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  • 作者(Author):李海涛,刘军,赵善坤,蔡来生,齐庆新,孔令海
    关键词(KeyWords):夹持作用,冲击地压,闭锁作用,变形传导,摩擦因数,能量积聚

    摘要:冲击地压的孕育和发生除应当具有足够能量源之外,能量的有效积聚同样至关重要。通过设计位移控制的夹持试验还原顶底板对煤层的约束作用,结果表明:岩石试块在轴向压力的作用下存在对于煤试块的闭锁作用,具体表现为加载端与中部监测点的位移不同步,该机制能够形成有效的能量积聚。同时,加载过程中煤试块局部位置表现出类似于纵波的变形传导现象,而较大轴压下出现的应力突然调整即为该现象的剧烈表现形式。研究指出,顶底板对于煤层的闭锁作用及煤层自身的变形传导对冲击地压的形成具有促进作用,现场实践表明,在近顶底板位置实施配合表面活性剂的高压注水,能够有效弱化接触面摩擦因数,实现煤壁深处变形能的可控释放,降低冲击危险性。
  • 作者(Author):范金洋,姜德义,欧阳振华,杨涛,陈结,刘文浩
    关键词(KeyWords):冲击地压,材料失稳型,塑性应变梯度,应力集中,失稳准则,煤体破坏

    摘要:为研究材料失稳型冲击地压失稳的发生判据,开展了摄像实时观测情况下,煤体受端部位移约束的冲击倾向性煤体压缩破坏实验。首先,探索了实验室尺度下冲击煤体的破裂特征,然后采用有限元数值分析的方法对比分析了工程尺度下煤体发生冲击地压前的破裂趋势。最终基于实验和数值分析结果,建立了塑性应变梯度理论下的材料失稳型冲击地压的触发判据。冲击煤体压缩破坏实验结果表明:端部约束煤体发生破坏时,煤体呈现冲击破坏的特点,并分阶段发展,每个阶段都伴随着不同程度的声音信号与相关的特征信息。当应力达到强度的60%时,有少量煤体喷射;达到78%以上时,较多的煤体发生冲击,具有明显的喷射特点;接近峰值强度时,有大量煤体臌出,但无喷射特点。煤体破裂形式整体上表现为拉剪混合破裂,形成的破裂面呈内凹三角形状,与冲击地压现场煤体破裂面类似,表明实验结果具有一定的参考意义。不同高径比的煤体破坏的峰值强度略有不同,小高径比煤样的抗压强度稍大、破裂面内凹深度减小。采用有限元数值分析方法显示,巷道侧壁围岩容易在巷道变形过程中形成内凹三角形状的塑性变形集中带,从而在冲击地压发生中形成三角状的破裂面。基于内凹破裂面形态和塑性应变梯度理论,采用应变软化本构,从静力平衡和能量平衡角度,建立了煤体发生破坏前材料冲击失稳的判定准则。
  • 作者(Author):陈建强,闫瑞兵,刘昆轮
    关键词(KeyWords):急倾斜特厚煤层,非对称变形,可缩性U型钢,预应力锚杆,非对称三铰拱,支护参数

    摘要:针对急倾斜特厚煤层回采巷道出现的非对称变形破坏,采用现场实测、力学建模计算及数值模拟揭示了急倾斜煤层巷道开挖后非对称变形破坏机理,分析了巷道开挖后应力场及塑性区分布特征,提出了可缩性U型钢与非对称性预应力锚杆(索)支护的全新支护加固方案。研究表明:(1)巷道非对称破坏表现为坚硬岩层侧帮部沿层理下沉、滑移、内扩,煤体侧帮部挤出帮臌;坚硬岩层侧顶部下沉量大于煤体侧,巷道中轴线偏向煤体侧;(2)巷道发生非对称的变形机理为:在非均布载荷的作用下,巷道两侧肩角支座反力的倾角及大小发生变化,坚硬岩层侧支座反力大于煤体侧,倾角为煤体侧大于坚硬岩层侧,坚硬岩层侧帮部在小角度大应力作用下沿层理滑移、下沉、内扩,煤体侧帮部在近乎垂直角度作用力下使帮部煤体挤出帮臌;(3)巷道从坚硬岩层侧向煤体侧弯矩一直增大,剪力呈现为先增大后减小再增大的趋势,且在二次增大时方向改变,方向改变处即为巷道轴线向煤体侧的偏移位置,轴力呈现为抛物线形式的先减小后增大,在非均布载荷作用下的巷道最优合理断面即为“非对称三铰斜拱”;(4)提出可缩性U型钢与非对称性预应力锚杆(索)支护,重点加强巷道煤体侧帮部及坚硬岩层侧顶部支护。
  • 作者(Author):舒龙勇,齐庆新,王凯,雷杨,侯金玲
    关键词(KeyWords):煤矿深部开采,煤与瓦斯突出,煤岩介质属性改造,卸荷消能,协同防突,抽采瓦斯

