基于冲能吸能平衡效应的冲击地压巷道分级支护研究

冲击地压是煤炭开采过程中发生的一种动力灾害,主要是由积聚在煤岩中的弹性变形能突然急剧释放造成的,约90%发生在巷道中。巷道冲击破坏不仅与冲击能量直接相关,还与冲击距离远近紧密相关,提出能距比的概念,即冲击震源释放能量与其至巷道距离的比值。根据冲击地压动静载叠加机制和冲能吸能平衡理论,综合考虑冲击震源能距比量级、巷道破坏程度、支护构件吸能、弱结构吸能等特性,建立了巷道围岩冲击矿震稳定性控制模型,分析了冲能、吸能的构成和计算过程,搭建了冲击地压能级与巷道支护强度之间的对应关系,确定了“四高锚网+”为主导技术的煤矿巷道防冲抗震支护体系。根据能距比量级大小,将冲击地压巷道支护安全可靠性分为P1~P4级别,分级对应采取不同支护强度的“四高锚网+”组合支护技术。“四高”锚网支护可对应能距比为102量级的无冲击巷道,“四高锚网+1”(O型钢棚、吸能防冲单元架、围岩弱结构)对应能距比为103量级的冲击地压,“四高锚网+2”对应能距比为104量级的冲击地压,“四高锚网+3”对应能距比为105量级的冲击地压,106及以上量级的冲击危险必须停产、撤人远场处理。结合工程实例进行了巷道防冲支护方案和参数设计,初步验证了理论研究成果的可行性和实用性。研究成果可为我国煤矿冲击地压巷道支护理论研究和工程实践提供一定的参考指导。

多因素影响下巷道围岩稳定性分析及优化设计研究

针对深部煤层巷道矿压显现剧烈且巷道变形难以控制的问题,基于Kastner公式对巷道高宽比、侧压系数、埋深、断面形状、围岩强度5种影响巷道围岩稳定性的因素展开正交数值模拟实验,通过方差和直观分析图法研究了各因素对巷道变形破坏的敏感性。采用平面弹性复变函数理论分析了不同侧压系数与巷道高宽比下椭圆和矩形巷道围岩的应力分布规律,对椭圆形和矩形巷道宽高比和形状进行了优化设计。研究结果表明:围岩强度与侧压系数是影响巷道围岩稳定性的主要因素,埋深、断面形状、巷道高宽比为次要因素;椭圆形巷道在等轴应力比下围岩应力差值最小;矩形巷道宽度为5 m、高宽比为0.6左右时,应力集中程度较小;针对矩形巷道应力快速增高区,在考虑承压特性和断面利用率的基础上设计了圆角矩形优化巷道,确立了圆角半径的计算公式,通过数值模拟验证了其良好的性能。

煤矸石混凝土沿空留巷围岩加固控制技术研究

以神东矿区工作面沿空留巷为工程背景,采用理论分析、室内试验及数值模拟的方法,对煤矸石混凝土的配比优化进行试验研究,分析开采过程中巷道围岩变形与煤矸石混凝土加固体应力分布特征,结果表明:采用煤矸石混凝土加固巷帮与高预应力、强力锚杆锚索联合支护,能够有效控制沿空留巷围岩的变形,保持沿空留巷的稳定。基于室内试验与数值模拟,分析煤矸石混凝土最优配合比以及巷内、巷帮支护的相互关系,最终优化得出最佳支护方案,此外提出了沿空留巷支护设计的原则,旨在为神东矿区的无煤柱开采提供科学的参考依据。通过本研究,不仅对沿空留巷的支护技术进行了创新和优化,也为类似的矿山工程提供了宝贵的理论和实践经验。

大断面煤巷掘进支护参数优化及作业滞后距离研究

为解决大断面煤巷支护难度大且效率低,导致采掘比例不协调进而影响煤矿生产效率的问题,在对工作面地质和现支护方案所存在问题分析的基础上;基于FLAC3D软件对不同支护方案对应工作面围岩的稳定性进行对比,确定采用方案二对支护方案进行优化;最后,在实施层面对掘进工艺和支护作业的滞后距离进行确定,实践表明,采用多工序交叉平行作业可直接提高掘进效率25.3%.

