层状复合夹煤岩石组合体试样强度试验与破坏特征研究

针对巷道复合夹煤组合结构顶板易冒落问题,以某矿取芯和钻孔窥视探测获得的巷道层状复合夹煤顶板结构组合类型为实验背景,对砂质泥岩、中砂岩以及煤厚度为20、30、40 mm不同结构组合类型的复合试件进行了单轴压缩试验,研究了复合夹煤岩石组合体的力学特性与破坏特征。试验结果表明:复合夹煤岩石组合体的抗压强度均小于单一岩石,中砂岩夹煤厚度为30mm时抗压强度达到单一中砂岩抗压强度的85.95%,抗压强度随着煤厚变薄而下降;砂质泥岩夹煤厚度为20 mm时仅为单一砂质泥岩抗压强度的32.5%,随着夹煤厚度增加抗压强度也增大,夹煤厚度超过30mm后抗压强度增大不明显。复合夹煤岩石组合体整体呈X状共轭斜面剪切破坏、单斜面剪切破坏、部分拉伸破坏,随着复合夹煤岩石组合类型不同呈现不同的破坏特征等。

对拉钢筋对管幕预筑结构偏压构件受力性能影响研究

为研究对拉钢筋的直径及布设位置对管幕预筑结构偏压性能的影响,设计3根设置对拉钢筋和3根不设置对拉钢筋的管幕预筑结构构件,并进行3种不同偏心距的室内加载试验,重点考察构件的破坏形态、荷载-挠度关系和极限承载力;建立与试验对应的数值模型,通过计算结果和试验结果的对比验证模型的可靠性,并得到构件极限承载力随对拉钢筋直径及布设位置的变化规律。研究表明:1)在管幕预筑结构偏压构件中设置对拉钢筋连接件能有效提高钢管幕的受力参与程度,增强钢板与混凝土的组合作用,从而提高构件的承载能力和变形能力。2)构件的极限承载力随对拉钢筋直径的增大而增大。3)对拉钢筋的布置位置对结构的强度及刚度影响较小,在小偏心受压条件下布置在构件变截面最大跨度、大偏心受压条件下布置在构件变截面与平截面交接处时,构件的极限承载力相对更佳。

基岩风化带性质对顶板突水溃砂的影响研究——以赵固一矿为例

基于赵固一矿上覆巨厚冲积层多含水层(组)薄基岩的特点,冲积层下部砂砾含水层水压达到4.0 MPa,为高水压含水层。为确定基岩性质对顶板突水溃砂的影响,保证多含水层(组)薄基岩区的正常回采,对水文勘察孔所取基岩岩样进行点荷载、干燥饱和吸水率和室内崩解试验,通过分析岩样各项试验指标随深度的变化曲线,确定基岩性质及其对留设防砂煤柱的影响。试验表明:基岩风化深度超过20 m;距离冲积层底界面0~6.5 m垂深范围内的泥类岩干燥饱和吸水率大于15%,遇水崩解多呈泥状、碎岩片和碎块泥,隔水性能良好,可以有效弥合采动裂缝,可以作为防水煤柱的保护层;冲积层底界面下部0~11.4 m的风化泥岩强度低于4.0 MPa的冲积层下部细砾含水层水压力,防砂煤柱的保护层不能全部由风化泥岩构成,提出防砂煤柱保护层厚度需要大于11.4 m;砂岩耐崩解性强,干燥饱和吸水率远小于泥类岩,阻隔水性能较差,防水煤柱保护层不可以全部由风化砂岩构成。风化砂岩强度大于4.0 MPa的冲积层下部砂砾含水层水压,可以有效抵御上覆水头压力。