    摘要:由于煤矿深部煤岩体物性、应力、瓦斯等因素显著改变,出现了应力主导型突出、低瓦斯压力突出等新的灾害特征。为了更好地指导煤矿深部突出防治工作,基于煤与瓦斯突出关键结构体致灾理论,结合所建立的易突出构造煤体渗透率演化理论模型,揭示了煤矿深部开采卸荷消能与煤岩介质属性改造协同防突机理。研究表明:煤与瓦斯突出灾害防控的核心是高效抽采瓦斯,其关键是设法降低地应力;降低易突出构造煤体所受地应力大小,可起到降低弹性潜能、提升煤层渗透率、促进瓦斯高效抽采、降低瓦斯内能等多重效应;煤矿深部开采煤与瓦斯突出灾害防控应因地施策,从卸荷消能和煤岩介质属性改造两方面着手,重点区域在采用卸压增透和瓦斯抽采措施后,还可采取一些提高煤体强度、抑制瓦斯解吸等改性措施,确保煤矿深部采掘作业的安全。
  • 作者(Author):朱丽媛,潘一山,李忠华,徐连满
    关键词(KeyWords):冲击地压,瓦斯突出,复合灾害机理,冲击倾向性,瓦斯压力,煤岩体

    摘要:为了探索深部矿井冲击地压、瓦斯突出复合灾害机理,为复合灾害的有效监测与防治提供理论基础,通过试验研究和理论研究相结合的研究方法,研究了瓦斯对煤岩体力学性质和冲击倾向性的影响,建立了圆形巷道冲击地压、瓦斯突出复合灾害模型并进行了解析分析,探讨了冲击地压和煤与瓦斯突出的诱导转化机理。结果表明:随着瓦斯压力的增大,煤岩体强度降低,弹性模量减小,峰值应变减小,冲击倾向性降低;煤岩体应力存在一个临界值,当煤岩体应力超过临界煤岩体应力时,系统失稳发生冲击地压、瓦斯突出复合灾害;冲击地压、瓦斯突出复合灾害的临界煤岩体应力随瓦斯压力的增加而减小,随煤岩体强度的增大而增大,随冲击倾向性的增大呈现先减小后增大的趋势;冲击地压诱导瓦斯突出多发生在煤岩体中存在含气封闭断层等储气构造或煤层底板含有高弹性模量岩层(夹层)等情况,瓦斯突出诱导冲击地压多发生在软硬煤相间、相互包裹的煤层或突出过程中破碎煤岩体的抛出形成较大的空顶面积等情况。
  • 作者(Author):姜鹏,潘鹏志,赵善坤,吴振华,陈刚
    关键词(KeyWords):岩石力学,应变能,黏弹塑性损伤耦合,蠕变,冲击地压

