煤矿雨季“三防”管理体系评价指标的构建

为解决煤矿雨季期间灾害频发问题,采用专家咨询和问卷调查方法,构建了涵盖防汛、防排水和防雷电三个准则层,以及排洪沟、滑坡及泥石流和雨季降水量等十三个指标层的煤矿雨季“三防”管理体系的评价指标体系,利用熵权法和灰色综合评估法进行指标权重的计算。结果表明,雨季降水量、雷电预警系统和建筑物防雷设施的权重较高,分别为0.1120、0.1095、0.1010。给出应加强排水、防雷等“三防”设施的建设和维护、地质灾害的监测和预警等针对性防治措施。该研究可提升煤矿的安全性和生产效率,降低事故发生的可能性,保障工人的生命安全。

近断层石门揭煤围岩控制技术研究

为研究断层影响下巷道围岩应力的演化规律,以近断层石门揭煤为研究背景,利用数值模拟手段对巷道围岩变形破坏进行分析,并提出了巷帮钻孔卸压技术措施。结果表明:受断层活化的影响,石门在揭煤过程中靠近断层的帮部应力集中程度高,垂直应力达到44 MPa;最佳卸压钻孔布置方案为钻孔直径300 mm、钻孔长度5 m和钻孔间距600 mm,该方案下原应力峰值区应力由44 MPa降低到28.64 MPa,应力释放率可达到35%,巷道围岩控制效果显著。该研究为断层构造下巷道围岩控制提供了一种新思路,可有效防治煤矿断层错动型冲击地压灾害。

基于连通性阈值分割的煤岩裂隙识别方法

煤岩裂隙发育形态是影响煤岩渗透性、决定煤岩体力学特征的重要因素。针对煤岩裂隙识别过程中存在的复杂结构处理不当、裂隙边界特征保留不足、噪声干扰等问题,提出了一种基于连通性阈值分割的煤岩裂隙识别方法。首先,采用直方图均衡化增强算法和非局部均值滤波去噪算法对图像进行预处理,其次,利用自适应Otsu阈值分割确定预处理后图像的阈值,识别出可能的裂隙区域,应用形态学运算对这些区域进行精细化处理,进一步突出裂隙的边界特征。然后,通过Canny边缘计算提取种子点,以识别图像中的关键特征。最后,基于这些种子点进行区域生长操作,从而有效抑制噪声,并在平滑图像裂隙的同时更加清晰地突出裂隙信息。实验结果表明:①连通性阈值分割的均方误差较自适应Otsu阈值分割和自适应阈值分割分别平均减少了7.20,7.10 dB,连通性阈值分割的峰值信噪比较自适应Otsu阈值分割和自适应阈值分割分别平均提高了0.60,0.59 dB。②连通性阈值分割不仅有效解决了裂隙提取不明显、末端提取效果差及连接处特征消失的问题,而且显著减少了噪声的干扰,使裂隙特征变得更加突出,从而极大地提高了裂隙识别的准确性和完整性。③连通性阈值分割在自适应Otsu阈值分割的基础上,强化了裂隙特征并有效消除了噪声点,平均准确率较自适应阈值分割算法和自适应Otsu阈值分割分别提高了8%和0.8%,达98.9%。

虚拟仿真和模拟矿井双线融合实践实训教学机制研究--以采矿工程专业为例

实践实训教学是应用型人才培养的重要组成部分。基于应用型本科院校的办学定位和应用型人才培养目标的要求,在虚拟仿真和模拟矿井两个实践实训平台的基础上,文章提出从全景性、交互性、应用性、职业性和创新性五个维度把握两个实践实训教学平台建设的价值选择,阐述了保持虚拟仿真和模拟矿井两个教学平台一致性、互补性、整体性、协同性、生动性和专业性的双线融合实践实训教学机制的实践进路。

循环载荷下干燥及饱水孔洞岩样的力学特性

为研究砂岩孔洞周围不同角度位置的力学特性及损伤情况,结合孔洞周围应力分布、数字散斑及声发射计数特征,对孔洞损伤规律进行分析。结果表明:在孔洞周围极易发生破坏且应力分量的分布各不相同,经理论计算,孔洞边缘30°~150°处为特殊的应力分布点,在径向延伸之后所受孔径影响急剧下降;由散斑应变场可知,干燥岩样和饱水岩样的应变场平均延伸角度分别为58°和152°,饱水后岩样的应力传递效果更差;首次循环下饱水岩样损伤度仅为干燥岩样的8.1%,但饱水岩样循环次数相较于干燥岩样更少,整体强度更低。