碳纤维/格栅增强蜂窝夹芯结构抗冲击性能试验与车体顶棚仿真

复合材料夹芯结构在轨道车辆轻量化设计中应用广泛,传统单一铝蜂窝芯体的复合材料夹芯结构抗冲击性能较差,难以满足运用需求。在传统碳纤维/铝蜂窝夹芯结构的芯体中引入网格形格栅,形成碳纤维/格栅增强蜂窝夹芯结构,在格栅交点处、单肋板中心处和格栅中心处3种典型位置对其分别进行落锤冲击试验与冲击后压缩试验。并将碳纤维/格栅增强蜂窝夹芯结构应用于车体顶棚结构,在落石冲击工况下建立了3种不同材料的车体顶棚仿真模型,分析其比峰值载荷和比刚度等力学性能。结果表明:碳纤维/格栅增强蜂窝夹芯结构相较于传统碳纤维/铝蜂窝夹芯结构,其抗冲击性能更强,冲击后压缩强度高出约34%,压缩刚度高出约52%;位于格栅交点处与单肋板中心处的接触力峰值、分层临界载荷与凹坑深度显著优于格栅中心处;与碳纤维/铝蜂窝车体顶棚相比,碳纤维/格栅增强蜂窝车体顶棚在落石冲击下的变形量减小了71.73%,比峰值载荷与比刚度分别提高了133.33%、146.72%。碳纤维/格栅增强蜂窝夹芯结构兼具轻量化与性能强的优点,适合作为大型承载结构,可以为高速列车车体结构设计提供参考。

碱激发矿渣回填浆体的膨胀性能研究

文章将一种新型化学发泡剂作为膨胀剂掺入碱激发矿渣基的充填浆体中,研究不同膨胀剂掺加质量分数(简称“掺量”)与尾矿砂质量分数对充填浆体膨胀率与抗压强度的影响。实验结果表明,膨胀速率和膨胀率均随膨胀剂掺量与尾矿砂质量分数增加而增加,膨胀率与膨胀剂掺量呈近似线性关系;膨胀剂在充填浆体内产生气孔,使得充填浆体抗压强度随膨胀剂掺量增加而降低;充填浆体抗压强度随尾矿砂质量分数增加而增加。研究结果可为膨胀充填浆体在矿山充填接顶中的应用提供理论参考。

煤层顶板深孔预裂爆破高效封孔材料及工艺研究

基于传统封孔材料在煤层顶板深孔预裂爆破过程中存在封孔难度大、封孔效率低、劳动强度高等难题,提出了一种高效封孔材料。该材料具有凝结固化时间短、早期强度大、泵送性强等特性,材料初凝时间为3.0 min,固化时间为8.0 min;反应放热温度不高于70℃,低于电雷管引燃温度;并且0.5 h的抗压强度为5.96 MPa,相比黏土炮泥材料的0.232 MPa,提高了近25倍;通过分析注浆材料封孔机理,确定高效封孔材料抗压强度满足封孔要求;为进一步研究高效封孔材料封孔强度,以黏土炮泥材料为对比,在RMT-150岩石力学测试系统测试静载荷作用下高效封孔材料的封孔强度;同时,根据高效封孔材料的特性设计了一套精确的、便于操作的高效封孔工艺并进行现场工程试验。结果表明:封孔材料的抗压缩能力和材料的残余压力随着封孔长度增加而增加,且高效封孔材料的压缩载荷强度远大于黏土炮泥材料;相同的封孔长度时,相比黏土炮泥材料,高效封孔材料封孔强度有了很大的提高;单孔封孔时间15 min,封孔0.5 h可以爆破;爆破后,顶板完整性相对较好,CO体积分数为5×10-6~20×10-6,符合爆破安全要求。高效封孔材料爆破封孔不但具有很好的封孔效果,还实现了爆破封孔机械化作业,解决了顶板深孔封孔难题,大幅提高爆破封孔效率,相比传统封孔工艺取得了很大的进步。