    摘要:在Perzyna黏弹塑性理论的基础上,引入基于应变能理论的岩石细观单元强度损伤模型,同时考虑岩石蠕变过程中蠕变速率随时间变化的特性,构建了能描述岩石从初始蠕变、稳定蠕变到非线性加速蠕变整个蠕变过程的细观黏弹塑性损伤耦合蠕变本构模型,并将该模型嵌入到三维弹塑性细胞自动机模拟系统(EPCA3D)中,通过实验数据验证该模型的正确性。应用该模型进行不同轴向应力、不同围压和不同均质度系数条件下的单、三轴压缩蠕变过程数值实验,结果表明:(1)轴向应力提高增加了蠕变速率,因此减少了蠕变失效时间;(2)围压和均质度系数的增加降低了蠕变速率并增加了蠕变失效时间,较好的再现了典型的实验现象。将该模型用于解释煤矿中“蠕变型”冲击地压的力学机理,较好的反映了煤矿巷道开挖后弹性应变能累积,围岩经历稳定蠕变和加速蠕变的损伤破坏过程,可为岩体工程的长期稳定性研究提供分析工具。
  • 作者(Author):刘少虹,潘俊锋,王洪涛,齐庆新,唐忠义,冯美华,娄金福,张豫龙
    关键词(KeyWords):地震波CT,电磁波CT,冲击危险性评价,采掘巷道,煤柱

    摘要:电磁波CT能够探测掘进工作面,但无法探测掘进工作面后方的大面积区域;地震波CT能够探测回采工作面内部,但是探测不了两侧的煤柱,即基于单一CT探测手段的冲击危险性评价方法,在矿井采掘巷道存在评价盲区。针对上述实际问题,建立了一种基于地震波和电磁波CT联合探测的采掘巷道冲击危险性评价方法;将2种现场实测手段电磁波CT和地震波CT2相结合,研究了基于2种CT探测的冲击危险性评价方法的数学表达;以时间和地点为状态变量,以现场动力显现情况及CT探测结果为驱动变量,确定了评价方法的内在逻辑关系及实施流程。通过分析基于地震波和电磁波CT探测的冲击危险性评价的力学基础,建立了冲击危险性评价模型;在2种CT探测的基础上,实现了采掘巷道冲击危险等级的确定及危险区域的划分;将该评价方法进行工程实践表明,通过将2种CT探测方式联合起来,实现了掘进工作面及其后方大面积区域,回采工作面及区段煤柱区的冲击危险性评价,验证了评价方法的有效性。该方法克服了基于单一CT探测手段的评价方法在探测尺度上的局限,几乎覆盖了矿井采掘巷道所有潜在冲击危险区域,为冲击地压治理提供了较为准确的依据,具有较好的应用效果。在时间上,该方法将CT探测与矿井的采掘接续相结合,初步确定探测顺序,并根据实际的动力显现情况和之前CT探测的结果加以调整。从空间来说,覆盖了掘进面、回采工作面和煤柱等矿井采掘巷道几乎所有潜在冲击危险区域,基本保证了无评价盲区。并且,该方法充分发挥了震动波与电磁波CT探测操作过程的便捷性,能够较好的适应井下现场动力显现的突发性。
  • 作者(Author):徐连满,潘一山,陈建强,刘昆仑,王爱文
    关键词(KeyWords):U型钢,支架接头,冲击地压,滑动,摩擦力

    摘要:U型钢支架接头摩擦性能是影响U型钢支护性能的重要因素之一,在冲击地压载荷作用下,常因接头处U型钢与卡缆的摩擦关系差,导致U型钢支架的承载力远未达到理论承载力,支架便发生结构失稳破坏。通过自制的摩擦性能测试装置对不同材料间的摩擦性能进行测试,得到不同预紧扭矩条件下钢板与钢板、钢板与软金属板、钢板与橡胶板间相互滑动过程中的摩擦力以及摩擦因数变化规律,结果表明:在轴向压力作用下,钢与钢间摩擦力达到最大静摩擦力后将突然降低,造成接头处承载力发生突降,不利于支架稳定;钢与软金属间发生滑动时,承载力变化比较平稳;钢与橡胶间发生滑动时,随着滑动距离的增加,摩擦力持续降低,且波动较大;钢与软金属间的摩擦因数要大于钢与钢、钢与橡胶间的摩擦因数,在接触面间相对滑动位移相等的条件下,使得接头处吸收的能量更多。研究表明在O型棚支护接头处垫放软金属板,可有效提高接头处的摩擦性能,提高U型钢支架的承载力和抗冲性能。
  • 作者(Author):刘勇,魏建平,王登科,刘笑天
    关键词(KeyWords):磨料气体射流,磨料磨损,破岩,二次冲蚀,反射磨料,卸压增透