干燥和饱水条件下煤样破坏特征及红外辐射演化规律研究

为探究饱水煤样红外演化特征,对干燥和饱水煤样进行加载试验,对比分析干燥和饱水煤样受载过程中应力变化、温度变化以及红外辐射演化特征。结果表明:干燥煤样破坏产生喷射现象,而饱水煤样受载过程中较平静;相同应力条件下饱水煤样的位移量和塑性强度均大于干燥煤样的位移量和塑性强度,但弹性模量、载荷峰值均小于干燥煤样的弹性模量及载荷峰值;干燥煤样受载过程中平均热红外辐射温度整体为上升趋势,而饱水煤样表现为下降趋势;低温异常预示着发生张拉破坏,高温异常预示着发生剪切破坏;干燥和饱水煤样主要破坏方式分别为剪切破坏和张拉破坏。

破断角对关键层初次垮落距的影响

为研究岩层破断角对采场覆岩破断距的影响,结合摩尔库伦理论及极限破断距理论,分析了考虑破断角时顶板的垮落规律,推导了相应的顶板关键层初次垮落距计算公式,并验证了其合理性和可靠性。结果表明:直接顶D1岩层随工作面推进垮落时块体的破断角变化范围为42°~55°,且破断角随块体长度变化规律与计算公式保持一致;考虑破断角的顶板关键层初次垮落距理论值与数值模型中的模拟值差值为1.2、3.2和4.1 m,较单独考虑极限破断距时的垮落距更相符合;在顶板厚度及采高较大、主关键层较远及岩层内摩擦角较大等工况中,应考虑大跨度破断面对顶板破坏规律的影响。

基于六偏磷酸钠电解质微弧氧化模式对涂层性能的影响

本文研究了微弧氧化模式对7075铝合金板材上涂层性能影响,基于六偏磷酸钠电解质能够生成具有低孔隙率的致密氧化物涂层,获得涂层厚度对氧化时间具有较高线性近似对应关系。研究表明,随着氧化时间的增加,涂层的粗糙度和硬度单调增加,孔径增大,大孔数量减少。

Acoustic emission characteristics and stress release rate of coal samples in different dynamic destruction time

Considering the importance of the prediction of rock burst disasters, and in order to grasp the law of acoustic emission(AE) of coal samples in different dynamic destruction time, the SH-II AE monitoring system was adopted to monitor the failure process of coal samples. The study of the change rule of the AE numbers, energy, ‘b' value and spectrum in the micro crack propagation process of the coal samples shows that as dynamic damage time went by, AE presented high-energy counts and the accumulated counts increased during the compression phase. The AE energy and cumulative counts increased during the elastic stage. The AE blank area increased gradually and the blank lines were more and more obvious in the molding stage. The AE counts and energy showed a trend of decrease in the residual damage phase.AE ‘b' values gradually became sparse, and the large scale cracks percentage compared with micro cracks decreased and the degree of damage decreased. The AE frequency spectrum peak went from the residual damage phase to the molding phase, and finally it was nearly stable, besides the bandwidth of the main frequency is gradually narrowed. Also, the frequency peak changed from single peak frequency to bi-peak frequency and to the single peak frequency. Uniaxial compressive strength is more sensitive than the elastic modulus to dynamic damage time.

循环载荷下煤样力学特性和损伤演化规律试验研究

为探索循环应力下煤样的力学特征和损伤演化规律,利用TAW-2000压力机和SH-Ⅱ声发射系统对煤样进行循环载荷试验。结果表明:随着循环峰值应力的增加,循环峰值轴向应变、径向应变和塑性变形均呈线性增长。煤样破碎成多个块体且形状各异。随着循环应力的增大,曲线出现明显的迁移效应。随着循环峰值应力增大,体应变不断增长且呈现离散-密集-离散的特征。通过弹性模量大幅度变化和达到峰值可以一次和二次预判煤样的破断;通过泊松比波动和稳定增长可以一次和二次预判煤样的破断。随着循环应力的增大,声发射计数在不断增大。第7次循环后声发射计数增长较快,煤样进入明显的塑性阶段。循环加卸载前期损伤程度较低,呈现缓慢增长的趋势,当达到塑性分界点时,损伤变量呈现台阶式增长。加载阶段声发射能量增长趋势为先缓慢后快速再极速,卸载阶段声发射能量增长较缓慢且平稳,通过声发射能量的异常增长也可预判煤样即将失稳破坏。加卸载响应比分为典型的4个阶段,整体呈现"U"型变化。