顶板初始损伤对煤岩组合体破坏性态及能量演化的影响

采用CASRock对煤岩组合体开展单轴压缩破坏过程数值模拟试验,分析顶板初始损伤对煤岩组合体力学行为的影响。结果表明:(1)顶板初始损伤对煤岩组合体力学行为的影响程度与顶板中初始裂隙的几何分布密切相关,随着裂隙与水平面夹角增大,煤岩组合体由延性破坏向脆性破坏转变,同一裂隙倾角下,随着裂隙长度增加,煤岩组合体由脆性破坏向延性破坏转变,且裂隙与水平面夹角越小、长度越长、距离煤层越近对煤岩组合体力学行为影响越大,越能主导煤岩组合体的力学行为,煤体越不易发生破坏;(2)顶板含多裂隙时裂隙主导煤岩组合体力学行为能力更强,当顶板初始损伤较严重时,初始的裂隙网络会形成应力集中区,导致其对煤岩组合体力学行为影响能力变强;(3)单轴压缩条件下,劈裂破坏是主要的破坏形式,顶板初始损伤对煤岩组合体强度与变形能力的提升作用较强,当顶板裂隙对煤岩组合体力学行为影响较大但不主导其力学行为时,其释放能量效果较好,顶板初始损伤在一定程度上增强了对煤层的保护效果。

鸳鸯湖矿区2号煤层顶板岩性及物理力学性质关系研究

宁夏宁东煤炭基地是“国家级煤化工基地”之一,鸳鸯湖矿区是宁东煤炭基地的重要组成部分,位于宁东煤田中北部,拥有5座现代综合机械化生产矿井,近几年为当地和国家煤炭工业经济做出了突出贡献。与此同时,各煤矿巷道也不同程度出现了冒顶、片帮、底鼓等一系列工程地质问题,矿区也出现了大面积的地面沉陷等环境地质问题。本文以鸳鸯湖矿区2号煤层顶板岩性及物理力学性质关系为研究对象,通过分析生产矿井煤层埋藏深度、顶板岩层沉积相,顶板岩性分布及岩性组合特征,岩石矿物显微特征、物理力学性质特征,研究岩石颗粒粗细与真密度之间的关系,物理性质与力学性质之间的相关关系。研究表明:鸳鸯湖矿区2号煤层顶板岩性以灰和浅灰色长石石英、石英粉砂岩及泥质粉砂岩为主,含铝质黑灰、黑色泥岩,遇水容易软化;岩石单项抗压强度总体很低,平均饱和单项抗压强度均小于10MPa,多属于软弱、极软弱岩层的容易冒落顶板;岩石物理、力学性质关系密切,相关性强,浅埋深煤层开采后,导水裂隙带高度能够发育导通至地面。文章从煤层顶板岩性及岩石物理力学性质方面研究了矿区面临的工程地质和环境地质问题,为现代化煤矿生产与资源环境协调发展提供理论依据参考,对黄河流域生态保护和高质量发展先行区建设具有指导意义。

煤巷层状顶板压曲破坏现象分析

将煤巷顶板层状岩层视为薄板 ,按两端固支和简支边界条件 ,导出了压曲临界应力计算公式 .结果表明 ,临界应力与厚垮比及边界条件关系密切 ,据此指出顶板岩体结构和工程尺寸是顶板稳定性的决定性因素 .

基本顶板结构初次破断与全区域反弹时空关系

为了研究基本顶初次破断与全区域反弹压缩场的时空关系,建立弹性基础边界基本顶板结构初次破断扰动力学模型,基于有限差分理论与主弯矩破断准则计算研究了基本顶板结构初次破断时全区域反弹压缩场的基本形态特征以及基本顶破断长度、破断发展过程及破断程度对全区域反弹压缩场的影响。结果如下:①基本顶深入煤体断裂时,在破断线外侧依次产生“半椭圆形反弹I区”、“椭环形压缩区”、“椭环形反弹II区”及“椭环形压缩区”;②断裂线前侧反弹I区中部位置的反弹量最大,断裂线的两端部为压缩区;③首次断长与二次断长均较小时,破断线外围依次为“M形反弹I区”、“椭环形压缩区”及“椭环形反弹II区”;首次断长与二次断长均较大时,断裂线外围依次为“M形反弹I区”、“环8字形压缩区”及“环8字形反弹II区”;④基本顶破断程度越大,反弹量越大,而反弹压缩的分区特征与破断程度无关;⑤反弹II区包围了“悬顶区”且贯穿两巷及邻侧巷道区,反弹II区的内、外边界线的垂距基本相等,所以基本顶深入煤体破断时可在邻侧巷道及两巷区监测到反弹压缩信息。采用特制高精度位移传感器实验与工程实践验证了结论的合理性。形成预警基本顶大面积初次破断的“一同时与两滞后”原理及“两区域与两指标”监测位置及方法。

