冲击荷载下加卸载效应对冲击性岩石力学特性的影响

为研究矿井基本顶周期来压对冲击性矿柱动力学特性的影响,采用一维动静组合加载SHPB实验装置对循环加卸载预处理过的冲击性砂岩开展动态冲击实验,实验中预先设置3种不同的轴向循环阈值:6、12、18 MPa,然后进行不同冲击气压条件下的动态压缩实验。探讨了不同循环阈值和冲击气压下冲击性砂岩动态力学响应特性、能量演化规律及碎块分布特征。研究结果表明:岩样动态应力−应变曲线整体划分为弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段。动态应力−应变曲线起始阶段近似直线,不存在静态单轴压缩中的裂隙压密阶段。平均动态抗压强度、平均动态弹性模量和平均动态变形模量随循环阈值增大先增大后减小;而平均动态峰值应变随循环阈值增大先减小后增大。临界阈值处岩样平均动态抗压强度、平均动态弹性模量和平均动态变形模量最大,平均动态峰值应变最小。反射能和耗散能密度随循环阈值增大先减小后增大;而透射能随循环阈值增大先增大后减小。临界阈值处岩样反射能和耗散能密度最小,透射能最大。冲击荷载下岩样呈4种破坏形态:粉碎破坏、岩块碎裂、岩块侧面剥落脱离、岩块劈裂。各冲击气压下岩样分形维数随循环阈值增大先减小后增大,随耗散能密度增加呈非线性增长。冲击性岩石致密性越好,冲击破坏时剧烈程度越弱,碎块块度越大,耗散能密度越小,分形维数越小。研究结果表明矿井基本顶周期来压小于冲击性矿柱损伤门槛值时,周期来压可提高岩层密实性,进而影响动态冲击时的破坏程度。

浅析巷道底鼓机理及其防治措施

近年来,随着采矿工程向着煤田深处不断延伸,巷道围岩压力逐渐增大,巷道发生底鼓的现象日益增多,严重影响巷道的正常使用和矿井的安全生产。本文简要叙述了巷道底鼓的类型、破坏形式,分析了巷道发生底鼓的原因并提出了针对巷道底鼓的几点防治措施,为维护巷道的正常使用提供了一定的依据。

利用套孔应力解除法测量矿山原岩应力

矿山原岩应力的测量是矿山工程设计、安全施工与生产必不可少的原始资料之一。分析了利用套孔应力解除法测量矿山原岩应力的方法,为矿山原岩应力的测量提供了一定的理论基础。可为相关管理部门科学决策提供依据。

模糊评价分类模型在矿井底板突水判别中的应用

为了减少煤矿底板突水带来的危害,辨别煤矿底板突水的可能性,建立了矿井底板突水模糊评价分类模型,进行矿井底板突水预测。在建立模型的过程中,综合考虑多种影响底板突水的因素,依据原始标准样本构建标准分类表,并运用Matlab编程给出检验结果和预测结果。实例表明,模糊评价分类模型在煤矿底板突水预测中可以取得满意的预测精度。该方法在煤矿底板突水预测中的应用进一步拓宽了模糊数学的应用范围,并提供了一种可借鉴模型。

井筒变形预测与保护措施研究

针对鹤壁二矿井筒与工业广场保护煤柱的开采,确定了采用膏体充填分层下行式开采的方法,并计算出了允许的地表最大下沉系数为0.15。在此开采方法下,进行了井筒变形的预测,得出随着工作面向井筒推进,井筒下沉和拉伸变形也相应变大,当工作面推过井筒50 m时,井筒变形达到稳定;并根据预测结果进行了保护措施的选择。

矿井水的主要类型及其防治措施

该文通过对实际经验的总结,分析了矿井水的主要类型及其特点,并针对不同的水害提出了相应的防治措施。笔者认为只要根据矿井水害的实际情况,然后采取相应的防治措施,矿井水灾害是可以消除的,从而实现煤矿的安全生产。

