矿震诱发冲击地压机理研究

根据弹性波理论推导出矿震产生的应力波诱发动力扰动的公式,建立冲击地压理论模型从而推导出冲击地压发生的发生理论;并利用ABAQUS数值模拟技术模拟了矿震诱发冲击地压的过程;并探究围岩巷道受到静—动荷载叠加作用时,冲击地压的发生条件;根据现实中某矿矿震引发的冲击地压测得的数据,验证了矿震诱发冲击地压这一理论。模拟结果表明,当围岩巷道受到的地应力静载过大,达到临界塑性区时,微小的矿震会引发围岩巷道出现冲击地压现象。

巷道吸能支护的减震防冲效应分析

冲击地压是煤矿开采的主要动力灾害,巷道吸能支护是防御冲击地压灾害的新型支护方式和有效手段。吸能支护是在刚性支护基础上附加阻尼耗能构件形成的巷道支护,基于巷道顶板与支护相互作用的动力学模型,分析了在巷道刚性支护与吸能支护作用下的顶板-支护系统动力响应,同时就阻尼构件在吸能支护上的分布特征对减震防冲效应的影响进行了分析,研究了阻尼构件在支护中的串联、并联、混联3种分布特征下的支护吸能减震防冲效应。结果表明:相比于刚性支护,吸能支护不仅能有效抑制顶板的冲击响应,还对支护体的冲击响应具有自保护能力;串联吸能支护模式与混联吸能支护模式对顶板冲击位移的控制及支护体加速度的抑制作用相当,且均优于并联吸能支护模式,其中,在串联吸能支护模式下,顶板冲击位移可下降约89%,支护体加速度可下降约55%。进一步优化串联吸能支护模式可知,当采用支护体上端串联布置吸能构件时,构件吸能效果发挥的最好,并且支护体的变形、应力、等效塑性应变变化平稳且幅值较小,同时相比于在下端以及两端串联吸能构件时支护等效塑性应变分别下降约77%和96%。该研究为冲击地压动力灾害的防冲吸能支护动力可靠性设计提供思路。

复合型厚煤层“震-冲”型动力灾害机理、预测与控制

针对软硬分层相间的复合型厚煤层综放工作面发生的动力灾害事故,提出了复合型厚煤层综放工作面"震-冲"型动力灾害的概念.通过理论和实践研究,初步建立了复合型厚煤层"震-冲"型动力灾害的力学模型,研究了其发生的机理,分析了矿震和冲击地压发生的力学条件和相互关系.研究成果在兖州矿业集团公司南屯煤矿得到应用,成功预测了动力灾害发生位置,并做好了预先卸压、监测和防护,实现了"有震无灾"的控制目标.

煤岩“震-冲”动力系统冲击失稳致灾机制研究

为有效防治"震-冲"型冲击地压,根据矿震与冲击地压的关系建立煤岩"震-冲"动力系统模型。以此作为研究的基本模型,探讨"震-冲"型冲击地压的发生机制和判据。采用数值模拟方法研究强矿震在工作面附近产生的动力效应。提出"震-冲"型冲击地压的防治对策。结果表明,"震-冲"型冲击地压的发生机制是在矿震扰动下,煤岩应力瞬间进入塑性软化阶段,煤岩体积聚能量与破坏消耗能量的差能增大,在满足冲击破坏的刚度条件时,发生强烈的冲击地压事故。分别控制矿震震动源区、矿震震能传播路径和冲击源区,能大大减弱或消除发生"震-冲"型冲击地压的危险性。

