基于正交设计的大比例模型采场煤体相似材料配比试验研究

针对传统模型材料难以满足大比例模型采场材料需求,结合大比例模型相似模拟试验特点及相似理论,以陶粒、河沙、粉煤、水泥和石膏为原料,设计正交试验,测试试件的物理力学等参数。结果表明:大比例模型采场材料基本特征为低容重、高强度。煤体材料密度随陶粒/骨料比值的增大而减小,抗压强度和抗拉强度随陶粒/骨料、水膏比的增大而减小,随水胶比的增大而增大,弹性模量、黏聚力和内摩擦角随陶粒/骨料和骨胶比的增大而减小。通过多元线性回归分析反算大比例模型采场煤体相似材料配比模型,并通过试验得到不同尺寸试件各试验指标误差在20%内波动,证实了该配比模型的可靠性。

大倾角采场围岩应力分布及矸石充填特征的倾角效应研究

煤层倾角是造成大倾角采场采动力学行为呈现复杂性、特殊性,诱发众多灾害事故的重要因素之一,为揭示煤层倾角对大倾角采场围岩控制及矿压显现特征的影响规律,采用物理相似模拟和数值计算相结合的研究方法,在综合分析了大倾角工作面顶板破断运移及矸石滑滚充填特征的基础上,利用有限元−离散元(FLAC2DPFC2D)耦合算法建立了不同倾角的大倾角采场耦合数值模型,研究了大倾角采场围岩应力分布及矸石充填特征的倾角效应。结果表明:①采动作用下,大倾角采场顶底板内围岩应力均呈非对称拱形分布,随着煤层倾角增大,拱形垂直应力释放区范围和向上部偏移程度逐渐增大,但水平应力释放区范围和应力值逐渐减小,无论是垂直应力还是水平应力都易在工作面上下端头顶板处出现应力集中,但最大集中应力会随煤层倾角的增大而减小;大倾角工作面顶底板内应力大小和传递方向均存在非对称特征,随着煤层倾角增大,工作面顶底板应力拱高逐渐降低,围岩应力的传递方向以围岩涌向采出空间为主,由初始近似竖直方向逐渐偏转趋于工作面垂向。②工作面顶板破断及矸石的滑滚充填具有时序性和分区演化特性,并随煤层倾角的改变而呈现一定的倾角效应。随着煤层倾角增大,直接顶的初次破断位置将逐渐向工作面倾向上部区域转移,同时由于重力沿工作面倾向的分力变大,矸石沿倾向的充填程度更为密实,但充填长度减小,工作面中上部区域高位岩层的破碎程度和空洞范围增大。③采空区内矸石对围岩的作用机制主要体现在提供侧向应力和竖向支撑2个方面,且受矸石重力作用影响较大,会随煤层倾角改变呈现较强的倾角效应。

煤岩组合体应力传递与强度特征倾角效应

大倾角煤层安全高效开采的关键在于对围岩稳定性的有效控制,揭示煤岩组合体采动力学行为倾角效应是大倾角煤层多尺度围岩协同控制的基础。针对煤岩组合体在不同倾角时的层间应力传递、主应力偏转及非均衡变形破坏等力学特征,采用岩石力学试验、数值模拟与理论分析综合互馈的研究手段,分析了煤岩组合体内部主应力展布形态以及变形破坏规律的倾角效应。结果表明:倾角在0°~60°变化时,交界面处的煤岩组合体主应力大小和方向的演化特征分为2类;当层面倾角小于临界倾角α0时,煤岩组合体第1主应力随倾角增大而减小,第3主应力呈“煤减+岩增”的单调演变趋势,主应力方向呈“煤顺+岩逆”的偏转状态;当层面倾角大于临界倾角α0时,煤岩组合体第1主应力随倾角增大而增大,第3主应力变化幅度增大,主应力方向呈“煤逆+岩顺”的偏转状态;煤岩组合体受倾角影响时的2种状态的力学特征不同使得煤岩组合体由“交界面上侧岩体+非交界面部分煤体”转变为“交界面下侧煤体+非交界面部分煤体”的组合破坏模式,即对应于组合体的剪切变形破坏规律向界面处的滑移破坏规律的转变,因而煤岩组合体的强度随倾角增大而降低。研究结果揭示了煤岩组合体应力非均衡传递规律及其破坏机理的倾角效应,对大倾角煤层安全高效开采具有一定的理论参考意义。

