煤矿地下水库坝基层间岩体破坏及突渗力学模型

煤矿地下水库技术为西部矿区矿井水资源储存和利用提供了新的途径。煤矿地下水库安全稳定的科学问题之一是开采扰动下煤岩体渗透特性突变机理及量化表征。以陕西大柳塔煤矿为原型开展了煤矿地下水库层间岩体裂隙演化的物理相似模拟试验和三轴循环加卸载渗流耦合试验。结果表明:下煤层工作面朝上部水库推进过程中层间岩层发生拉伸剪切破坏,裂隙逐渐向水库坝体方向延伸,采用数字散斑方法观测到坝基岩体裂隙网络由离散局部变形连通形成宏观裂缝,并贯穿至煤柱坝体;从几何和拓扑角度定量地分析了裂隙网络的幂律分布特征,证实了裂隙演化在空间上存在连通概率,岩层的裂隙网络连通属于渐进式,区别于岩石试件裂隙激增式扩展过程。综合考虑原岩应力、初始采动应力、循环加卸载等作用,发现采动应力导致煤体的体胀作用远大于砂岩,砂岩作为硬岩关键层有利于抑制裂隙扩展和渗透增加;采用基于分数阶理论的非达西渗透率公式计算瞬态法测试的渗透率,相比常规计算方法具有更好的灵敏性,渗透率突变伴随着应力突降、体应变激增、破裂信号陡增等行为,揭示了渗透率的本质是裂隙网络的拓扑连接,提出了突渗的力学定义和拓扑定义。采用逾渗理论将裂隙网络连通视为连续相至非连续相的跳跃行为,建立了煤岩体突渗的逾渗模型,经应力渗流、蠕变渗流等试验验证模型有效且形式简单,为突渗力学行为的数学描述奠定了基础。

混合动力轿车热泵系统NVH控制技术研究

热泵系统的振动噪声性能在新能源汽车整车NVH舒适性评估中起到至关重要的作用。本文根据热泵系统的结构和工作特点,结合汽车振动噪声控制原理,从振动噪声激励源、结构模态分布、传递路径、评价工况等多个维度开展了热泵系统振动噪声控制方法研究。通过分析某国产混合动力轿车在热泵产品开发中的NVH问题,提出相应的解决方案。结果表明:热泵NVH控制是一个系统工程,压缩机、空调管路、HVAC箱体、声学包以及压缩机控制策略是NVH的重要影响因素,为新能源汽车热泵系统的振动噪声性能控制提供了清晰的技术参考。

油页岩矿松软破碎围岩巷道变形机理及控制技术

为了探讨松软破碎围岩巷道合理的控制方法,通过现场调查、实验室实验和理论分析及数值计算方法,对吉林桦甸油页岩矿支护现状进行分析,总结破坏原因。并针对其破坏特点,提出了以自钻注浆锚杆为核心,锚网喷+全封闭U型钢可缩性金属支架耦合支护技术。工程实践表明:采用自钻注浆锚杆为核心的耦合支护结构,有效地解决了松软破碎围岩巷道的支护问题。

“三硬”煤层开采覆岩活动规律相似材料试验研究

为研究"三硬"煤层开采覆岩活动规律及采动支撑压力变化,以忻州窑矿8935工作面为研究对象,通过开展相似材料模拟试验,分析"三硬"煤层开采覆岩破坏特征及应力变化规律,得出上覆岩层损伤演化规律。结果表明:顶板垮落规律明显,初次垮落具有突发性,无明显征兆,且初次垮落步距较长,周期来压规律明显;开采过程中顶板、底板、煤层支撑压力动态变化,且应力集中系数最大值出现在煤层中,极易出现煤层突出。根据顶、底板应力变化规律划分支撑压力影响区域。