固体充填采煤液压支架合理夯实离顶距研究

固体充填采煤过程中充填采煤液压支架的夯实离顶距对充实率及充填作业效率的控制具有显著影响,揭示了支架本身结构干涉产生理论夯实离顶距以及现场充填工艺产生实际作业夯实离顶距的机理,分析了基于机构优化和基于不同充实率两种影响因素影响夯实离顶距设计的理论,提出了支架设计优劣的检验标准,即由夯实离顶距严格控制的充填作业累积量不小于充实率要求的需求量(V zjρ1≥V zρ2)。借助机械自动化仿真模拟软件Pro/E 5.0,仿真分析了特定充填采煤液压支架采高-夯实离顶距变化规律,最终通过充填作业累积量-充实率及充实率需求量-充实率曲线对该支架充实率保障区域进行划分,判断了机构优化的优劣程度及整体设计的合理性,最终形成一种以夯实离顶距为检验指标的支架设计合理性判断方法。

新型尾砂胶结剂胶结分级尾砂充填体强度研究

结合某矿山实际,采用实验室试验与数值模拟相结合的手段,研究了新型尾砂胶结剂胶结分级尾砂充填体力学强度特性及其作为采场顶板的稳定性.单轴抗压试验与巴西劈裂试验结果表明,灰砂比为1∶6、1∶12的新型尾砂胶结剂胶结分级尾砂充填体在7 d、14 d、28 d、60 d养护龄期的抗压、抗拉强度,分别高于所对应灰砂比为1∶4、1∶8的42.5级水泥胶结分级尾砂充填体;并且灰砂比为1∶6、1∶12的新型尾砂胶结剂胶结分级尾砂充填体的早期抗压、抗拉强度均优于对应灰砂比为1∶4、1∶8的42.5级水泥胶结分级尾砂充填体;FLAC3D数值模拟结果表明:新型尾砂胶结剂胶结分级尾砂充填体,可以满足作为采场充填顶板的要求.

采场顶板破断型震源机制及其分析

作为一种区域、实时、动态监测手段,微震监测技术用于预测预报冲击矿压等地质灾害乃至防灾减灾完全可行,而不同震源震动机制的研究是微震法预测预报冲击矿压的前提和基础。采场顶板是影响煤矿冲击矿压发生的重要因素,在分析采场坚硬顶板断裂过程的基础上,建立坚硬顶板断裂震动的等效点源模型,并根据该模型用震动波理论分析坚硬顶板断裂的震动位移方程,揭示了坚硬顶板断裂的震源机制,并通过三河尖矿微震监测的坚硬顶板断裂信号验证分析结果的正确性。研究表明,采场顶板由于受源外介质的拉力作用,断裂时震源会产生波前向外传播的压缩波,震源处岩体破坏主要为张性拉伸破坏。研究结果可为顶板型冲击矿压的预测预报和防治提供理论依据。

