软硬互层岩体采场底板的应力分布及破坏特征研究

考虑底板岩体分层特性,将采场底板视为弹性层状半无限平面体,采用传递矩阵法建立层状底板的应力计算模型。用Matlab编制了相应的计算程序,求解得到不同分层深度处的底板应力分布,根据Mohr-Coulomb准则判断底板塑性区分布。新建模型考虑了不同底板岩性及其组合条件,理论计算得到的底板破坏深度比传统方法更符合实际,建立不同的软硬互层采场底板模型,分析了岩体的软硬性质对采场底板应力分布和破坏特征的影响。研究结果表明,硬岩底板对支承压力具有降低和扩散作用,降低作用减小了底板深处应力,有效地抑制了采场底板破坏深度;扩散作用加大了下卧岩层的应力影响范围,导致下卧岩层破坏范围增加,软岩底板由于其承载能力弱,会加剧底板应力的集中程度,导致底板岩层的破坏深度和范围都大大增加。

基于RES方法的煤层自燃危险性预测模型

为对开采煤层的自燃危险性进行有效预测,引入岩石工程系统理论,综合分析各因素之间的相互作用关系,构建交互作用矩阵,并进行编码。通过因果分析图对各影响因素的参数优势和交互作用强度进行定性分析,同时建立基于岩石工程系统理论的开采煤层自燃危险性预测模型,并选用已知样本对模型预测结果进行验证。结果表明,该预测模型为开采煤层自燃危险性预测提供了一种方法,可靠性较好,有应用价值。

RES理论在煤与瓦斯突出危险性预测中的应用

为提高煤与瓦斯突出危险性预测的准确性,引入岩石工程系统理论,利用交互作用矩阵描述各影响因素间的作用关系,通过因果分析图来分析各因素的交互作用强度和参数优势特性.同时建立基于岩石工程系统理论的煤与瓦斯突出预测模型,并对预测结果进行验证.研究结果表明:该方法具有较高的准确性及可信性,能够有效地预测煤与瓦斯突出的危险性.

基于全卷积神经网络的钻孔瞬变电磁法岩层富水性预测研究

巷道掘进前方采用钻探或地球物理方法进行超前探测含水层的位置及富水性,提前做好防治水工作对煤矿安全生产至关重要。利用钻孔瞬变电磁法(BTEM)进行超前探测优势明显,目前解释方法是根据计算的电阻率进行岩层富水性的定性分析,还无法实现对含水层富水性等级进行预测。提出利用钻孔瞬变电磁法探测,采用全卷积神经网络(FCNN)方法进行钻孔外围含水层富水性等级的准确预测。首先,依据阿尔奇公式、Kozeny–Carman公式、导水系数公式和单位涌水量公式,建立砂岩含水层单位厚度的电阻率与按钻孔单位涌水量划分的含水层富水性4个等级的对应关系;其次,建立全空间条件下不同富水性岩层的地质–地球物理模型,采用三维时域有限差分法(FDTD)进行全空间瞬变电磁场数值模拟;为了接近实际情况,在正演结果中加入了5%~15%的随机噪声,提取与岩层富水性等级关联的特征参数,采用全卷积神经网络(FCNN)进行了岩层富水性等级预测的训练和仿真测试,测试集预测的富水性等级平均准确率为91.8%;最后,利用某矿煤层水力压裂后的钻孔瞬变电磁法实测数据进行煤岩层富水性等级预测,检验FCNN方法预测效果。研究结果表明:采用全卷积神经网络预测钻孔附近岩层富水性是可行和有效的,可以实现钻孔径向方向岩层富水性等级的准确预测,提高了钻孔瞬变电磁法对钻孔外围岩层富水性的探测精度,该方法将在超前探测岩层富水性方面发挥重要作用。

层状底板采动应力场的解析计算模型研究

针对底板岩层分层分布的特征,建立了层状底板采动应力场的解析计算模型。通过Fourier变换,得到了任意深度的底板岩层应力和位移分量与采场支承压力之间的传递矩阵关系;基于传递矩阵推导出总体刚度矩阵,从而求得底板应力在积分变换域内的解答;然后基于离散快速傅里叶逆变换计算方法,采用Matlab编程求解出底板深度处的应力解析解,并与传统的均质底板模型计算结果进行了对比分析。分析结果表明:底板岩层的分层特征对其应力场分布存在明显的影响,本文所采用的刚度矩阵方法考虑了不同层岩体形变参数对采场支承压力传递规律的影响,得到的结果更符合实际。该研究对于准确计算采场底板应力分布和破坏深度具有一定的理论意义。