动静载荷作用下片麻岩蠕变实验及非线性扰动蠕变模型

深部巷道围岩应力状态处于岩石强度极限邻域内,围岩会产生较大的蠕变变形,特别是深部扰动荷载对巷道围岩蠕变变形的影响更为敏感。为了研究深部岩石在扰动载荷作用下的岩石非线性蠕变特性和蠕变扰动效应,利用自行研制的岩石三轴扰动蠕变试验台,以片麻岩为岩石试样,采用分级加载方式,开展静载轴压、不同扰动幅值、不同扰动频率作用下的岩石单轴压缩扰动蠕变试验,得到扰动载荷对岩石蠕变特性的影响。试验结果表明:轴压是岩石蠕变变形的主导因素,随着轴压的增加,岩石蠕变变形量逐渐增大;岩石蠕变变形量随着扰动幅值和扰动频率的增加而增大,在相同轴压和作用时间的情况下,扰动幅值对岩石蠕变变形比扰动频率明显;在相同的扰动条件下,随着轴压的增大,岩石蠕变破坏受扰动作用影响越大,当轴压大于40 MPa时,岩石蠕变受扰动影响敏感度越高;每次扰动加载后,岩石蠕变应变量出现台阶式突增,同时蠕变曲线也出现陡突现象,随着扰动幅值和扰动频率的增大,突变值越大。以试验结果分析为依据,引入非线性黏塑性扰动蠕变元件和损伤原件,并与Burgers串联,建立了岩石非线性扰动蠕变损伤复合模型。采用基于模式搜索的改进的非线性最小二乘法反演蠕变参数,并将蠕变方程计算结果与实验结果进行拟合,效果良好。

渗透动水压力作用下裂隙岩体渗流与应力耦合分析

针对裂隙岩体的渗透水压力使岩体应力产生非常大变化,同时应力变化也影响裂隙岩体渗透性。考虑岩体渗流和应力耦合分析是研究地下水活动规律的首要问题。当岩体以裂隙为主,且其分布较密集时,可将岩体系统看作等效连续多相介质体系。运用等效连续介质理论,建立了等效连续岩体渗流与应力耦合分析的数学模型,充分考虑了渗透水压力和裂隙的存在对岩体应力及孔隙裂隙水压力变化产生的影响。给出了渗流场与应力场耦合分析的工程算例。

渗透水压力作用下软岩蠕变特性及变参数蠕变模型

针对渗透水压力作用下极软岩石巷道蠕变变形量大、容易突水等问题,选取油页岩为软岩试样,采用室内蠕变试验与理论分析相结合的方法,分析渗透水压力作用下软岩蠕变特性,建立了考虑渗透水压力的变参数软岩损伤蠕变模型。结果表明:随应力水平提高,起始蠕变速率增大,进入稳态蠕变阶段用时延长,瞬时应变以线性关系增加;在蠕变过程中,随渗透水压力增加,岩石蠕变变形量呈先减小后增加的趋势,表明渗透水压力增大了岩石蠕变变形的能力;采用1st-Opt中的Levenberg-Marquardt+通用全局优化法反演蠕变参数,所得理论曲线与试验曲线吻合较好,表明所建模型合理。

油页岩地下开采巷道围岩的流变特性及工程应用

为研究油页岩巷道围岩的流变特性,采用岩土SJ-1B三轴蠕变仪对油页岩进行了三轴蠕变试验。根据试验结果,建立了油页岩非线性蠕变方程。根据上述非线性蠕变方程,以吉林桦甸油页岩矿一井运输大巷为工程背景,分析了围岩的应力场和位移场,并对不同支护强度和应力状态下的蠕变变形进行了系统的分析。研究结果表明,油页岩蠕变具有非线性,控制油页岩巷道围岩过量变形的根本途径是改变围岩的应力状态,以及适当提高锚杆、锚索的初始预应力。本文为有效控制油页岩开采时巷道围岩的有害变形提供了理论依据。

降雨要素对黄土边坡渗流及稳定性的影响

降雨是引起边坡失稳的主要原因之一,降雨要素与边坡稳定性有着复杂的关系,其中降雨强度和降雨历时起主要作用。基于多孔介质流体力学、土力学等理论,考虑不同降雨要素对饱和-非饱和土质边坡稳定性的影响,建立了降雨条件下土质边坡稳定性流固耦合模型;采用Geo-slope分析软件进行了数值求解。通过数值仿真模拟,对降雨强度和降雨历时两个影响因素进行了深入分析,得出不同条件下土质边坡稳定系数,及其与降雨强度、降雨历时之间的关系;在对降雨条件下边坡稳定性模拟预测预报的基础上,通过降雨要素与土质边坡稳定性之间关系的分析,探讨了土质边坡的安全性问题,可以为有效指导土质边坡防护工作提供理论基础。