考虑损伤因子的岩石蠕变全过程模型研究

蠕变损伤破坏是岩石的主要破坏形式之一,而一般性元件只能有效的模拟蠕变的前两个阶段,对加速蠕变阶段不能较好的模拟出来,基于加速阶段是探索煤岩体损伤破坏前兆标志,为此开展考虑损伤因子的蠕变加速阶段研究。利用Kachanov损伤理论建立以时间变量表示的岩石损伤表达式,通过把岩石的蠕变视为线性与非线性的蠕变过程的叠加,进而将引进以时间变量的损伤体与Poyting-Thomson元件串联,建立含损伤因子的岩石损伤表达式蠕变本构模型,随后将理论推导的蠕变本构方程,采用分级(单级)两种加载方式的试验曲线进行拟合,从而确定模型参数,进而模拟岩石蠕变全过程。研究结果表明:运用推导出的蠕变本构方程对砂岩的分级加载试验曲线进行拟合,确定了模型参数,证明了模型的合理性。通过把长山岩盐、砂岩、大理石硬度进行划分,进而将3种不同硬度的岩石进行拟合曲线对比分析,得出了含损伤因子的蠕变本构模型模拟软岩加速蠕变曲线阶段前期吻合性较好,而模拟硬岩加速蠕变曲线后期吻合性较好,综合3种岩石的加速蠕变模拟曲线以及试验曲线,得出拟合的加速蠕变曲线基本吻合,且参数少,易于确定,元件不复杂。证明了本文模型能较好的模拟出软、中硬、硬岩的加速蠕变阶段,体现出模型的全能性与实用性。

破碎煤体再造矩形通道受力分析

为了在煤层巷道垮落后快速建立安全稳定的再生救援通道,并了解通道垮落后垮塌体的力学性质,将煤层通道垮落后破碎的煤块视为均质散粒体,通过理论分析及数值模拟,分析了在散粒体中修复新通道的基本力学特性。研究结果表明:理论分析可知,当散粒体作用在通道顶板上时,应力集中区域在顶板中部,并向两侧逐渐减小;当散粒体作用在通道两帮时,应力集中区域在两帮的底部,最大值与通道一侧的散粒体面积与截面周长的比值呈正相关;与理论分析结果相比,数值模拟分析忽略了两帮上部散粒体的影响,模拟计算所得出的应力与理论分析结果有所不同。

砂岩巴西劈裂破坏的位移场演化及能量耗散特征

为研究不同含水程度砂岩巴西劈裂破坏全程位移场的演化及其能量耗散规律,利用TYJ-500 kN微机控制电液伺服剪切流变实验系统和XTDIC三维光学数字散斑系统,进行砂岩巴西劈裂实验,探讨干燥状态与自然含水状态下砂岩试样的抗拉强度及能量耗散特征。结果表明,在两种状态下,实验加载初期砂岩试样位移场演化相似,随着加载继续,位移场的演化过程出现明显区别。试样表面位移场演化与能量耗散得到的结果一致,干燥状态下位移场分布均匀,试样抗拉强度高,能量耗散低。自然含水状态,位移场变化多位于试样中下部,分布不均匀,试样抗拉强度低,能量耗散高。

不同冲击加载作用下砂岩的破碎特征

为获得砂岩的破碎特征,利用动态摆锤冲击装置开展不同冲击加载作用下的砂岩破碎实验,分析砂岩破坏形态及摆锤倾角与碎块质量和频数的关系。结果表明,随着摆锤倾角的增大,砂岩的破坏形态由人字形转变为V字形。摆锤动态冲击能越大,试件破碎越严重。砂岩碎块越大,块体越粗糙,碎块越小,块体越圆润。中粒、细粒、微粒岩石碎块的平均质量和频数均与摆锤倾角成正比,粗粒岩石碎块的平均质量与摆锤倾角成反比。该研究为冲击地压的预防与治理提供了依据。

含孔洞砂岩的力学特性及声发射实验研究

为了探究含孔洞缺陷砂岩的力学特性及声学特征,利用声发射监测技术,实验研究孔洞直径、孔深、数目和相对位置对微裂纹扩展延伸路径的影响,探索声发射振铃计数与缺陷形式之间的关系。结果表明:在砂岩加载过程中,随着孔径和孔深的增加,声发射信号在逐渐减弱;孔洞数目的增加,达到最大声发射振铃计数所需时间更短;竖直布置的孔洞相较于水平布置的孔洞,声发射振铃计数更加密集;孔径、孔深、孔数及孔位均会改变微裂纹发育过程、振铃计数演化规律和破坏后的形态。该研究有助于围岩稳定性控制。

不同直径孔洞人造缺陷对煤样损伤破坏影响的实验研究

为研究孔洞直径对煤样损伤破坏的影响,构造了完整及单孔10、20、30 mm煤样,从孔洞煤样的力学性质、破坏特征、能量转化三个角度对不同直径煤样的力学性质和损伤演化进行了分析,同时运用声发射监测技术,分析了加载过程中的声发射特征变化。结果表明:孔洞缺陷劣化了煤样的峰值强度,随着孔洞直径增加,煤样的强度逐渐降低,破坏方式由张拉和剪切混合破坏逐渐向剪切破坏转化;孔洞煤样输入的总能量小于完整煤样,随着孔洞直径增加,输入能量逐渐降低,耗散能占比逐渐增加;孔洞煤样的声发射活动小于完整煤样,随着孔洞直径增加,煤样声发射活动减少,峰值时刻的振铃计数减小。