    摘要:磨料气体射流在辅助钻孔和卸压增透时,能够避免塌孔,从而提高采出率。明确磨料气体射流破岩特征是推广磨料气体射流应用的重要理论基础。但目前的磨料气体射流冲蚀磨损模型忽略了反射磨料的作用。为此,开展了不同磨料种类和不同靶距条件下,磨料气体射流冲蚀灰岩实验,采用电镜扫描冲蚀坑不同区域的冲蚀特征进行分析,结合离散元模型分析磨料在冲蚀灰岩过程中的运动轨迹,明确磨料气体射流冲蚀磨损特征以及反射磨料的作用。得出磨料气体射流冲蚀灰岩时,冲蚀坑的形态大致为倒圆锥形,在冲蚀坑底部存在环形平台,环形平台下面为类球体状的冲蚀坑底部。造成这种冲蚀坑形态的主要原因为磨料气体射流流场结构的特殊性,在磨料气体射流轴心和边界处存在环形区域,环形区域内没有磨料存在。轴心处入射磨料是形成类球体的主要因素,磨料反射后趋向环形区域运动,在反射过程中,扩大了类球体和冲蚀坑直径,并形成了环形平台。类球体底部是以入射磨料的冲击应力波导致岩石破坏,类球体侧面是反射磨料造成的多次塑性变形,环形平台处存在入射磨料导致的塑性变形和反射磨料导致的疲劳破坏,冲蚀坑侧面主要以反射磨料产生疲劳破坏为主。磨料硬度对煤岩体冲蚀磨损诱因和磨损破坏特征没有影响。但较硬磨料冲蚀煤岩表面具有更高的粗糙度,同时具有更高的破岩效率。
  • 作者(Author):张永将,黄振飞,李成成
    关键词(KeyWords):高压水射流,环切自卸压增透,低透气性煤层,瓦斯抽采,钻孔

    摘要:为解决深部矿井低透气性煤层瓦斯抽采难题,针对穿层钻孔提出了高压水射流环切割缝煤层自卸压增透技术。通过瓦斯流动理论分析普通钻孔及环割钻孔瓦斯流动模式,分别建立了普通钻孔及环割钻孔瓦斯流动微分方程,获得了高压水射流环切割缝自卸压技术改善煤层瓦斯流动机制;采用FLAC3D软件建模分析高压水射流割缝后钻孔周边煤体应力演化规律,基于煤体卸压程度及塑性区分布特征,确定了穿层钻孔合理化割缝参数;通过底板穿层钻孔高压水射流环切割缝技术现场考察,环切割缝后煤层变形量达到0. 136%,煤层透气性系数较原始状态提高了42倍,瓦斯抽采纯量相较普通钻孔提高3. 44~5. 32倍,同等条件下煤层抽采半径提高了1倍以上。理论研究与现场试验均表明,采用高压水射流切割在煤层内部形成环形缝槽,能有效改善钻孔煤体应力状态,增加煤层渗透性,提高瓦斯抽采效率。
  • 作者(Author):王爱文,高乾书,代连朋,潘一山,张建卓,陈建强
    关键词(KeyWords):冲击地压,锚杆,静-动力学性能,预应力冲击,冲击适用性

    摘要:利用自主研制的静-动加载试验系统开展了等强与非等强螺纹钢锚杆的静力拉伸实验及有无预应力加载的动力冲击实验。结果表明:在静荷载作用下等强与非等强螺纹钢锚杆都经历了“线弹性变形—屈服平台—强化阶段—径缩破坏”的4个阶段;冲击加载时锚杆的屈服阶段可划分为瞬态屈服与稳态屈服,瞬态屈服的峰值载荷明显高于稳态屈服载荷,且相同直径条件下与静力加载相比锚杆屈服伸长量减小;当冲击能量低于9 kJ时,锚杆杆体能承受多次冲击扰动,且冲击后能够保证足够的杆体强度,但当冲击能量高于9 kJ时,锚杆抗冲吸能性能显著下降,低能量冲击时非等强螺纹钢锚杆的抵抗能力明显优于等强螺纹钢锚杆;无论从锚杆的动态轴力-位移曲线还是从锚杆的峰值载荷与伸长量上看,预应力对冲击载荷下锚杆的动力响应特征无明显影响,但进行防冲支护时,有必要提高预应力加载水平。
  • 作者(Author):宫月,贾瑞生,卢新明,彭延军,赵卫东,张杏莉
    关键词(KeyWords):微震信号,降噪技术,经验模态分解,小波阈值

