煤炭开采等地下工程问题的数字岩石力学解决方案

煤炭开采等地下工程的可观测性极为有限,导致很多复杂的工程问题难以获得可靠的事前分析依据,尤其在面临深部作业和高强度开采所带来的全新工程环境时,现有理论体系和技术方案的适用性面临着严峻的挑战。基于数字化时代的技术发展特点,提出了融合数据规律、力学逻辑和工程经验的数字岩石力学解决方案;充分利用工程数据中包含着真实工程规律的客观特点,建立了理论成果、工程经验与数据规律挖掘进行底层融合的具体模式;借助煤岩物理力学参数无损推断场景,验证了上述技术路径的可行性,实现了兼具可靠性和可解释性的数据挖掘利用。进一步构建了以煤岩物性、矿井结构和空间应力为基本要素的数字岩石力学理论体系,提出了以“工程素描—物理嵌入—业务融合—决策生成”为步骤的数字岩石力学地下工程通用作业模式,并通过在复杂工程现场的应用检验了数字岩石力学解决方案的可靠性,为煤炭开采等地下工程的数字化转型、智能化升级提供了切实可行的实现路径。

原生层理结构影响下煤岩组合体超声波及CT扫描分析

为研究原生层理结构对煤岩组合体波速及力学性质的影响,并提升室内获取煤岩波速及力学参数的精确性、快速性及便捷性,在室内对不同原生层理倾角的煤岩组合体开展了多层位多方位的超声波及CT扫描测试。基于超声波测试数据,获取了原生层理结构影响下煤岩组合体不同层位的波速及波速比变化特征;结合CT扫描及三维重构技术,应用煤岩灰度分布频数数据,提出了不同层位CT灰度均值的计算方法,获得了不同原生层理倾角下煤岩组合体不同层位灰度及煤岩含量的变化规律,建立了煤岩CT灰度均值与波速、力学参数的关系;构建了考虑层理倾角与煤岩含量效应的煤岩组合体纵波波速计算模型,并应用测试数据进行了对比验证。结果表明:①含原生层理的煤岩组合体波速及波速比与层理倾角线性相关,随层理倾角增加,组合体的纵波波速近似线性减小,而波速比的分布范围增大;②不同层理倾角下组合体的CT灰度均值与波速线性相关,随CT灰度均值增高,煤岩组合体波速线性增加;③煤岩组合体的密度随CT灰度均值增加线性增高,其动态弹性模量及剪切模量则与CT灰度均值均呈三阶多项式关系,并随CT灰度均值增高趋于增大;④层理倾角与煤岩含量相比,组合体波速对煤岩含量的敏感性更高,煤岩含量相近则波速受层理倾角响变化最大。

深部原生煤岩组合体三轴压缩破裂特征与失稳模式

【目的】深部含煤地层原生分界面及其层状组合结构发育,在开采扰动作用下,层状煤岩体的原生组合结构破裂失稳是诱发突水等灾害的主要原因之一。【方法】为研究深部开采原生煤岩组合结构对层状岩体稳定性的影响,室内开展三轴压缩破裂试验及CT扫描重构,获得深部原生煤岩组合体与煤、岩单体破裂的差异,分析深部原生煤岩组合体分界面及其胶结区域的强度变化规律,划分其三轴压缩失稳的主导模式为低强度煤、原生胶结面及高强度岩石失稳3种,揭示各主导模式形成的力学机制,明确煤岩组合体失稳强度介于低强度煤与高强度岩石之间的力学机理。【结果和结论】结果表明:深部原生煤−岩及煤−岩−煤组合体的失稳强度介于煤、岩单体之间,前两者大小与其岩石含量及界面结构相关;原生界面区域煤的抗压强度变化速率对泊松比、黏聚力与内摩擦角等参数变化敏感,并远高于岩石;低强度煤的主破裂可穿越原生分界面,促使硬岩产生类似于含单裂隙结构面岩石的破裂机制,并导致组合体的失稳强度低于岩石单体。研究成果提升了对深部开采层状岩体失稳致灾机理的认识。

