冲击荷载下裂隙砂岩能量耗散及分形特征研究

采用SHPB动力学试验台对不同裂隙倾角红砂岩试件进行冲击试验,并对岩石破碎后的质量-粒径分布进行记录以及计算分形维数,分析其冲击载荷下的破碎分形特征及能量耗散规律。结果表明:在相同的冲击荷载作用下,随着裂隙倾角的增大,动态抗压强度增大,应变率减小,且倾角从45°增大到60°时,动态抗压强度增大最为明显;岩样中预制裂隙的存在会阻碍应力波的传递,导致反射能量增大,透射能量减小。并且,随着倾角的增大,预制裂纹的影响会逐渐减弱,而反射能和透射能不断减小,耗散能几乎不受裂纹倾角的影响;裂隙岩体分形维数随裂隙倾角和动态抗压强度的增大而线性增大,随应变率的增大而减小。分形维数与岩石破碎耗散能之间的关系满足幂函数关系。

大尺寸岩石在低频周期扰动载荷下的力学特性试验研究

岩石长期处于高静应力状态且频繁受到周期扰动载荷的影响是引发各种地质灾害的关键因素。利用自制的CX-8568冲击扰动围岩试验系统对大尺寸红砂岩开展了低频周期扰动载荷下的力学特性试验,分析了高应力状态下不同扰动平均应力、不同扰动载荷幅值下岩石的应变、损伤变量的演化规律。结果表明:岩石在周期扰动载荷下的破坏存在门槛值,其载荷低于门槛值时岩石不会发生破坏,岩石弹性模量存在强化现象;高扰动平均应力、高扰动载荷幅值均为岩石破坏的不利因素;当扰动上限应力超过岩石单轴抗压强度后,扰动平均应力和扰动载荷幅值的增大对岩石破坏时的循环次数影响愈发显著;当扰动上限应力相同,但扰动平均应力和扰动载荷幅值不同时,岩石破坏对扰动平均应力的敏感度高于扰动载荷幅值;周期扰动载荷下岩石破坏较静态加载更剧烈;随着扰动平均应力或扰动载荷幅值的提高,岩石破坏形态由以拉剪破坏为主导过渡至以拉伸劈裂破坏为主导。

动静载荷耦合作用下岩石破碎理论分析及试验研究

根据压头侵入岩石的断裂特征,确定了动静载荷耦合侵入岩石过程中所形成的中间、径向和侧向裂纹长度与侵入载荷、冲锤质量和冲击速度关系式,分析了冲击–静压切削组合破岩模式下冲击间距(频率)对破岩效果的影响。在自行研制的动静态多功能岩石破碎试验台上,以花岗岩为试验对象分别进行了动静耦合载荷侵入岩石试验和冲击–静压切削破岩试验。结果表明:组合载荷模式能大幅度提高破岩效果,冲击间距与切削深度之比值对破岩比能耗有很大影响,并且存在最优比值可使破岩达到最佳效果;合理的加载方式应是冲击载荷使岩石产生足够大的开裂区,再与之匹配适当的静压和切削力将开裂区岩石切削下来;大冲击能、高冲击频率、小冲击间距对于破碎脆性硬岩有较好的效果。

基于层次分析法—模糊综合评价(AHP-FCE)模型优化矿井通风系统的研究

矿井通风系统是一个复杂的非线性系统,具有随机性、模糊性和不确定性特征。应用层次分析法(AHP)和模糊综合评价(FCE)的基本理论建立的AHPFCE模型,可以全面考虑矿井通风系统的各种因素,既能体现评价过程的模糊性,又能尽量减少个人主观臆断带来的弊端,使优选的方案更符合实际,评价结果更可靠。应用加速遗传算法检验和修正判断矩阵的一致性,具有搜索效率高、计算时间短、求解精度高、计算结果稳定、适用性强等特点,是一种全局优化方法。采用AHPFCE方法确定权重,具有较强的逻辑性、实用性和系统性,并能准确地得出各评价指标的权系数,使计算结果更客观和稳定。实例计算结果表明:AHPFCE方法简便和通用,不仅能指导生产实际,而且为类似的方案优化工作提供了一种新的思路和方法。