渗透压循环加卸载作用下页岩渗透率演化规律研究

为研究页岩在渗透压循环加卸载作用下渗透率演化规律,利用改进的脉冲衰减气体渗透率测量装置对页岩进行不同围压、不同渗透压循环加卸载试验。试验结果表明:初始围压的大小会影响页岩的初始渗透率,初始围压越大初始渗透率越小;在定围压循环加卸载渗透压的过程中,渗透率随着渗透压的加载而增大,随着渗透压的卸载而减小;在同一渗透压加卸载循环中,加载阶段和卸载阶段的渗透率曲线不重合,且卸载阶段渗透率曲线位于加载阶段渗透率曲线的上方;对渗透率随渗透压循环加卸载的变化关系进行拟合,拟合结果符合二次函数关系,相关系数大于95%。

“三硬”煤层冲击矿压的微震信号特征分析

为研究顶板、底板和煤层相对较硬的"三硬"煤层工作面微震活动规律,以忻州窑煤矿微震监测系统为工程背景,针对震源分布特征、微震能量及频次与采动的关系、典型冲击矿压微震信号特性分析等方面进行研究,揭示工作面微震活动总体规律,特别是冲击矿压前兆的微震效应,为建立"三硬"冲击矿压微震预测技术、评价矿井冲击矿压提供依据,具有一定理论意义与实用价值。

弱崩解性软岩干-湿循环条件下崩解特性试验研究

为填补岩石崩解特性研究中有关弱崩解性软岩崩解特性的研究空缺,从而为解决相关工程问题提供更全面的理论依据,以阜新市海州露天矿粗砾砂岩、泥岩等4种弱崩解性软岩为研究对象,进行干-湿循环崩解试验,结合试样的电镜照片、矿物成分、物理指标研究崩解作用下4种软岩的形态、静态崩解指数以及崩解比的变化规律。结果表明:弱崩解性软岩的崩解性与其矿物成分、结构特征以及物理性质密切相关;依据崩解指数判断弱崩解性软岩的崩解性不够准确,利用崩解过程中软岩整体级配的变化规律(崩解比)来判断其崩解性更精确;弱崩解性软岩内部裂隙和微裂隙表面对水的吸附作用产生的楔裂压力以及亲水性黏土矿物与水反应产生的膨胀应力,二者共同作用引起软岩发生崩解破坏。

急倾斜软底煤巷围岩蠕变试验及变形控制

为解决急倾斜软底煤巷围岩蠕变量大、控制难的问题,以大安山矿为研究对象,采用室内压缩蠕变试验及数值模拟相结合的方法研究煤巷围岩蠕变规律。对底板泥质砂岩和顶板砂岩分别进行不同围压下分级增轴压的蠕变试验,根据曲线特征选取Cvisc蠕变模型、计算蠕变参数并反演。采用Flac3D中蠕变模块,对原支护和改进支护效果进行模拟对比分析。结果表明,围压从0 MPa增大到4 MPa时,泥质砂岩蠕变破坏强度从12 MPa提高到19.4 MPa;随着应力水平提高,不同岩样的瞬时变形、衰减蠕变持续时间和稳态蠕变速率均增大;泥质砂岩比砂岩蠕变变形明显;岩样蠕变特性可用Cvisc模型描述。煤层底板侧软岩强蠕变造成煤巷左帮大变形和底鼓;确定二次支护时机为一次支护后300~400 h;改进支护方式后,煤巷围岩变形得到有效控制。