    摘要:随机噪声的压制是微震信号分析过程中的重要环节,目前大多数降噪技术都不同程度的存在去噪效果差、易损伤有效信号等问题。针对微震信号的随机非平稳特征,提出一种联合经验模态分解(EMD)及小波阈值的降噪方法,压制微震信号中的随机噪声。该法首先使用EMD对微震信号进行自适应分解,得到有限个本征模态函数(IMF)。考虑到随机噪声主要集中在高频IMF分量中,基于噪声能量突变原则找出低频IMF分量与高频IMF分量的分界后,利用小波阈值方法对高频IMF进行降噪处理,最后将降噪后的高频IMF分量与剩余的低频IMF分量重构即可实现微震信号降噪。仿真分析及实验结果表明,该方法能充分保留微震信号的随机非平稳特征,较对比方法具有更好的降噪效果。
  • 作者(Author):王家臣,李良晖,杨胜利
    关键词(KeyWords):照度,煤矸图像,灰度特征,纹理特征,支持向量机

    摘要:研究煤和矸石在不同照度下的响应特性,设计了差异照度煤矸图像采集系统,进行了煤矸图像采集实验,建立了煤矸灰度子图像365bet体育在线网投,对365bet体育在线网投中的子图像的灰度、纹理特征进行了提取,通过定义归一化特征差异指数以及基于支持向量机(SVM)对实验数据进行了分析与讨论。结果表明:在同一照度下,煤和矸石在灰度及纹理特征上存在差异,且随着照度的改变,煤和矸石的特征也发生变化,同时两者的变化规律存在显著差异。基于不同特征的SVM分类器的识别正确率不同,照度的变化也会对分类器的识别正确率产生影响;当考虑照度因素后,分类器的识别正确率最大增加了13. 31%,此外基于多特征多照度融合的SVM分类器性能较好,识别正确率为98. 39%。
  • 作者(Author):何学秋,王安虎,窦林名,宋大钊,祖自银,李振雷
    关键词(KeyWords):煤与瓦斯突出,微震,区域预测,动态监测

    摘要:为弥补煤与瓦斯突出区域预测方法抽检、定点式指标存在的弊端,实现煤层突出危险性的区域连续监测,提出了突出危险煤层微震区域动态监测新方法,研究了微震监测技术实现区域监测的理论基础,建立了相应指标评价体系,并在突出矿井进行了应用试验。结果表明:利用微震频次指标、能量指标监测煤层采掘扰动、地质异常具有良好效果,利用震动波CT探测得出的区域应力场分布特征与理论分布相一致。这验证了微震监测技术实现突出危险煤层区域监测的可行性,为煤与瓦斯突出区域监测方法研究提供了新思路,可突破传统区域预测手段在时、空维度上的局限性,实现突出危险煤层区域动态、连续监测。
  • 作者(Author):伍永平,皇甫靖宇,解盘石,胡博胜,刘孔智
    关键词(KeyWords):大倾角煤层,区段大范围岩层控制,区段煤柱,稳定性

    摘要:为了实现大范围岩层控制技术,提高大倾角煤层长壁工作面“R-S-F”系统稳定性,在分析区段采空区围岩失稳机制的基础上,建立区段间围岩失稳模型,研究了区段煤柱的应力分布规律和失稳破坏准则,确定了区段煤柱的合理尺寸。结果表明:大倾角煤层区段围岩联通运移可总结为“挤压-弯垮”与“压垮-倾倒”两种模式。而要实现大范围岩层控制技术,应使区段采空区围岩以“压垮-倾倒”模式进行失稳联通。覆岩结构以“梁-拱组合梁”形式存在时,区段煤柱强度决定了区段采空区的联通运移模式,以“双拱连续梁”形式存在时,区段煤柱尺寸决定了“压垮-倾倒”联通运移模式的矿压显现特征及变形破坏后的采空区三维空间形态。因而大范围岩层控制技术的关键在于区段煤柱的设计。结合区段煤柱自身强度及失稳破坏准则,确定其宽度k须在满足k>kZH条件的同时尽量满足k<kSK。最后以甘肃东峡煤矿大倾角煤层多区段开采为例,进行理论计算判定与相似模拟实验对比分析,从而对提出的区段煤柱失稳机理进行了验证。
  • 作者(Author):郭依宝,周宏伟,荣腾龙,王路军,钟江城,任伟光,陈吉
    关键词(KeyWords):原位实验,采动应力,扰动系数,应力状态,变形破坏