分级恒定荷载作用下的煤体变形及内部损伤特性

以鸡西某矿煤样为研究对象,利用电液伺服岩石流变实验系统和声发射系统,研究煤体蠕变特性、内部损伤演化过程及两者之间的关系。研究表明:不同应力下,煤体呈现不同的蠕变特征,实验蠕变曲线与拟合蠕变曲线比较吻合。煤体在每级荷载作用下的声发射振铃计数及能量增长趋势均呈加速、减速和稳速。在此三阶段中声发射信息产生的速率和总数均逐级增加,与煤体纵向变形特征呈现一致性。RFPA模拟煤体蠕变破坏得出,在低应力作用下,煤体表现出衰减性蠕变特性。当应力超过某一值时,煤体表现出稳定蠕变特性,应力越大,蠕变时间越短,AE计数越多。煤体在蠕变过程中产生的声发射信息与其受力、变形及其内部损伤均呈一致性。该研究能较好的揭示煤体在蠕变过程中的变形以及内部损伤演化状况。

倾角影响下煤岩组合体的力学及声发射能量特性

为研究倾角对煤岩组合体力学特性和声发射能量的影响,利用RFPA^(2D)数值模拟软件,从抗压强度、弹性模量、声发射能量三个角度对不同倾角的煤岩组合体的力学特性和能量变化进行模拟实验。结果表明:受倾角影响,煤岩组合体的应力-应变曲线前期大致相似,后期曲线形态发生变化;随着倾角增加,组合体单轴抗压强度先缓慢减小,再迅速减小,弹性模量和抗压强度趋势相同,但幅度略小;组合体破坏方式由剪切破坏逐渐向交界面滑移破坏转化,破坏区域由煤组分逐渐向结构面过渡;声发射累积能量随着倾角增加,呈现下降趋势,峰值声发射能量值逐渐减小,峰前声发射累积能量总体呈现下降—保持区间—下降的趋势,峰后声发射累积能量总体呈现上升—保持区间—上升的趋势,组合体的冲击倾向性逐渐减小。

小尺寸效应下岩石力学特性及声发射规律

对小尺寸效应下黄砂岩的力学特性和声学特征进行研究,探讨小尺度效应下岩石强度、变形、弹性常数(弹性模量、泊松比)、破坏形态及能量转化的规律,分析声发射能量、计数和峰频与尺寸之间联系,得到如下结论:随着尺寸的增加,强度呈现线性递减,径向应变从斜落向水平方向延伸且呈现先减小后平稳的趋势,轴向应变逐渐减小,体应变呈现先增长后稳定再递减的趋势,破裂范围逐渐减小,剪切角度呈现先减小后增大的趋势,弹性模量和泊松比呈现增长的趋势,峰后的能量呈现先加速后稳定再减速的释放规律;随着尺寸的减小,耗散能和峰前积聚的总能量均呈现增大的趋势;耗散能加速阶段和减速阶段逐渐递减,稳定阶段逐渐延长;能量之间呈现“闭口”的趋势;弹性能、释放能及盈余能量均呈现递减的趋势;声发射能量与时间呈现“双峰”现象,声发射计数与能量呈现“喇叭式”扩延,同时出现高能、高计、高峰(三高)时可以预判岩石即将发生破坏;随着尺寸的减小,计数峰值区间滞后出现。声发射的总能量与尺寸呈现正比例关系。声发射峰频呈现明显的分区特性。

变角剪切下煤样力学特征及声发射特性

为了研究剪切角度对原煤煤样破裂过程及声学响应的影响,利用变角剪切模具和声发射系统对煤样进行了剪切实验,得到了剪切角度诱发煤样破裂的力学机理,分析了变角剪切煤样损伤破坏声学特性.结果表明:煤样破坏不仅要克服岩石的内聚力,也要克服正应力引起的摩擦力.剪切角度与正应力、剪应力、峰值载荷和刚度呈现负相关.随着角度的增加,压密阶段、弹性阶段、塑性阶段,均呈现缩短的趋势.煤样损伤破裂过程经历了低能、低计数阶段、活跃阶段、剧烈阶段和稳定阶段.声发射活动随着剪切角度的增加在逐渐减弱,低频段随着剪切角度的增大在逐渐降低;高频段服从密集—稀疏—再密集规律,但波动范围及波动量逐渐变小;中频段服从稀疏—密集—无规律.不同剪切角度所体现的峰频特征不一致,可通过低频增大和高频减弱来预判煤样的破断.