与国际高等教育接轨的研究生培养模式探究

研究生培养是高等教育中的重要组成成分。很多研究生在开展文献综述工作时往往只局限在国内中文参考范围内,而忽略国外英文参考文献。针对该现状,该文分析造成这种局面的原因并给出相应的解决方案。首先,高等院校可为研究生开展学术培训,着重讲解各种英文数据库及学术工具的使用方法;此外,高等院校可以鼓励或资助研究生参加国际性学术会议并作学术报告,并通过英语与国际同行开展交流;最后,高等院校可以邀请国外学者在国内开展学术报告或其他交流活动,并动员研究生积极参加,为后期的合作研究铺垫基础。通过采取以上举措,旨在建立与国际高等教育接轨的研究生培养模式。

基于BP网络-突水系数理论的突水预测

底板突水预测是保证煤矿安全生产的重要环节,对煤矿的正常生产有着重要的意义。突水系数理论因其方便可操作性在底板突水预测中有着广泛的应用。本文通过实例分析指出突水系数理论在理论突水系数与临界突水系数相差较大时有较好的预测效果,但在临界突水系数附近却存在明显的波动性。为弥补突水系数理论的不足,本文引入BP神经网络对临界突水系数附近的样本进行预测分析,预测结果与实际情况相符,预测效果较好。建议在底板突水预测中首先采用突水系数理论进行预测,对其中处于临界突水系数附近的样本进行BP神经网络预测,可以保证预测效果。

基于针入强度的不同含水率煤样强度弱化特征与微观机制

利用废弃矿井采空区作为储水空间对矿区的生态环境和经济发展起着重要作用,水浸作用下煤岩体强度直接影响地下储库的稳定性,有必要研究含水率影响下煤岩体的稳定性。针对关闭矿井大台矿井煤体各向异性强的特点,研究了低损测试针入强度与煤样抗压强度和抗拉强度的相关关系。在此基础上,研究了同一煤样不同含水率强度的变化规律,并借助CT扫描分析了水浸孔隙演化与强度弱化的内在机制。研究结果表明:不同含水率煤样单轴抗压强度(UCS)和巴西劈裂抗拉强度(BTS)与煤样针入强度(NPI)分别呈线性关系和负指数关系,煤样针入强度能够很好地匹配煤样单轴抗压强度和劈裂强度。因此,可以利用针入度指标评价煤样的强度,进而实现同一煤样不同含水率的低损循环测试,降低煤样各向异性对试验结果的影响,同时也为现场快速测试煤样强度提供有效手段。随着含水率的增加,煤样的针入强度呈指数式减小。由干燥到饱和,煤样针入强度降低幅度为86.55%。浸泡前后连通性孔和孤立孔的孔隙率分别上升了1.58%和0.97%,总体孔隙率上升2.55%,而矿物成分的体积占比下降了1.96%。煤样浸水过程中连通孔内部的黏土矿物成分遇水膨胀溶解导致煤样孔隙率变化。孔隙率(孤立孔和连通孔)的增加使得损伤裂隙沿着孔隙发育,更容易形成贯通裂隙,进而导致强度降低。此外,水充满连通节理使得裂隙强度大幅度降低,造成损伤裂隙更容易沿着弱面扩张,进一步降低煤样强度。

煤矿深部开采冲击地压灾害结构调控技术架构

煤矿冲击地压灾害频发依然严重制约煤炭深部安全高效开采,冲击地压灾害研究需将发生机理、监测预警及综合防治相互关联,建立深部开采冲击地压综合防治体系。以冲击地压防治为目的,提出了冲击地压灾害防治的结构调控理念、科学内涵以及冲击地压结构调控技术路线,分析认为煤岩体结构是导致围岩应力场演化的根源,系统结构变化是引起应力变化及转移的根本原因,应力仅是系统结构变化的外在显现形式,冲击地压灾害防治应从调控煤岩体结构出发。通过对冲击地压灾害机理及防治有关问题的梳理,提出了深部冲击地压灾害结构调控核心科学问题,包括扰动作用下冲击性煤岩体应力场时空演变、深部冲击地压多元前兆信息耦合辨识及预警、深部高应力煤岩体的结构调控及减冲机制。在此基础上,提出了应力-电磁辐射-地音-微震监测构成的多元监测预警体系,以实现对采区范围内巷道、采场及覆岩结构破裂的多尺度监测。根据由区域子系统和局部子系统组成的深部开采冲击地压灾害结构调控技术路线,提出由保护层+负煤柱开采、水力压裂、深孔爆破及大直径钻孔组成的结构调控体系来实现降低冲击地压灾害发生的危险性。结构调控体系已在山东某矿埋深1300 m的4号煤层成功应用,验证了该体系防治冲击地压灾害的可行性及科学性。