砂岩双相介质孔隙度地震波场数值模拟研究

为了研究煤系含水砂岩的双相介质地震波场特性,用Biot双相介质数学模型描述煤系含水层。本文应用交错网格有限差分方法对煤系含水砂岩双相介质模型的孔隙度进行了地震波场数值模拟,模拟结果显示双相介质中孔隙率大小对慢纵波有较大的影响,主要表现在随着砂岩孔隙度的增大,慢纵波的传播速度也随着增大。利用双相介质理论探索地震波场对砂岩孔隙度响应特性,对了解煤系砂岩的富水性以及孔隙特性具有现实意义和理论价值。

安全工程专业本科生毕业去向调查分析——以安工大为例

为完善安全工程专业科技人才培养方案,更好地支撑本科生毕业要求和培养目标,对安全工程专业2011要2018届本科毕业生的毕业去向进行调查分析,结果表明院毕业生总就业良好,平均就业率为99%;其中,平均考研率为22%,平均就业率为77%。就业领域主要为建筑,占57%;其次为冶金,占12%。考研质量良好,其中考取985、211高校占比58%;非985、211高校,基本为安全学科排名前30名高校。

矿井瞬变电磁矩形回线源瞬变电磁响应

为研究均匀全空间介质中任意点(除发射框边)处矩形回线源瞬变电磁响应,从全空间磁偶极子的切向电场和水平圆形回线发射框中心磁场出发,采用互易原理和积分法推导了全空间任意点处的瞬变响应。通过对全空间瞬变场磁场Bz及其时间导数Bz/t的核函数Y(ω)和Y'(ω)特征的研究,将全程瞬变响应分为早期、中期和晚期。Y(ω)的早期和晚期阶段,其内层误差函数采用渐近展开式,外层积分采用直接多项式积分;中期阶段,内层误差函数采用有理契比雪夫展开式,外层积分采用龙贝格积分。Y'(ω)的晚期和非对角区域的早期采用误差函数渐近展开式;Y'(ω)的中期和对角区域的早期采用龙贝格积分。采用理论模型计算验证了公式的精度。结果表明,该算法求取的数值解,其Bz核函数Y(ω)的相对误差可以控制在1×10-6%以内;而Bz/t的核函数Y'(ω)的相对误差可以控制在1×10-4%以内。早期阶段,Bz和Bz/t在发射框内部的极值中心沿着与短边呈45°夹角方向向发射框内部移动,并且短边处的2个极值中心先行合并,然后再沿长边方向合并;相同时刻,Bz过零点等值线比Bz/t过零点等值线传播的更远。

煤岩双相介质弹性波场数值模拟

为了研究含水煤岩储集层的流体饱和多孔双相介质弹性波波场特性,用Boit双相介质数学模型描述煤岩介质。应用二阶中心有限差分方法对煤岩双相介质模型的弹性波场进行数值模拟,模拟结果显示了孔隙率的变化与弹性波场响应的关系,对了解地下含水煤岩介质的构造特征以及孔隙特性具有现实意义和理论价值。

“双碳”战略融入热工学课程思政教学探索及成效

“双碳”战略是我国应对极端气候变化的重要决策,要达成这一战略目标首先要提高热能转换效率、减少化石燃料的消耗、降低热量传递的损失,这与热工学课程教学主题高度契合。文章以“双碳”战略下我国电力能源行业节能减排为切入点,探索将“双碳”战略融入热工学课程思政的教学模式,通过问卷调查收集学生对热工学课程思政的教学评价和意见,分析热工学课程思政教学模式成效及影响因素,提出有针对性的改进措施,为进一步提高热工学课程思政教学效果提供参考。

蠕动型滑坡位移变形规律与失稳判据

针对蠕动型滑坡位移监测预警中滑坡稳定性难以准确判定的问题,利用FLAC3D数值软件建立土质边坡数值计算模型,基于强度折减系数法分析滑坡变形过程中的表面位移和内部应力变化规律,构建蠕动型滑坡的失稳判据,并用于相似试验验证和实际滑坡案例分析。结果表明:蠕动型滑坡发生、发展至滑移破坏过程中,内部破坏特征在宏观上可通过滑坡地表位移变形来反映;滑坡地表位移随滑坡破坏程度呈现出规律性的变化,且在滑坡稳定性阶段发生变化时滑坡地表位移会出现突变性的拐点;依据滑坡位移变化规律建立的失稳判据得到的滑坡稳定状态与实际情况相符,验证了所建失稳判据在实际工程中的适用性。

基于组合赋权灰云模型的老空区建设场地稳定性评价研究

针对老空区上建设场地的稳定性评价问题,选取影响老空区稳定性的10个因素作为老空区建设场地稳定性评价的指标体系。运用层次分析法和变异系数法综合赋权确定各指标权重,并利用灰云模型理论,建立了采空区建设适宜性评价模型。将该模型用于江西萍乡中心城区空间增长区范围及周边分布的煤矿老空区稳定性评价。研究结果表明,该评价模型具有较好的准确性和实用性,可为老空区建设场地稳定性评价提供一种可行的思路和方法。

