ANSYS软件在石窑店煤矿拦渣坝稳定分析中应用.pdf

ANSYS 软件在石窑店煤矿拦渣坝稳定分析中的应用 邹兵华 西安理工大学干旱环境生态学系，西安（710048 ） E-mail ： zbh2340@163.com 摘 要：拦渣坝安全稳定在煤矿安全生产和环境保护中有着十分重要的作用。本文以石窑店 煤矿拦渣坝为例,在理论计算的基础上，应用有限元原理，结合数值仿真分析方法，从拦渣 坝力学稳定和受力破环的角度，按坝体仅受矿渣压力作用和坝体受矿渣压力与水压力共同作 用两种工况，应用ANSYS 软件对石窑店煤矿拦渣坝坝体在设计堆渣量下的应力场和位移场 进行了稳定性仿真分析，指出了最大应力和位移分布区域，为拦渣坝的安全稳定设计提供了 参考依据，并通过计算说明了两种方法联合应用具有互补性, 同时也为拦沙坝的设计提供了 有益的参考。 关键词：ANSYS 软件，有限元，拦渣坝，稳定性分析 中图分类号：TV649 文献标识码：A 1 引言 随着我国经济建设速度的加快，资源开发利用的速度不断加大。陕北作为我国重要的能 源重化工基地，煤炭、矿产等资源开发是其能源格局中的重要内容。在矿产资源开发过程中， 必然会产生大量的弃土弃渣，若不采取有力的防治措施，将会加速当地土地荒漠化和水土资 源损失，对项目区及周边生态环境造成不良影响。拦渣坝作为开发建设项目进行弃土弃渣治 理的一种主要的工程措施，其稳定性和安全性对于整个项目的生产安全和可持续发展具有至 关重要的作用。 ANSYS 软件是融结构、热、流体、电磁、声学于一体，以有限元分析为基础的大型通 用CAE 软件，可广泛用于水利工程、土木工程、机械制造、石油化工等一般工业及科学研 究。ANSYS 软件能够不断吸收新的计算方法和计算技术，领导世界有限元技术的发展，并 为全球工业所接受[1] 。 本文针对陕北石窑店煤矿拦渣坝的安全与稳定问题，应用力学分析原理和有限元方法， 利用ANSYS 软件对煤矿拦渣坝的稳定性进行分析和计算，以期为矿区拦渣坝的设计与施工 提供可靠的设计参数和依据，实现开发建设项目的快速治理和生态修复。 2 研究区概况 石窑店煤矿位于陕西省神木县东北部、府谷县西部，属于神府矿区新民开采区的一部分。 矿区地表地形支离破碎，属于典型的黄土高原丘陵地貌区。本区属中温带大陆性干旱－半干 旱季风气候，多年平均气温10.3℃，年平均气温差33.2℃；年平均降雨量339.4mm，降雨量 主要集中在7～9 月份，约占年降雨量的50～60 ％。 根据预测，石窑店矿井施工过程中建设期弃土、弃石、弃渣总量为2.08 万m3 ，约合3.59 万 t 。主体方案设计根据骨干坝坝址选择条件，将坝址选在距离矿井工业场地南侧约0.5km 处的自然冲沟沟道内，沟底基岩出露，筑坝形式采用碾压土石坝，筑坝材料采用井巷工程弃 碴。反滤体为干砌石结构。泄洪建筑物采用竖井、涵洞、排水沟。根据沟道具体情况和计划 弃渣量，拦渣坝的洪水设计标准分别采用30 年一遇设计，50 年一遇校核。拦渣坝坝体的设 计参数如下表1。 - 1 - 表 1 拦渣坝体的设计参数 Table 1 The design parameters of tailing dam 坝顶长(m) 坝底长(m) 坝高(m) 坝顶宽(m) 坝底宽(m) 上游边坡比 下游边坡比 设计堆渣高度(m) 3 58.3 8.3 11.0 55.5 1:2.5 1:1.25 25.0 3 拦渣坝稳定分析的理论与计算 3.1 坝坡抗滑稳定