    摘要:为研究采动条件下工作面前方煤体应力变化规律与扰动破坏特征,以平煤十二矿己15-31030工作面为研究对象,通过现场原位实验与三维数值模拟研究,给出了不同应力状态下的扰动强度判别指标,以煤体主应力为中间量,将采动应力与工作面前方煤体破坏特征联系起来,得到了采动应力演化规律及采动应力路径下煤体变形特征。原位单轴实验表明工作面前方煤体采动应力不是单纯的增加,而是经历了原岩应力、缓慢上升、急剧升高、突然卸荷4个状态,而三维数值实验得出侧压力系数大小与扰动状态具有一定的相关性。根据已有的应力路径,数值再现了单向、三向采动应力状态下煤样的变形规律和塑性分布状态。
  • 作者(Author):丁鑫,肖晓春,吕祥锋,吴迪,王磊,樊玉峰
    关键词(KeyWords):煤体破坏,强度,分形维数,离散性,声发射

    摘要:探究离散性影响下煤体力学行为演化机制及失稳预测方法是有效提高冲击地压预测准确性的关键,开展煤受载破坏声发射监测试验并对破碎块体筛分统计,获得了强度、块体分形特征、声发射信号规律及其相互关系。研究结果表明:受裂隙及夹矸等影响煤体内部形成承载结构缺陷区导致其强度具有显著离散性,含有夹矸或裂隙越多,煤体受载过程弹性区越短承载能力越低,破碎后完整性较高,峰后软化特征明显,煤体单轴压缩破坏块度分形维数为2. 08~2. 60略高于岩石,碎块分形维数随峰值应力增加而升高,将质量频率分布曲线的斜率定义为碎块密集度(k),碎块密集度越小煤体分形维数越大,破碎块体的数目越多体积越小破碎程度越高;煤体受载过程声发射能量、信号密集度和能量累积量随强度正相关变化,声发射累积量正比于分形维数,结合试验统计结果,深入分析了声发射能量与分形维数间的内在联系,并建立了声发射累积总能量随分形维数变化的经验公式,研究成果为定量的分析声发射信号与煤体力学行为间相互关系提供指导。
  • 作者(Author):王晓卿,康红普,高富强,赵科
    关键词(KeyWords):节理煤体,单轴压缩,结构面,基质裂隙,离散元模拟

    摘要:为研究结构面对节理煤体单轴压缩力学行为的影响,首先基于结构面实测与参数标定试验构建合成煤体模型,然后分别针对REV尺寸煤块与煤体进行不同加载方位的单轴压缩数值试验,分析结构面对节理煤体力学行为的影响机制以及裂隙的形成机制。结果表明:(1)所构建的合成煤体模型可表征研究煤体,其REV为1. 0 m×1. 0 m×2. 0 m;(2)结构面弱化煤体单轴抗压强度与弹性模量,增大煤体单轴压缩变形,弱化/增强程度取决于加载方位与结构面的方位关系;(3)结构面决定煤体单轴压缩破坏方式,煤体表现为平行加载方向的劈裂破坏,加载方位不同劈裂形态不同;(4)提出了可量化评价基质破坏与结构面活化对节理岩体破坏贡献程度的指标:基质破坏贡献比和结构面活化贡献比;(5)平行加载方向的结构面在加载力作用下激活为活化原生裂隙,并在其端部发育出翼裂纹,形成压致拉裂裂隙组合。对于包含非贯穿结构面的煤体,裂隙组合彼此连通形成劈裂裂隙;对于包含贯穿结构面的煤体,贯穿的活化原生裂隙直接形成劈裂裂隙。
  • 作者(Author):赵奎,周永涛,曾鹏,卢春燕
    关键词(KeyWords):类岩石材料,不同粒径,三点弯曲,声发射,关联维数,破裂前兆