新工科背景下安全工程专业《热工学》课程教学改革探索

新工科背景下,培养安全工程专业学生的创新与工程实践能力尤为重要。针对安全工程专业《热工学》课程存在的理论概念抽象、教学模式单一、与专业方向和工程应用脱节等问题,结合新工科建设的新要求,为培养复合型、创新性安全工程应用型技术人才,提出通过开展专业案例教学内容、建立多元混合式教学模式、探索形成性评价考核体系等措施,以期为“新工科”背景下安全工程专业技术人才的培养和相应课程的教学改革提供参考。

《工程流体力学》课程思政教育的探索与实践

实施“课程思政”是国家发展本科教育,落实立德树人方针的重要途径。工程流体力学的课程思政体系的构建需要以专业知识和实践内容的设计创新为基础,通过课堂教学设计逐步完善。本文通过对工程流体力学课程主要内容的梳理,充分挖掘课程蕴含的思政元素。并拟在传授课程专业知识和实验技能的同时,对教学内容和教学目标的思政元素具体化,引导学生将所学到的知识和技能转化为内在德行和素养,从而提升专业学科的育人成效。

新工科下热工学课程知识体系构建与教学应用

在当前新工科建设背景下,课程教育教学方法改革创新是提高人才培养质量的关键。针对热工学课程教学中学生强烈反映的知识点"记不住"和"不会用"两大难题,提出基于知识体系的创新教学实践模式,建立知识点之间的逻辑性和关联性,提高学生对知识点的记忆效率和运用能力,强化热工学课程对工程教育培养目标的支撑。

热工学课程混合式教学成效调查与改革实践

混合式教学模式是当前高等教育领域的一种创新教学方法,它将疫情期间建立的线上课程资源与疫情常态化后课堂讲授有效结合,为当前教育发展提供了新的思路。以安全工程专业热工学课程为例,以疫情常态化后线上线下混合式教学数据为基础,调查分析混合式教学方法在热工学课程的影响因素及应用效果,根据调查结果提出了具有针对性的改进措施,为进一步提升混合式教学效果提供参考。

裂隙煤岩材料超声波无损探伤实验系统设计与应用

超声波无损探伤实验是工科教育的重要实践教学环节,对于培养学生实践操作能力和创新思考能力具有重要意义。深部地下工程中,煤岩材料往往含有大量孔隙和裂隙,常规超声波无损探伤实验技术难以对煤岩材料内部损伤程度进行定量化评估。为了提高超声波无损探伤效果,基于MATLAB GUI开发了适用于裂隙煤岩材料的超声波无损探伤实验系统,系统包括超声波时域特征分析模块、频谱特征分析模块、散射特征分析模块和材料损伤综合评估模块。该实验系统可用于分析超声波穿透煤岩材料后的幅值衰减规律、主频变化规律和波形散射特征,最终采用品质因子对煤岩材料损伤状况做出综合定量评估。该实验系统提高了超声无损探伤实验技术适用性,有助于学生充分理解煤岩材料无损探伤的技术原理和操作方法,提高学生在地下岩土工程安全检测方面的实践应用能力。

掘进巷道周围煤体渗透率演化过程数值模拟

煤岩体的渗透率对煤岩体和瓦斯所构成耦合系统的稳定性起着不可忽视的作用,进行掘进巷道周围岩体渗透率演化过程模拟研究对降低巷道掘进过程中煤与瓦斯突出事故发生率有一定意义。根据线性多孔弹性介质基本规律,建立渗透率和孔隙率动态方程;以岩体力学、渗流理论、传热学及热-流-固耦合理论为基础,建立含瓦斯煤层的热-流-固动态耦合模型。结合Comsol Multiphics和MATLAB对模型进行模拟,得出掘进巷道周围煤岩渗透率的演化过程,发现应力变化对渗透率变化的影响较大;在温度的影响作用下,渗透率演化规律和流-固耦合模型下渗透率演化规律有一定差异性。

大范围顶板岩体垮落冲击动载对采场底板破坏的影响研究

为研究大范围顶板岩体垮落产生的冲击载荷对采场底板的破坏作用及其对底板突水的影响,本文基于动力基础半空间理论,将底板岩层等效为半空间无限体,建立顶板岩体垮落冲击采场底板的理论分析模型,推导出最大冲击动载应力的计算公式;并利用FLAC3D模拟分析了顶板垮落产生的冲击动载在底板中的传递规律以及底板岩层的动力响应特征。研究结果表明:顶板岩体垮落撞击采场底板,会产生远大于垮落岩体静态自重的冲击动载应力作用在底板上;冲击动载荷以应力波的形式在底板中传播,与采动应力叠加产生动态应力集中现象,会导致采场底板发生二次破坏,造成底板破坏深度显著增大,有效隔水层厚度减小,从而增加底板突水的危险性。