煤层大直径钻孔和顶板预裂孔防冲机理研究及应用

为解决葫芦素煤矿临空巷道回采期间的冲击地压问题,采用理论分析方法,研究了煤层大直径钻孔和顶板预裂孔防冲机理。研究认为:巷道围岩极限平衡区可用弹黏体元件串联模拟,深部弹性区可用完全弹性体元件模拟;大直径卸压钻孔可以改变巷道围岩结构,实现弹性区内的完全弹性体元件向弹黏体元件的转变,为弹性应变能耗散提供了空间,使得集中应力向围岩深部转移,同时其在巷道周围形成的卸压保护带可以衰减动荷载应力波;顶板压裂孔可以原位改变顶板岩层的物理力学性质,降低顶板岩层的完整性和强度,耗散了动荷载应力波携带的能量,减小冲击地压危险。结合21103工作面回风巷实际,定性说明了动静荷载诱发冲击启动的机理,制定了煤层大直径钻孔和顶板压裂孔卸压技术方案,通过对比冲击地压前后微震能量事件,验证了技术方案防冲效果。

基于Nios Ⅱ的动爆冲击波记录仪设计

为了提高动爆冲击波记录仪的可靠性,减小电路体积,缩短开发周期,该文提出了一种基于Nios Ⅱ的动爆冲击波记录仪设计方案。该方案以SOPC技术为基础,将整个控制系统构建在单片FPGA上。介绍了总体设计方案、接口电路设计、以Nios Ⅱ为核心的SOPC软硬件设计。为提高可靠性,采用硬制材料35CrMnSiA作为核心电路保护壳,且壳内采用环氧树脂灌封。通过激波管校准实验和有限元分析软件ANSYS仿真结果证明,该系统性能稳定、可靠性高,能成功记录冲击波信号。

星风和柱形喷流对伽玛射线暴余辉的联合作用

假设介质的数密度随激波半径呈幂律分布:next∝R-K.基于统一动力学模型和柱形喷流模型,用数值计算方法系统计算了K=2(即星风环境下)的动力学量随时间的演化,并计算了光学余辉和射电余辉随时间的演化,得出了相关的规律.

顶板垮断作用下巷道支护体系抗冲击能力研究

为研究煤层开采过程中上覆坚硬顶板岩层垮断诱发巷道支护体系冲击失稳的问题,指导矿井冲击地压灾害防控,以宽沟煤矿I010203工作面为背景,采用Abaqus数值分析软件,对动静荷载组合作用下坚硬顶板巷道支护体系进行了精细化数值模拟,分析了动载的传播过程以及巷道围岩在动静载组合作用下动力响应特征,在对巷道支护体系抗冲击能力进行了验算的基础上评估了防冲能力。结果表明:目前的支护体系可有效抵抗的历次大能量事件产生的冲击荷载。

震动波触发巷道动力失稳响应特征数值分析

井下煤岩体在震动波作用下的动力失稳特征是有效防治扰动型冲击地压等矿井动力灾害的必要条件,采用FLAC3D软件,开发其Dynamic功能,模拟分析了不同震动波释放位置和震动波强弱程度对巷道顶底板和两帮产生的失稳响应特征。结果表明:震动波加载后迫使巷道围岩最大主应力发生强烈震荡,最大主应力最高可达到其初始状态的2倍,巷道底板释放的震动波对巷道顶板(尤其顶角处)产生的应力增量较大;4种加载方案下对巷道顶板变形影响强度顺序从大到小分别为B1、B2、A1、A2;震动波施加后,震源区塑性破坏逐步向巷道扩展,最终连通。矩形巷道顶底角为冲击地压等灾害的易发区域。

瓦斯压力对煤体冲击指标影响的实验研究

基于突出和冲击地压的主要区别——瓦斯参与程度的不同,从实验的角度出发,利用瓦斯气体密封系统,研究了单轴压缩条件下(有效围压为0)瓦斯对煤体冲击指标的影响规律,提出了鉴别非典型动力灾害的实验方法.结果表明:瓦斯的存在,降低了煤体的冲击倾向性,实验所取煤样在瓦斯压力为0时具备弱冲击倾向,而在2MPa时已无冲击倾向性;但随着瓦斯压力的增加,发生煤与瓦斯突出的几率则不断增加.