三向应力下支护应力对圆形巷道围岩应力分布规律的影响

为进一步探究支护应力对圆形巷道应力分布特征的影响规律,建立了考虑三向应力和支护应力条件下的巷道围岩力学模型,推导了巷道围岩煤岩体应力分布的解析方程,借助COMSOL进行了可靠性验证;通过赋值法讨论了13种应力边界(三向应力P_(x),P_(y),P_(z))及4种支护应力(0.2,1,2,5 MPa)下巷道围岩煤岩体径向应力、切向应力和轴向应力的分布情况。研究结果表明:(1)当水平应力(P_(x))大于垂直应力(P_(y))时,轴向应力随着深距(至巷道表面距离)的增加而增加;当水平应力(P_(x))小于垂直应力(P_(y))时,轴向应力随着深距的增加而降低;(2)当水平应力(P_(x))等于垂直应力(P_(y))时,轴向应力值不变,径向应力随着深距的增加而增加,切向应力随着深距的增加而降低;(3)围岩上的切向应力随着支护应力的增加而降低,过高的支护应力将导致局部拉应力的出现;径向应力随着支护应力的增加而增加;一定程度的支护应力不仅可以使巷道表面围岩从两向应力状态恢复到三向应力状态,同时可以降低切向应力,增加径向应力,降低围岩上的剪应力,均化巷道围岩应力,从而维护巷道的稳定性。

煤层群叠加开采覆岩裂隙演化及卸压瓦斯抽采研究

针对采动裂隙带卸压瓦斯抽采效果不佳导致的工作面上隅角瓦斯超限的问题。以赵家寨煤矿11210工作面为工程背景,采用物理相似模拟实验方法,研究了煤层群叠加开采对上覆岩层采动裂隙的演化特征,并通过现场验证确定了瓦斯抽采的最优层位。结果表明:煤层群叠加开采过程中,在卸压区域外,形成了较大的应力集中,在卸压保护范围内,应力集中现象不明显,且应力峰值小于二1煤层原始应力;煤层群叠加开采引起了采场上覆岩层的叠加卸压,使上覆岩层的位移场发生了叠加变化,岩层最大下沉量进一步增加;煤层群叠加开采结束后,采空区上覆岩层中部岩层被压实,两端岩层裂隙较为发育,形成了一定范围的裂隙发育区。通过现场试验,确定了裂隙带定向长钻孔合理层位的选择,并在现场进行钻孔监测,验证了物理相似模拟结果的合理性。

大型机械化煤矿清洁环境吹喷协同除尘技术研究——以裕丰煤矿为例

为减少综采工作面粉尘污染,研制了安装在液压支架上的吹喷协同除尘器,与除尘器喷雾方向相同的高速气流能够提高除尘有效范围,同时高质量的喷雾和风幕有效提高了除尘效率。基于全尺寸综采工作面局部模型,对吹喷协同除尘器的喷雾过程进行了数值模拟。结果表明:当液压马达关闭,喷雾压力从2 MPa增加到5 MPa时,Q段优质喷雾场(粉尘质量浓度>10 g/m^(3))覆盖面积占比从3.62%(2 MPa)迅速增加到32.47%(5 MPa);开启液压马达后,Q段优质喷雾场覆盖面积占比提高到85.6%,表明在高速气流的作用下综采工作面喷雾场的有效覆盖面积大大提升。现场应用结果表明,采煤机前后滚筒吹喷协同除尘器启动后,采煤机驾驶员所在位置的呼吸性粉尘质量浓度降至19.7 mg/m^(3),降尘率为90.3%,除尘效果良好。