基于残余剪切强度的全长黏结锚杆拉拔模拟

采用数值模拟方法,研究了全长黏结锚杆支护的力学传递机制。基于锚杆与锚固剂接触面剪切失效行为,提出了一种考虑接触面残余剪切强度的黏结滑移模型,并将其嵌入到桩单元中。利用锚杆拉拔试验,验证了该黏结滑移模型及对应的数值模拟结果的准确性。基于验证后的数值模拟模型,研究了锚杆与锚固剂接触面残余剪切强度、剪切刚度系数和黏结长度对锚杆支护效果的影响。结果表明,接触面残余剪切强度对锚杆最大支护阻力及残余支护阻力有显著影响,是锚杆支护分析中不可忽略的因素。此外,随接触面剪切刚度系数增加,锚杆最大支护阻力明显增大,但其对锚杆残余支护阻力没有明显影响。

基于桩结构单元的锚杆支护数值计算研究

为了研究锚杆支护中可能会发生的杆体破断这种力学行为,采用FLAC^(3D)软件中的桩结构单元对锚杆进行模拟,并与物理试验的结果进行了对比,验证了数值计算的有效性;采用控制变量法研究了锚固剂的黏聚力、剪切刚度、内摩擦角及围压等参数对锚杆承载性能的影响。结果表明:锚固剂黏聚力对锚杆的支护阻力有重要影响,黏聚力过大时,锚杆受载后会发生杆体断裂;此外,随着锚杆周围围压的增大,锚固体的破坏方式从杆体与锚固剂接触面上的黏结破坏转变为杆体的拉伸破坏;在高围压条件下,更容易出现杆体的拉伸破坏。

FLAC3D在《采矿概论》课程教学中的应用

《采矿概论》是一门针对非采矿工程和安全工程专业本科生开设的通识教育必修课,通过该课程让学生们学习和认识到采矿工程中的相关专业知识和问题。但由于学生们欠缺与采矿工程相关的知识基础,因此在学习本门课程的过程中存在理解困难等问题。针对这种状况,文章作者提出将三维数值计算软件FLAC3D应用于本门课程的授课中,利用FLAC3D强大的建模能力,构建关于采矿工程问题的三维模型并在课堂上演示,以帮助学生们理解采矿工程的相关知识。在本论文中,作者以三个案例为基础,讲解了FLAC3D在课堂授课中的演示过程。

《工程地质学》教学中的工程特性与教学新方法探讨

《工程地质学》是采矿工程、地下工程及地下建设工程等专业的必修专业课,具有知识经典性、介质复杂性、涉及范围大等特点。当前授课的对象又是“新新人类”,追求新异、思维活跃、考虑问题角度新颖和感性认识强于理性认识是这一群体的突出特点。如何在如此复杂的教学对象面前讲授好如此复杂的知识,需要广大任课教师深入思考。本文探讨了笔者自2015级开始教授这门课过程中发现的几个问题,并阐明了可实践探索的路径。

一种剪切模具的设计及其教学应用

针对传统变角板剪切模具重量大、安装和拆卸复杂且容易砸坏液压管路进而诱发安全事故等问题,设计了一种重量较轻且易于安装和拆卸的剪切模具,并利用该剪切模具研究了人工岩样的剪切性能。研究发现,随着倾角增加,试件最大压缩荷载显著下降,两者呈线性相关。基于力学分析获得试件剪切强度与法向应力的作用关系,利用莫尔-库仑准则分析了人工岩样的内聚力和内摩擦角等剪切性能参数。实验结果与前人研究结果规律一致,验证了该剪切模具的可靠性。将模具在本科实验教学中应用,发现其安全性能较好,显著提升了学生对实验教学的参与程度。