    摘要:为探讨粒径组成对三点弯曲受拉破坏材料的声发射(AE)特性的影响规律,制备了4种粒径的类岩石材料试件,分别进行三点弯曲声发射试验,分析了各试件加载过程中的力学特性和声发射特性。研究表明:类岩石材料的三点弯曲荷载-位移曲线经历非线性和近似线性2个阶段;随着粒径的减小,峰值荷载和到达峰值荷载时的声发射累计事件数均呈增大趋势,声发射累计撞击数与声发射累计能量的比值r的最大值也呈减小趋势,说明粒径越小产生相对高能量的声发射事件越多,振铃计数的关联维数D值变化幅度呈减小趋势,同时,到达最低点时的相对荷载水平越高。r值升高后再次降低到持续的低值阶段为孕育主破裂阶段,可将D值的最低值作为主破裂前兆点。
  • 作者(Author):李铁,李柯萱,皮希宇,方闯
    关键词(KeyWords):3点弯曲,声发射,破坏荷载,时间效应

    摘要:为探索开采速度对采空区顶板破断特征影响的力学机制,设定不同加载速率,开展砂岩3点弯曲和声发射试验,研究砂岩弯曲折断过程的力学行为及其受加载速度影响的时间效应和折断前兆特征。结果表明,加载速率越快,砂岩显著初始损伤声发射发生的应力条件越高,积累的应变能越高;岩石折断前,前兆声发射时间长度与加载速率呈指数负相关,加载速度越快,前兆声发射时间越短,可预测性越差;加载速率与砂岩折断声发射峰值能量及破坏载荷呈指数正相关,与砂岩折断声发射峰值计数呈指数负相关,加载速度越快,岩石折断所需的破坏荷载越大,峰值声发射计数越少,一次性释放的能量越高。上述岩石弯曲声发射特征值是加载速率的函数,存在时间效应。从机理上解释了煤矿开采速度越高,顶板岩体动力灾害危险性相对越高,可预测性越差的原因。
  • 作者(Author):刘雪岭,张奇
    关键词(KeyWords):煤粉,粒径大小,湍流特性,爆炸参数,最大有效燃烧速率

    摘要:采用自行设计的20 L长径比1∶1圆柱形透明有机玻璃罐、铸铁爆炸实验罐及对称式双喷头气动喷粉分散装置,研究了气动湍流强度、煤粉粒径及其爆炸特性,获得了不同实验条件下煤尘的爆炸特征参数,并给出了定量评价。实验结果表明在不同气动分散作用下,湍流均方根速度Urms测得1. 1~6. 2 m/s,平均湍流积分尺度在40~72 mm,雷诺数在8 000~16 300;爆炸超压峰值随湍流均方根速度呈线性增长,而爆炸超压上升速率Urms在1. 1~3. 5 m/s范围增速明显,Urms在3. 5~6. 2 m/s范围增速变缓。较大的湍流强度虽然具有加速煤粉与空气充分预混及自身反应,但同样导致对煤粉粒径间的传热传质效率下降;由最大有效燃烧速率理论计算与实验结果对比,也间接性的验证了实验结论的一致性。
  • 作者(Author):张东明,白鑫,尹光志,李树建,饶孜,何庆兵
    关键词(KeyWords):低渗煤层,液态CO2相变,射流致裂,破岩机理,裂隙扩展