不同松散层第四含水层水压条件下关键层破断力学机理研究

针对松散层第四含水层突水灾害防治问题,以岩层控制的关键层理论和中厚板理论为基础,对松散层第四含水层水压与主关键层之间的破断运移规律进行研究。统计并分析了6个典型厚松散层矿区的18个矿井松散层第四含水层水压、松基比及松散层厚度之间的关系,发现松基比和松散层厚度与松散层第四含水层水压之间呈显著的正相关。通过中厚板理论分析了不同松散层第四含水层水压条件下关键层破断力学机理,得出随着松散层第四含水层水压的增大,关键层破断力学因素由拉破断转化为剪破断。数值模拟分析验证了,随着水压的增加,剪应力占比逐渐增大,且关键块之间的结构也由连续且稳定砌体梁结构转换为非连续易失稳的台阶岩梁结构。松散层第四含水层水压的增大可能促使采空区原本稳定的砌体梁结构转化为台阶岩梁结构,促进导水裂隙带的发育。同时,在关键层岩块结构中出现了砌体梁与台阶岩梁共存的现象。不同松基比岩移边界线具有明显的“类指数曲线”特征,随着松基比的增加,岩移边界线由“直线”转化为“类指数曲线”,且工作面推进过程中的覆岩运移具有明显的分区特征。

深部开采原生煤岩组合体围压卸荷致裂特征及破裂模式

受开采卸荷扰动影响,深部岩体互层及其组合结构系统的破裂失稳是诱发采场突水等灾害的主要原因之一。为研究深部开采围压卸荷对岩体组合结构破裂的影响,室内开展了原生煤岩组合体三轴加卸荷-渗流试验,获得了不同初始围压下原生煤岩组合体围压卸荷致裂的竖向、倾斜及环向裂隙分类特征,研究了其轴压卸荷起点、围压卸荷终点的强度特征及主导破裂模式的力学机制;结合CT扫描与三维重构技术,获取了原生煤岩组合体卸荷破裂的几何特征;建立了围压卸荷量与岩体卸荷致拉破裂、致剪破裂的关系,揭示了围压卸荷致裂模式与渗透率突变关系,验证并判定了不同初始围压下原生煤岩组合体的主导卸荷致裂模式。结果表明:在围压卸荷和轴压加载共同作用下,原生煤岩组合体卸荷破裂模式主要分为围压卸荷致拉破裂、致剪破裂及轴压协同卸荷致裂模式3类;随初始围压增加,原生煤岩组合体围压卸荷致拉破裂的围压卸荷终点临界值及致剪破裂的轴压卸荷起点临界值均线性增加;围压卸荷可致轴压协同卸荷突降并驱动煤岩分界面及层理等原生裂隙结构环向张拉破裂,且以沟通倾斜及竖向裂隙为主导;而围压卸荷致拉破裂与致剪破裂模式均可致原生煤岩组合体渗透率突变增高,突变点致裂模式与其围压卸荷终点的卸荷量临界值密切相关。

工作面倾角对含硬煤夹层顶煤放煤方式的影响

为了研究工作面倾角对顶煤放煤方式的影响规律,采用PFC2D数值模拟软件,模拟了不同倾角综放面依次采用不同的放煤方式开采散体顶煤的冒放规律,统计出了不同放煤方式时工作面倾角与顶煤放出率的关系,得出了综放工作面倾角为15～30°时优选双轮顺序放煤。应用散体介质力学原理,分析了工作面倾角不同时影响煤矸流动规律的主要因素为自然安息角和煤岩成拱;探讨了工作倾角与上、下部煤矸分界线的关系,且煤岩成拱概率随工作面倾角增大而增大;此外,指出了工作面倾角不同时自然安息角和煤岩成拱对煤矸流动规律的作用程度不同。

固定化嗜热酯酶催化合成己酸乙酯

利用帆布固定化的嗜热酯酶APE1547在有机介质中催化己酸与乙醇完成酯化反应合成己酸乙酯。最佳反应条件为:c(己酸)=200mmol·L-1,n(乙醇)∶n(己酸)=1.2∶1.0,正己烷20mL,加料速度0.4mL·min-1,反应温度65℃,转化率85.2%。