大颗粒三氨基三硝基苯的结构表征

叙述了在密闭的高压反应釜中 ,由三氯三硝基苯 (TCTNB)的甲苯溶液与无水氨气反应合成出平均粒度大于 4 0μm的三氨基三硝基苯 (TATB)的实验过程 ,粒径大于 4 0μm的颗粒百分数占 6 0 % ,经结构测定及按 GJB32 92 - 98项目全分析 ,并进行了 SEM的晶体照相 ,结果表明 ,样品为具有规整几何形状 ,层状结构及棱角明显的 TATB。

急倾斜煤层伪俯斜工作面机械化开采煤体运移规律研究

为解决急倾斜煤层伪俯斜工作面机械化开采时,破碎煤体堆积与溜运引发的工作面通道堵塞问题,以贵州省某矿11807工作面为工程背景,采用物理试验和数值计算相结合的方法,对工作面布置参数、待采煤体界面演化和煤体运移特征进行研究,揭示了急倾斜煤层伪俯斜工作面溜运及堆积特征,确定了工作面角度合理布置参数。结果表明:急倾斜薄及中厚煤层伪俯斜工作面机械化开采时,机采区煤体在刨煤机截割作用下卸压、破碎;工作面部分煤体采出后,非机采区域的煤体发生变形破坏,出现破碎;机采区破碎煤体运移以沿溜槽的铅垂方向运动为主,矿压自溜区松碎煤体首先垂直于顶板运动,继而出现平行于顶板方向的倾斜运动,最终沿工作面倾斜方向加速运移;溜槽工作面煤层倾角与溜运角呈线性函数关系;工作面伪倾角越大,煤炭资源相对采出率越高;当该工作面伪倾角为32°,伪斜角为49.7°时,工作面溜煤效果最佳。

含煤线夹矸岩体力学特性及变形破坏特征的数值实验

为探究含不同煤线夹矸岩体的力学特性及变形破坏特征,基于颗粒流PFC2D数值模拟软件,分别建立了不同煤线层数、厚度、倾角的夹矸岩体单轴加载数值实验模型,研究了煤线层数、煤线厚度、煤线倾角对夹矸岩体力学特性及变形破坏的影响机制,以及不同煤线倾角夹矸岩体变形破坏过程中的能量演化特征。研究结果表明:相同含煤比重下,煤线厚度对夹矸岩体的影响要显著于煤线层数,煤线层数的改变对夹矸的弹性模量和抗压强度的影响较大,对夹矸破坏形式影响较小,而煤线厚度的改变则易引起破坏形式的改变;夹矸岩体的弹性模量和单轴抗压强度相对于煤线倾角的关系曲线均近似呈“U”形,即随煤线倾角的增大,均表现为先减小后增大的变化规律,但二者近似取得最小值的角度不同,弹性模量在45°左右达到最小值,而单轴抗压强度最小值则出现在倾角约为60°;随煤线倾角增大,夹矸的破坏模式将呈现岩石主控压裂破坏-煤线主控滑移破坏-煤线主控劈裂破坏的演变特征;夹矸岩体变形破坏过程中的能量演化亦表现出一定的倾角效应,各加载阶段,夹矸内应变能、黏结能、摩擦能、动能相对于边界能占比随煤线倾角的变化曲线,也近似呈现出以45°为对称轴而两侧较为平缓的“U”形。