    摘要:液态CO2相变射孔致裂增透技术作为一种有效的低渗煤层强化抽采方法,已被广泛的应用研究。但由于该技术在破岩及裂隙扩展力学机理方面研究不足,在一定程度上影响该技术进一步发展及应用。基于热工学、弹性力学、断裂力学等理论基础,建立了液态CO2相变气体射流压力模型,理论分析了液态CO2相变射孔破岩力学机理、地应力条件下裂隙扩展力学机理。采用PFC2D离散元颗粒流分析软件,进行数值模拟研究,分析了不同地应力及射流压力条件下液态CO2相变射孔破岩及裂隙分布特征。在以上研究基础上,在川煤集团白皎煤矿进行现场试验,研究表明该技术可有效提高低渗煤层瓦斯抽采效率。
  • 作者(Author):邓正定,吴建奇,尚佳辉,谢栎
    关键词(KeyWords):贯通,非贯通,交叉节理岩体,等效弹性模型,强度

    摘要:基于等效弹性模型的方法,构建综合考虑含贯通—非贯通交叉节理岩体宏细观缺陷的复合损伤模型。首先,将贯通节理部分看成一定厚度的独立材料,其主要产生闭合变形及沿节理面的剪切变形,其储存弹性应变能及剪切应变能;其次,基于断裂力学及应变能理论相结合,将交叉节理中的非贯通节理岩体部分看成岩体内部宏观损伤,对节理尖端的应力强度因子进行了计算,推导得出了储存在非贯通节理中的应变能计算公式,并将岩体内部的细观损伤按Weibull分布描述,建立综合考虑宏细观缺陷的节理岩体复合损伤模型;再次,对交叉节理岩体的强度准则进行了讨论,构建考虑交叉节理不同强度准则的等效弹性模型;最后,将计算结果与试验结果进行了比较分析,模型计算结果与试验结果吻合较好,证明了模型的合理性,同时讨论了贯通节理倾角、非贯通节理倾角对岩体峰值强度及破坏准则的影响,以及非贯通节理贯通率对初始损伤变量影响规律。
  • 作者(Author):裴蓓,韦双明,余明高,陈立伟,潘荣锟,王燕,李杰,景国勋
    关键词(KeyWords):甲烷爆炸抑制,惰性气体,细水雾,协同增效,协同规律,相间耦合作用

    摘要:瓦斯抽采管道一旦泄漏或受到外部火源波及,极有可能引发爆炸事故。基于自行搭建的惰性气体-超细水雾惰化抑制可燃气体爆炸试验系统,研究了气液两相介质抑制9. 5%甲烷/空气预混气爆炸的影响因素和协同作用规律,并分析了其抑爆协同增效的原因,提出气液两相介质抑爆存在相间耦合作用。实验结果表明:在CO2,N2,He和Ar四种惰性气体与超细水雾的共同作用下,气液两相介质对9. 5%甲烷/空气预混气爆炸超压、火焰传播速度和最大火焰温度的抑制均表现出明显的协同增效作用。当4种惰性气体稀释体积分数达到14%、细水雾通入量8. 4 m L(质量浓度694. 4 g/m3)后,均能对9. 5%甲烷/空气爆炸产生良好的抑制效果;控制参数继续增加,抑爆增效作用的增长幅度缩小;其中CO2与超细水雾下的协同抑爆效果最好,N2次之,He,Ar与超细水雾的协同抑爆水平相差不大,为清洁、高效惰化细水雾抑爆技术的应用提供了技术指导。
  • 作者(Author):钱继发,刘贞堂,洪森,刘冠华,刘浩雄
    关键词(KeyWords):煤尘爆炸,固态产物,矿物质,演化行为

    摘要:利用20 L球形爆炸装置对来自老虎台和新密矿区的2种煤尘进行爆炸实验,并对其爆炸固态产物进行收集分析。采用X射线衍射技术对2个矿区的煤尘原样和爆炸固态产物的矿物质特性进行分析研究。研究发现,煤尘爆炸后,爆炸固态产物中挥发分和固定碳等有机组分较煤尘原样均明显减少,而主要由矿物质组成的灰分却明显增加;矿物质物相定性和定量分析结果表明,煤尘原样主要由高岭石、石英等常见矿物质组成;爆炸固态产物中的矿物质组成和含量均发生了明显变化,主要由稳定、耐高温的硅酸盐矿物和氧化物矿物组成;且通过对矿物质演化行为的分析认为煤尘爆炸固态产物应该是一种掺杂有部分煤尘原样颗粒的混合物,且与煤尘原样中的矿物质存在一定的转化关系。

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