进路法回采顶柱人工假顶的稳定性分析

针对用进路法回采顶柱的人工假顶暴露形状为矩形的矿山地下结构 ,应用薄板理论和能量原理对其稳定性进行分析。通过建立进路结构力学模型 ,得出了假顶变形阶段的挠曲、应力与假顶的强度、受力及工程尺寸等参数的关系式 ,并具体应用于新城金矿的顶柱回采实践中 ,结果表明

动静组合载荷作用下岩石破碎数值模拟及试验研究

运用ANSYS软件对花岗岩在单一静载、动载和动静组合载荷作用下的破坏过程进行了数值模拟分析。结果表明:静载破岩时岩石中的裂纹扩展范围比冲击破岩时广,形成的破碎角大;冲击载荷破岩时岩石中的裂纹扩展速度比静载时快,形成的破碎角较小;动静组合载荷破岩时破碎深度和裂纹扩展面积比单一静载或动载时均大,破岩效果优于单一加载模式。在多功能岩石破碎试验装置上对花岗岩分别进行了单一静载、冲击载荷和动静组合载荷破岩试验,进一步表明动静组合载荷破岩在破碎深度、破碎体积和破岩比能方面比静力压入或单一冲击具有明显的优势,能大幅度提高破岩效果。不同的动静组合载荷存在不同的破岩比能,合理选取动静载荷的比值,可使破岩比能最小,破碎效果达到最优。

动静组合载荷破岩声发射能量与破岩效果试验研究

在动静组合载荷多功能试验装置上,以脆性岩石(花岗岩)为研究对象,进行不同载荷作用下的破碎试验。运用声发射系统AEwin采集岩石破碎过程中的声发射数据。基于不同加载模式下的声发射总能量和破碎体积的实测数据,分析两者之间的关系;采用破岩体积和破岩比能2个指标作为表征破岩效果的参量,综合分析各种加载模式下的破岩效果。结果表明:岩石破碎声发射累计能量与破碎体积有密切相关性,动载荷、动静组合载荷和静载荷下破碎单位体积岩石释放的声发射累计能量分别为WD,WS+D,WS,且WD<WS+D<WS;组合载荷破岩的声发射累计能量和破碎体积较纯动载或纯静载大,且存在最优加载参数组合,可使破岩体积达到最大且破岩比能最小。

新型多功能岩石破碎试验装置

设计了一种运用冲击动载与静压组合切削破碎岩石的新型试验装置,分析了该装置的破岩力学参数。该装置具有多种功能,既可进行单一静压切削、冲击破碎和静力侵入岩石的试验,又可进行动、静组合加载的切削试验,以及单一刀头、多刀头或滚压试验。对平端式PDC、硬质合金刀具在不同载荷施加方式下的花岗岩、砂浆块进行多种破碎试验,结果表明:该试验装置可操作性强,工作参数可控,所得试验数据可靠。

巷道放顶煤法的顶煤破碎机理研究

在总结现场试验效果的基础上,应用断裂力学理论分析了急倾斜煤层巷道放顶煤顶煤破断裂纹的扩展和破碎机理。通过建立力学模型,探讨了急倾斜煤层放顶煤开采的影响因素,并得出了较为理想的开采条件是:煤层倾角为70°左右、厚度大于临界厚度且裂纹发育。该结论对推广这一采煤方法具有较大的现实意义。

动静载组合破碎脆性岩石试验研究

介绍了动静载组合破碎岩石试验系统及原理,确定了动静载荷破岩凿入力的一般形式。通过改变静压、冲击能的大小,应用硬质合金刀具对花岗岩、砂浆块进行了静压-冲击组合破碎试验。结果表明:组合载荷破碎岩石的深度、体积随静压和冲击能增加而增加,破岩比能则随之下降。试验得出破碎花岗岩、砂浆块的合理动静载荷组合分别为(63J,2100N)、(35.15J,1200N)。

动静载荷耦合作用下PDC刀具的失效机理

运用应力波理论分析了冲击-静压切削模式下PDC刀具的破损机理,得出了冲击应力波的幅值、入射角(刀具侵入角)、刀-岩接触间隙,以及在接触面上的多次透、反射造成加载—卸载—再加载的循环,对破岩效果和PDC刀具破坏有很大影响.在自行研制的动静态多功能岩石破碎试验台上,以砂浆块和花岗岩为试验对象进行了冲击-静压切削破岩试验.结果表明:在硬岩破碎中,PDC刀具的破坏模式主要是轴向崩裂、冲击压碎和径向崩裂3种;施加一定的静压可使刃面与岩面充分接触,有利于应力波的传播,从而提高破岩效果和PDC刀具的使用寿命.