Ⅳ、Ⅴ级围岩小断面隧洞的围岩压力计算与影响因素分析

小断面隧洞应用于井巷工程、输水泄洪工程、电力工程等,受岩体完整性、掘进工艺、隧洞断面形式影响,围岩压力存在一定差异性。针对某Ⅳ、Ⅴ级围岩小断面泄洪隧洞围岩压力计算问题,开展了围岩压力计算方法和影响因素分析工作。研究表明:公路隧道设计规范综合考虑了岩体基本质量等级、开挖宽度、塌落拱范围等因素,较为适宜Ⅳ、Ⅴ级围岩的压力计算;Ⅴ级围岩段自稳性差,注浆初期支护作用难以发挥,易发生拱顶岩体冒落;圆拱直墙小断面隧洞的矢高大于1.0m后,垂直分布压力、水平分布压力衰减加快,岩体整体性越差(Ⅴ级围岩),衰减越快。

基于大型隧道围岩相似材料的配制方法研究

【目的】通过分析国内研究成果调研公路隧道大型模型试验的相似材料配比,针对大型隧道围岩相似材料的配制方法展开研究。研究出一种由重晶石粉、石英砂、白水泥、铁粉、硅油和水组成的液固耦合相似材料。【方法】通过室内实验探究不同配比对材料各种物理性质和水理性的影响,并且确定了液固耦合相似材料的具体配比结果。【结果】实验结果表明,在材料成分含量不变的情况下,白水泥的含量增加会大幅度降低材料的渗透系数,胶结剂会明显地影响材料的弹性模量和抗压强度。此外,随着材料中重晶石粉与白水泥的比例逐渐增加,试验材料的抗压强度会逐渐提高,但是当材料中重晶石粉与白水泥的含量达到一定含量时,材料的抗压强度可能略微降低。在一定范围内增加重晶石粉与白水泥的比例可以提高材料的弹性模量。抗剪强度受硅油影响明显。【结论】液固耦合相似材料能够模拟不同强度具有不同渗透性的岩体材料,是一种理想的相似模拟材料。

Temporal variation of noise correlation function(NCF) in Beijing and surroundings:Its relation with climate events and implications

Noise correlation function （NCF） was calculated using the data of the Beijing Capital-Area Telemetered Digital Seismograph Network from June 12 to September 12, 2005. Signal-to-noise ratio （SNR） is used to characterize the quality of NCF at each station pair. The SNR （in dB） is shown to be dependent on the separation distance R of the station pair via SNR= A -BlogR. ＇Normalized average SNR＇ for all the station pairs can then be calculated, as represented by the value of SNR taking R = 250 km in the empirical SNR-R relation, to measure the overall quality of the NCF result. The ＇normalized average SNR＇ of the NCF shows temporal variation and is apparently dependent on the root-mean-square （RMS） velocity of the microseism. The result obtained by this experiment provides clues to the explanation of the properties of NCF, such as the dominant mechanism underlying （diffuse wave fields or uncorrelated sources）, and the dependence of SNR on the time length of recordings.

基于线岩溶率的隧道围岩分级方法研究

孤峰平原区作为岩溶地区常见的一种地貌形态,因地形陡峻,一般情况下不具备实施勘察实物工作量的条件。在基于岩石强度、岩体完整性为主要判别指标,以地下水、软弱结构面产状和初试应力状态为修正指标的隧道围岩基本等级分级方法中存在缺乏判定依据。通过对现有勘察数据的分析,以线岩溶率为基础,综合考虑区域岩溶发育情况及孤峰位置的特殊性,建立以线岩溶率、岩溶发育形态和规模、岩溶充填物、地下水径流及溶洞分层特征等为主要计算参数的体岩溶率计算模型,结合体岩溶率同隧道围岩分级的对应关系调查,对隧道围岩进行初步分级,可较好地为设计、施工和建设单位控制工程造价。

砂泥岩互层厚度比对隧道围岩破坏机理的影响分析

砂泥岩互层是典型的软硬互层岩体,隧道开挖后软弱层岩体容易发生卸荷滑移,从而导致隧道围岩失稳甚至塌方等问题。通过改变砂泥岩层厚比,依托奉建高速关田隧道,基于超载法理念,利用离散元PFC2D软件对隧道开挖后围岩的渐进破坏机理进行模拟,得出了以下结论:隧道开挖过程中,各层厚比隧道围岩在前期的塌落程度都相接近且较小,塌落面积比都处于1%~2.5%之间,开挖后期层厚比为2:1和2:2的隧道围岩塌落程度较大,塌落面积比约为层厚比为2:0.5的1.4倍;各层厚比隧道围岩产生的裂隙皆以张拉裂隙为主,其中层厚比为2:1时的隧道围岩产生的裂隙数量最多,层厚比为2:0.5和2:2产生的数量仅有其52.1%和61.4%,当层厚比为2:0.5和2:1时,全场裂隙具有对称性和连续性。