压缩空气泡沫灭火系统扑救浮顶储罐密封圈火灾的应用研究

分析了密封圈火灾过程及特点,建立了压缩空气泡沫灭火试验装置,参照10×10~4m^3浮顶储罐建立了20 m长的密封圈试验装置,以汽油为介质开展了多次泡沫灭火试验。试验结果表明:该压缩空气泡沫灭火试验装置可在30 s内完成灭火,泡沫混合液供给强度约14~19 L/(min·m^2),具有在大型浮顶储罐上应用的可能性。针对单台10×10~4m^3浮顶储罐浮盘密封圈灭火提出了工程应用方案,该储罐共需泡沫液量1200 L,分为4套压缩空气泡沫灭火装置均匀分布在浮盘边缘,浮盘密封圈火灾报警系统与该泡沫灭火装置联锁启动自动灭火,各套灭火装置的持续喷射时间约1 min。

立式拱顶储罐抗压环结构与弱顶性能分析

以1台690m3拱顶储罐为研究对象,对GB 50341—2003《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》和API 650 2005《Welded Steel Tanks for Oil Storage》中规定的4种型式的抗压环建立了拱顶储罐非线性有限元模型,采用罐底和地基材料接触单元的方法替代罐底和地基材料弹性杆单元法模拟罐底和地基材料的接触力,分析了不同抗压环结构的储罐弱顶性能规律,研究结果表明,a型抗压环弱顶系数达到2.096,弱顶效果最好。

拱顶储罐承压圈型式与承载能力的关系

拱顶储罐与浮顶储罐的最大差别是前者要承受一定的内压 ,承压圈是连接顶盖 (球壳 )与筒体的主要受力构件。在现行设计规范中 ,承压圈通常是角钢型的 ,但当储罐趋于大型化时 ,角钢型承压圈无法承受一定的设计内压。对内压作用下具有三种结构型式承压圈 (角钢型、圆锥壳型、圆环壳型 )各种容积的拱顶储罐进行了比较全面的强度分析与稳定性分析。最后对三种结构型式的拱顶储罐的变形方式、应力状态、塑性变形历史、塑性极限压力、弹性失稳临界压力进行了分析与对比。

根据测井数据评价煤层构造岩顶板抗压强度

河南登封煤田郜城井田二1煤层顶板为滑动构造形成的构造岩。通过对构造岩顶板测井曲线与其抗压强度指标关系的研究 ,明确指出 。

特厚急倾斜煤层水平分段开采顶板冒落研究

为了进一步减少由于煤矿开采而引发的冒顶安全事故,对煤矿开采过程中顶板的稳定性进行分析,建立了基于突变理论的特厚急倾斜煤层水平分段开采条件下采空区顶板稳定性分析模型。最后结合具体案例对模型进行了分析和验证,并求出顶板的压缩弹性能,得到顶板冒落破坏计算结果与现场实际情况相吻合,说明模型适用于采空区顶板稳定性的分析。

含缺陷罐壁轴压失稳临界应力计算方法

通过对拱顶储罐罐壁承受轴向载荷、初始几何缺陷及轴压失稳状况研究,指出在固定顶罐设计、建造和运行各阶段都应进行罐壁轴压稳定性校核.根据圆柱薄壳稳定性理论和轴压失稳临界应力数值分析计算结果,提出固定顶罐罐壁轴压稳定性校核方法和数学模型,并运用回归分析方法建立罐壁轴压失稳临界应力计算公式.对几种常用规格的拱顶罐有初始挠度缺陷罐壁轴压稳定性分析表明:随储罐容积和罐壁初始挠度增大,罐壁轴压稳定性呈减弱趋势.

利用煤田测井曲线预测岩石抗压强度

以淮北矿区祁东矿西二采区1煤顶板为研究对象,通过室内岩石抗压强度试验和其对应测井曲线数据的提取,在单因素分析的基础上,构建复合参数,分析复合参数和岩石抗压强度的相关性。结果表明:岩石抗压强度和所构建的复合参数高度相关,根据相关关系求得的岩石抗压强度与试验测试数据的平均误差为10.59%。利用该方法求得的岩石抗压强度准确可靠,可为煤矿安全生产提供依据,同时丰富了煤田勘探中测井曲线的解释成果。