顶煤松动爆破技术的研究

应用爆破松动圈、近似等值抵抗线和灰色决策等理论确定松动爆破有关参数,在开滦矿务局马家沟煤矿取得了明显的经济效果。

煤矿井下断层渗流特性与注浆防渗效果分析

针对宝黎断层丰水季节导致周源山煤矿北大巷涌水量变大的问题,利用RFPA-Flow数值模拟软件分析得出断层的渗流量与水压呈正比例关系,沿着水流方向,水压和渗流量都逐渐减小;随着至断层距离的增加,水压和渗流量逐渐减小;注浆后,断层处水的主要渗流通道被封堵,水只能从断层周围的岩体裂隙向断层渗流,渗流量大幅降低。注浆前后实测的周源山煤矿北大巷涌水情况与数值模拟结果一致。现场采用双液高压帷幕注浆技术处理后的断层破碎带透水率达到了岩石地基工程防渗标准。

新城金矿采场锚喷支护稳定性分析

根据新城金矿锚喷支护顶板受剪切、压缩破坏特点 ,建立了顶板稳定性分析模型 ,并结合该矿 1 4 0 9采场具体工程条件进行了验证计算 ,结果表明锚喷支护采场顶板是安全可靠的。

长孔爆破在巷道放顶煤中的试验研究

在对长孔爆破的试验区作了调查分析的基础上 ,确定了爆破方案和设计参数 ,并对长孔爆破安全进行了技术分析 ,介绍了长孔爆破在试验矿井的应用效果。

矿业工程“一横一纵”虚拟仿真实验教学体系建设与实践探索

矿业工程学科按专业课程体系和专业训练层次构建了"一横一纵"虚拟仿真实验教学体系。"一横"是指实验内容涵盖矿山开采、矿山安全、矿山机电、矿山企业管理信息化等四大虚拟仿真实验教学平台;"一纵"是指从基本训练层次逐步上升到高层次训练。通过近几年的一系列实验教学平台开发与实践探索,专业实践教学取得了显著的成效,并形成了自身特色与创新,对学生创新创业能力的培养以及工程实践能力的提高具有很好的指导作用。

松动爆破在煤矿开采中的应用

介绍了开滦矿务局马家沟煤矿用爆破松动圈、近似等值抵抗线和灰色决策等理论确定松动爆破有关参数 。

新城金矿顶底柱开采稳定性研究

根据新城金矿顶底柱开采的技术条件 ,应用极限分析法导出了人工假顶最大变形量和水平临界载荷计算式 ,并据此对新城金矿顶底柱开采稳定性进行了监测。试验研究期间 ,运用YZY型应变式刚性钻孔应力传感器、收敛计分别对回采过程中岩体内应力变化、进路的收缩变形进行实测 。

唐洞煤矿通风阻力测定研究

采用精密气压计逐点测量法对唐洞煤矿通风系统进行了阻力测定,全面掌握了唐洞煤矿通风系统阻力分布情况,得出了矿井通风总阻力为2495.9Pa,其中进风段阻力为586.3Pa用风段阻力为163.2Pa,回风段阻力为1704.7Pa,矿井等积孔为1.7m2,有效风量率为86.63%,本次测定相对误差为3.2%.测定结果表明:唐洞煤矿通风系统合理可靠,通风难易程度为"中等".

破碎难采矿体开采地压的测试研究

针对新城金矿极破碎顶底柱难以安全采出的情况,开展了采场地压规律的动态监测。应用YZY型钻孔应力传感器和二次接收仪测量采场地压变化,采用电子数显式收敛计量测围岩变形,得出了顶底柱开采地压变化的一般规律,为选择合理的矿柱开采方案和地压控制措施提供了科学的依据。