采动影响下超前巷道围岩破坏规律研究

采动影响是造成回采巷道失稳破坏的主要因素,为了进一步减少巷道的维护工作,降低人员成本的支出,通过对采动影响后超前巷道围岩应力场及破坏范围进行研究,分析巷道受采动影响的围岩变形规律,并提出支护建议使得巷道处于稳定状态,从而减少巷道的维护成本。研究表明:工作面超前巷道受采动影响巷道围岩塑性区逐渐向煤壁侧扩展,巷道围岩破坏范围与其周围主应力比值有关,主应力比值越大巷道围岩塑形破坏范围也越大。

基于幂强化-理想塑性模型的深埋圆形水工衬砌隧洞弹塑性解

为了求解围岩与衬砌相互作用体系下深埋圆形水工衬砌隧洞的应力和位移,首先假定围岩采用幂强化-理想塑性模型,衬砌采用理想弹性模型,然后考虑渗流影响和主应力顺序,推导了施工期和运行期两种工况下深埋圆形水工衬砌隧洞的弹塑性解,最后探讨了围岩与衬砌渗透系数比、幂强化参数、屈服准则三个参数对塑性区半径、切向应力和位移的影响。研究结果表明:围岩与衬砌渗透系数比对施工期切向应力、施工期和运行期塑性区半径影响非常显著;幂强化参数对施工期、运行期的位移和塑性区半径影响比较显著;不同的屈服准则对施工期、运行期塑性区切向应力和塑性区半径影响比较显著。考虑围岩与衬砌的相互作用更接近于工程实际。

工作面煤层支护设计与工程实践

为解决急倾斜工作面煤层采用水泥浆料为核心的锚喷注浆支护方式所存在的成本高、围岩控制效果差等问题,在对工作面顶底板条件以及原支护效果分析的基础上,研究了刚柔嵌合锚注支护方式的优劣,并根据工作面实际情况确定注浆材料及其相关注浆参数。通过工业实践验证了刚柔嵌合锚注支护方式对工作面围岩的控制效果。

定围压比作用下混凝土轴向受压性能试验研究

通过对混凝土施加围压,使单轴受压混凝土的裂缝发展受到限制,从而研究混凝土在接近无裂纹发展状态(无损伤产生的理想状态)下的受压性能。本文在MTS815.02岩石电液伺服系统上完成了三轴应力比σ1∶σ2∶σ3=(-α)∶(-α)∶(-1)(α=0.15,0.18,0.19,0.20,0.22)作用下的混凝土单调、循环加卸载受压的常规三轴试验。研究了不同围压比对混凝土受压应力-应变关系的影响规律,以及围压对混凝土裂缝发展的限制作用,得出了一些与同类试验不同的结果,混凝土理想无损伤发展状态的受压应力-应变关系曲线被提出,并通过试验首次研究了理想无损伤发展状态下的混凝土循环加卸载的应力-应变关系,系统地分析了围压对混凝土受压性能的影响规律。

我国道路照明新标准的特点

本文从标准的先进性、创新性和可行性入手,简要介绍我国《城市道路照明设计标准》CJJ45—2006的基本内容,便于大家对该标准的理解和执行。

LED道路照明中实现任意照度分布的自由曲面光学设计

提出了一种新型的LED道路照明中实现任意照度分布的自由光学曲面设计方法。旨在实现单盏路灯在路面长度和宽度方向上的照度分布均呈特定分布,以满足道路照明对路面照度、亮度均匀性以及环境比的要求。采用分离变量与最小能量块迭代结合的方法对光源以及接收面进行网格划分,保证光源和接收面的对应单元内具有相同的能量大小。最后根据边缘光线理论、斯涅耳定律以及误差控制方法构建透镜表面。同时考虑路灯安放位置以及倾斜角的问题,透镜对应路面宽度方向上非对称。以给定路面长度方向照度呈余弦分布、宽度方向照度呈梯形分布为例,采用此种方法设计出聚碳酸酯非连续自由曲面路灯透镜。结果表明,路面长度方向上照度接近余弦分布,误差小于6%,路面总照度均匀度达到0.93,道路环境比达0.55。

综放采场支架-围岩关系的新概念

实践表明 ,综放工作面的矿压显现并没有如人们所预计的那样会明显增加 ,反而表现为周期来压不明显 ,或是来压周期缩短 ,来压强度降低 ;液压支架的实际支撑力不增加或有所降低 ;架前端面冒顶现象增加等 .从这些现象出发 ,对综放工作面支架 -围岩关系的特征、支架如何适应综放开采岩层控制的要求等问题进行论述 .