深埋薄基岩顶板来压与底板破坏深度关系

为解决现场顶板频繁剧烈来压造成的底板突水问题,根据实测深埋薄基岩采场矿压显现特征及关键层垮断失稳判别方法,分析了顶板来压时冲击载荷的作用机理,应用弹性理论及摩尔-库仑准则推导了顶板冲击载荷和支承压力叠加作用下的采场底板破坏深度计算公式,研究得出了顶板来压与底板破坏深度的关系,提出了相应的底板破坏深度控制技术,现场应用生产效率提高约91.7%。结果表明:顶板来压步距越大,冲击载荷越大;顶板冲击载荷及支承压力的叠加作用导致底板破坏深度增加;随来压步距增大,底板破坏深度先增加后又趋于稳定;顶板剧烈来压的周期性造成了底板破坏和底板出水的周期性。

基于显微CT扫描和统计强度的煤岩损伤破裂特性研究

冲击地压与瓦斯等灾害制约了我国煤矿安全高效开采,但诸多煤岩动力灾害的发生机理不明。从巷道围岩冲击-瓦斯灾害实例出发,着重研究煤岩损伤破裂演化规律与模型。开展了X射线高精度显微CT扫描试验,利用三维重构技术获得了冲击倾向性煤高分辨率三维数字岩心图像,定量分析了非连续结构分布特征;采用计盒维数法和三维可视化软件AVIZO编程计算,得到了矿物条带和裂隙结构的表征参数;基于CT扫描重构和统计强度理论,提出了一种考虑三参量韦伯分布、瓦斯作用与有效应力的煤岩损伤破裂模型;进而,开展了含瓦斯煤岩三轴压缩试验,求解模型参数并验证模型可靠,揭示了煤岩渐进破坏过程中的损伤演化规律。具体而言,显微CT扫描重构和分形计算结果表明,冲击倾向煤内部矿物条带的表面积和分形维数分别处于0.0035~0.0137和1.1214~1.2342之间,而裂隙结构的表面积占比和分形维数则分别处于0.0006~0.0040和1.0651~1.1454范围。矿物条带的表面积占比和分形维数整体上大于裂隙结构的,说明冲击倾向煤内部的非连续结构数量多且分布复杂。此外,含瓦斯煤岩三轴压缩试验结果表明,围压作用下煤样应力应变关系呈现出典型的I类曲线特征,以剪切破坏为主,峰值强度和峰值应变随围压升高而增大。进一步,给出了损伤破裂模型7个参数的确定方法,并利用试验结果求解了模型参数和损伤变量。计算结果表明,该模型能较准确地反映煤岩压缩变形、准线弹性变形、塑性变形、峰值强度和峰后软化等渐进破坏特征。而且,在前2个阶段煤岩损伤变量小于0.2,进入塑性阶段尤其是峰后阶段,损伤变量急剧增大直至破裂。因此,提出了损伤阈值的概念,建议将损伤阈值0.2作为煤岩损伤破裂的预警值。研究结果将为煤岩动力灾害的发生机理、预警及防控提供理论支撑。

64排螺旋CT三期增强用于胃癌术前分期诊断中的价值

目的 探讨64排螺旋CT三期增强扫描在胃癌术前分期中的临床应用价值.方法 选择30例胃癌患者,使用64排螺旋CT进行三期增强扫描,然后将其TNM分期与病理结果进行对比分析.结果 64排螺旋CT三期增强扫描对胃癌T1 ～ T4期的诊断准确度分别为67％,73％,77％和73％,κ=0.74,显示64排螺旋CT三期增强扫描T分期结果与病理结果的一致性较好;同时,64排螺旋CT三期增强扫描对胃癌M0和M1期的诊断准确度分别为100％和77％,κ=为0.89,显示64排螺旋CT三期增强扫描M分期结果与病理分析结果的一致性非常好.结论 使用64排螺旋CT三期增强扫描对胃癌患者进行术前临床分期,其TNM分期的结果与术后病理分析结果的一致性非常高,在胃癌术前分期中具有很高应用价值.