疫情防控下采矿工程专业实践教学方式探究

中国矿业大学(北京)采矿工程专业是教育部指定建设的“双一流”学科专业,其具有极强的实践性。为了便于本专业学生有效学习专业课知识,学生需进行认识实习实践课程的学习。之前,学生需要在矿山完成该课程的学习,通过现场实践学习矿山的基本概况。但2020年受新型冠状病毒肺炎疫情影响,实习矿井普遍暂停了接待实习的工作。为继续完成本科生的实习课程,本校采矿工程专业采用虚拟仿真实验系统完成实习任务。基于所开发的网络端虚拟仿真系统,让学生学习到井下矿山环境和采煤方法等专业知识,取得了较好的实习效果。这种新的实习模式,为日后可能继续进行的线上实习提供了参照。

西部矿区厚基岩特大采高工作面导水裂隙带发育特征

为了获得西部矿区部分厚基岩、中等埋深赋存条件下特大采高工作面裂隙发育特征,以上湾矿12401工作面为例,采用经验公式、数值模拟与现场实测相结合的方法进行了对比研究。结果表明:现阶段针对我国东西部矿区典型地质条件获得的经验公式很难适用于本文特大采高、厚基岩、中等埋深地质条件下的工作面。基于西部矿区地质条件的经验公式预测结果明显偏大,而基于东部矿区地质条件的经验公式预测结果则明显偏小。基于损伤本构模型的数值模拟结果与实测结果误差小于5%,工作面推进过程中导水裂隙带的发育特征为:由于覆岩软硬岩层的存在,导水裂隙带向上呈台阶形发育;裂隙带形态随着采动程度的变化从“拱形”(三维“壳形”)转变为“马鞍形”(三维“盆状形”)的发育过程。

采矿概论B实验教学方式探索

为让非采矿和非安全专业的本科生更好地学习采矿概论B这门课程,提出在实验教学中,将物理模型实验和虚拟仿真实验进行结合。在物理模型实验中,教师对物理模型进行讲解,并让学生操作模型装置,让学生熟悉井下巷道及设备的基本概况;在虚拟仿真实验中,要求学生亲自操作仿真系统中的装备并完成对应的工艺流程,身临其境地感受到井下作业环境。针对这种教学方式,专门建立实验结果评价机制。该教学方式有助于提升学生的学习兴趣和提高学生对理论知识的理解程度。

矿山VR教学系统在《采矿概论》课程中的应用

采矿工程本身就具有系统复杂,井巷交错,立体性强的特点。针对当前非采矿工程专业学生在《采矿概论》学习中普遍存在层次感不清,系统模糊等问题,提出了将虚拟仿真VR技术引入教学过程中的方法,建立了煤矿开采虚拟仿真漫游教学系统。将教学中的难点内容和演示性实验项目虚拟和仿真化,能够使得学生更加直观立体的了解整个采矿系统。该系统在全校《采矿概论》教学中进行了应用,提出了具体的教学方法。该虚拟教学系统的应用取得了较好的效果,为工程类专业教学改革提供有益的经验。

中奥矿业类高等学校采矿工程师专业课程体系对比研究

矿业类高等学校作为我国高层次人才培养的主要单位,担负着我国矿业人才的培养。自教育部于2010年发布了“卓越工程师教育培养计划”后,我国矿业类高校逐步实施卓越工程师培养方案。为了对比我国卓越工程师培养方案与国际工程师培养方案的异同,文章以中国矿业大学2016年版采矿工程专业“卓越工程师”与奥地利莱奥本矿业大学“国际采矿工程师”培养课程体系为列,对比分析了我国采矿工程师专业课培养体系与国际上采矿工程师专业课培养体系之间的关联与区别。对比分析结果表明两个版本在课程总体设置上基本一致。但在课程细致程度以及课程种类上卓越版要优于国际版。卓越版更加能够匹配当下采矿工程的发展方向。