆的机理到目前为止还不很清楚,利用传统的岩爆分析方法来预测岩爆遇到了极大的困 难，在这种情况下,人工智能、专家系统、神经网络在岩爆预测中得到了很好的运用，如冯 夏庭等[9 ]提出的基于支持向量机的预测方法为岩爆预测提供了一条十分有效的途径。
在深埋隧洞开挖过程中,因开挖卸荷引起隧洞周边围岩应力场的扰动和重分布,导致围岩 应力值和方向发生变化。
而在影响范围之外,岩体应力维持初始地应力状态。
在高地应力区, 岩体强度高,储存的弹性应变能大,由于应力场的变化造成高强度脆性岩石内部破裂,引起弹 性应变能的突然释放,容易引起岩爆。