尾砂压缩固结特性试验及e-P曲线模型分析研究

为探索压实度K和含水率ω对铅锌尾砂压缩固结特性的影响,采用WG三联高压固结仪对铅锌尾砂开展了标准固结试验,基于修正后的e—P曲线分析模型来分析铅锌尾砂的压缩固结特性。结果表明：（1）压缩系数av1-2随K增大而减小。当ω〈ωopt时,av1-2在0.034-0.092 MPa-1间波动;当ω≥ωopt时,av1-2随ω增大而增大。ω≥15%时,尾砂属中压缩性土;ω〈15%时,尾砂属低压缩性土。（2）固结系数Cv随K增大而降低,随ω增大而先增大后减小,ω=9%时Cv最大。（3）修正了e—P模型并优化模型参数,验证了模型的正确性与合理性。该研究结果为尾矿库（坝）的稳定性分析提供了试验和理论基础,为尾矿库的安全运行与回采利用提供科学依据。

承载段输送带压陷阻力理论研究

研究承载输送带压陷阻力能耗机理,可以为设计低能耗、高速度、大运量、大功率输送机提供理论依据。通过对运行中输送带与物料间相互作用机理研究,覆盖层采用三元件固体模型,基于平型托辊上输送带压陷阻力能耗理论,推导出承载输送带通过槽形托辊时压陷阻力及压陷阻力系数计算公式,并结合具体输送机技术参数,利用公式和MATLAB软件对几种主要影响因素进行了分析和探讨,结果表明该公式能够正确反映各种因素对压陷阻力系数的影响,可以通过选配合适的输送带黏弹性参数,并结合调整输送带和输送机的结构参数达到降低输送带压陷阻力的目的。

基于素质模型的高等院校创新型人才培养模式研究

素质模型注重从模型构建的角度来明确学生培养中所必须具备的素质,这对于创新人才的培养有着非常重要的价值。针对当前科技创新人才培养中的局限性,高校需要以素质模型理论为基础,从培养理念、培养方法、培养阵地以及考核活动等角度来提升人才培养质量。

高校生命教育与心理健康教育的建构研究

生命教育是永恒的教育主题。心理健康教育的价值在于促进人的身心健康,而健康的价值在于提升人的生命意义与境界,因而生命教育是高校心理健康教育开始深入到人的精神世界的重要趋势,关怀生命也成为心理健康教育的核心价值。心理健康教育与生命教育有着息息相关的联系,但目前的心理健康教育中,虽然融入了生命教育的版块,但无论是教材、形式,还是方法,对生命教育的理解和深入还是不足的。生命教育与心理健康教育的建构是高校心理健康教育走向深入的一个领域。

不同含水状态对坚硬煤层冲击倾向性影响研究

为研究不同含水状态对坚硬煤层冲击倾向性指标的影响规律,以忻州窑煤矿8935工作面为工程背景,开展不同含水状态下煤体冲击倾向性实验,分析动态破坏时间、弹性能指数、冲击能指数及冲击倾向性随含水状态变化的特征。结果表明:坚硬煤层冲击倾向性随含水率增加而降低,同时动态破坏时间随含水率增加先增大后减小,弹性能指数、冲击能指数均随含水量增加而呈现降低趋势,冲击能指数受含水率影响较大。

基于主应力表征参量的底板破坏影响模拟研究

为了研究晋华宫煤矿底板破坏影响程度的问题,依照工程实际采用FLAC^(3D)软件模拟该矿7-4~#煤层开采过程中底板主应力分布及变形情况,应用主应力差和主应力比这2个力学表征参量,分析了一侧采空与两侧采空条件下煤柱底板主应力参量分布规律。数值模拟结果表明,煤柱附近的主应力差呈蝶形分布,采空区周围主应力比以包络圈形式分布。通过对一侧采空与两侧采空底板主应力表征参量的对比分析,发现两侧采空比一侧采空的煤柱附近具有更高的主应力差集中现象,最终得出底板破坏深度可达5 m,影响深度可达43 m,与现场所得数据吻合,验证了用主应力表征参量——主应力差和主应力比来分析底板破坏的合理性。

基于ADAMS的启动阀动力学仿真与优化

文章根据阀芯运动过程中,电起爆器产生的燃气推力随容腔的增大而减小的现象,建立了阀芯的受力数学模型。同时,基于ADAMS提出了一种有关阀芯的动力学分析方法,并在此基础上,对电起爆器能量进行了优化,有效解决了工作过程中出现的阀芯变形问题。最后,通过寿命试验验证了该分析方法有效可行。