高地应力软弱围岩铁路隧道的衬砌压力

以关角隧道为工程背景,采用开挖应力释放率模型,研究高地应力软弱围岩地质条件下铁路隧道的衬砌压力。基于现场实测地应力和施工监测位移,根据台阶法开挖中存在的空间效应,推算未监测到的坑道周边位移和掌子面前方位移,再采用改进的BP人工神经网络模型预测隧道围岩的最终位移。利用开挖应力释放率模型获得隧道衬砌压力及应力释放规律。该规律与经典围岩特征曲线规律一致,且与工程经验和现场施工状态基本符合。采用FLAC3D软件对该段隧道开挖过程进行三维数值模拟,验证了上述方法在高地应力软弱围岩地质条件下的正确性和合理性。计算结果和模拟结果均表明:由于高地应力软弱围岩和初支效果不佳,使得关角隧道DyK307+900处衬砌压力较大,隧道结构处于不利的受力状态。

京津冀及周边减排对北京市PM_(2.5)浓度下降评估研究

利用第三代区域空气质量模式CMAQ（Community Multiscale Air Quality）及京津冀地区高分辨的污染源排放清单,基于2011年、2012年和2013年秋冬季美国国家环境预报中心全球再分析资料的气象条件分析,选取2012年10月1日至12月30日作为代表性时段,模拟了PM2.5的浓度变化趋势,同时根据《京津冀及周边地区落实大气污染防治行动计划实施细则》和2012年到2017年污染源减排控制目标,进行了减排效果评估分析.结果显示,模式系统能较好捕捉PM2.5浓度的变化趋势,海淀站和上甸子站观测与模拟值的相关系数分别为0.71和0.63.主要污染源和污染物排放量削减30%～40%后,北京市PM2.5浓度发生了明显降低,海淀站、上甸子站和城六区的平均浓度下降率分别为（24.9±2.3）%,（20.2±2.7）%和（24.8±2.1）%.如果严格执行《京津冀及周边地区落实大气污染防治行动计划实施细则》,在气象条件和2012年相似情况下,到2017年,北京市城区PM2.5年均浓度控制在60μg/m^3内的防治目标可以实现.

不同覆跨比下浅埋软弱隧道的破坏模式

为了研究不同覆跨比条件下浅埋软弱隧道围岩的破坏模式,通过室内模型试验对隧道围岩破坏的过程进行模拟;利用强度折减法原理对模型试验进行有限差分数值验证,得出了二者基本一致的结论;通过对模型试验与数值模拟结果的分析,推导基于岩柱理论的修正算法。研究结果表明:浅埋软弱隧道围岩的破坏最早从拱顶开始,由于拱顶塌落区的形成,拱顶两边产生类似滑坡的塌落效应,即浅埋破碎围岩隧道的"二阶段"破坏;当覆跨比较小时,围岩的自承能力弱,围岩塌落速度快,塌落体积少,形成塌穿型塌方;当覆跨比为3.0时,形成了浅埋压力拱,破坏已不能到达地表;当覆跨比为2.5时,围岩塌落形成的塌落体体积及破裂区影响区域最大,施工时支护应及时,保证其安全。

浅孔留矿法开采倾斜薄矿脉时围岩稳固性研究

浅孔留矿法适用于围岩中等稳固倾斜薄矿脉的开采。云南某金矿矿体赋存条件适合采用浅孔留矿法,但该矿回采指标极不理想。生产实践表明,采场围岩不稳固是造成回采指标不够理想的主要原因之一。为了研究围岩稳固性对回采指标的影响程度,必须研究岩体力学参数取值。运用Flac3D建立多种采场结构参数模型,加载后进行应力应变数据分析,模拟结果显示,在保持原有结构参数不变的条件下,将采场长度由32m增加到40m、顶柱高度由3m增加到5m,采场上下盘围岩在回采和放矿过程中能保持相对稳固。为了进一步证明模拟计算结论的可靠性,该矿就新方案进行了工业试验,结果显示,试验采场回收率达到70.31%,贫化率达到9.80%,与原有方案相比,回采指标有明显改善。可见,采用数值分析法来研究浅孔留矿法围岩稳固性,可以有效提高回采指标。