磁共振成像对子宫内膜癌术前分期评估及术式选择的意义

目的了解磁共振成像用于子宫内膜癌进行术前分期评估的方法,探讨磁共振成像技术对子宫内膜癌术前分期评估和手术方式选择的意义。方法选择本院妇科30例子宫内膜癌患者作为观察对象,利用其磁共振成像对患者的肌层浸润程度、淋巴结转移情况、宫颈浸润及术前临床分期等进行评估,然后与术后的病理分析结果进行对比分析。结果经过分析显示,磁共振成像对无淋巴结转移的诊断敏感度和准确度分别为87%和83%;磁共振成像对子宫内膜癌的诊断准确率分别为Ⅰ期(87%),Ⅰa期(73%),Ⅰb(80%),Ⅱ期(93%),Ⅲc期(87%),Ⅳa(100%),Ⅳb期(97%);磁共振成像对子宫内膜癌小于1/2肌层浸润或者无浸润的诊断敏感率为87%,特异度为43%,准确度为87%,其与术后病理分析结果相比无显著性差异(P>0.05),而其对宫颈间质受累的诊断敏感度、特异度和准确度分别为67%,97%,93%,与病理分析结果具有显著性差异(P<0.05)。结论磁共振成像对子宫内膜癌患者的肌层浸润程度、淋巴结转移情况、宫颈浸润具有非常高的特异度和准确度,对患者的病情评估具有非常重要的价值,对术前手术方式的选择具有重要的临床指导意义,值得临床予以推广。

低剂量螺旋CT齿科成像技术在口腔种植定位术前评估中的价值

目的:探讨低剂量螺旋CT齿科成像技术在口腔种植定位术前评估中的应用及临床价值。方法:将患有部分牙齿缺失且要求牙种植的45例患者随机分为A、B、C三组,每组15例,在其他扫描参数不变的情况下,A、B、C三组从机器上设定的最小毫安值开始分别采用60mA、80mA、100mA进行扫描,扫描完成后记录每例患者实际接受的放射线剂量长度乘积(Dose length product,DLP)用于统计学分析,同时将扫描完的原始图像利用CT机上的专业牙科后处理软件包(Dentascan)进行多种后处理重建并进行相关测量。结果:A、B、C三组间患者接受的DLP均具有显著性差异(P<0.05),并且图像质量无明显下降,对颌骨各个径线的测量无任何影响。结论:使用低剂量60mA进行螺旋CT扫描既可以使患者免受大剂量放射线的损伤又能够为口腔种植医师在术前提供准确的测量数值。

薄基岩破碎顶板窄煤柱综采面安全回采技术

为解决薄基岩破碎顶板窄煤柱综采面煤壁易片帮、顶板易冒顶、剧烈周期来压频繁等问题,结合薄基岩顶板的破断特征,研究了关键层对长、短周期来压的作用机理,提出了应用注浆加固技术、延长超前支护距离、密集支柱、超前预注化学浆、加强支护等安全回采技术。

母语负向迁移与英语写作

任何学习过程都有迁移现象 ,母语的负向迁移对英语学习 ,尤其是英语写作的影响非常明显 ,涉及范围较广 ,从词汇到句法 ;从句子到篇章 ;从思维到文化。

低剂量螺旋CT齿科成像技术在口腔种植学中的应用进展

随着口腔种植学的快速发展,螺旋CT三维成像技术越来越多地应用于牙种植术前定位与术后随访,但是受检者在接受多层螺旋CT检查的同时,也接受了大剂量放射线的辐射,从而对受检者造成了一定程度的危害,因此,各家在探讨降低辐射剂量的同时仍能保证图像质量和临床诊断的要求,成为了目前影像界研究的热点课题,本文仅就低剂量螺旋CT在口腔种植方面的应用进展做简要综述。