跨断层切顶卸压自成巷顶板变形机理及控制技术研究

针对跨断层切顶卸压自成巷顶板变形大不易支护的问题,以棋盘井煤矿东区11101工作面运输巷为工程背景,探究跨断层切顶卸压自成巷顶板变形机理,研究“切顶卸压+恒阻锚索”支护对跨断层切顶卸压自成巷顶板变形的控制效果。建立力学分析模型研究断层及切顶卸压自成巷顶板各相关参数对巷道直接顶应力的影响,将切顶卸压自成巷顶板变形过程划分为4个阶段,研究巷道顶板各阶段及总垂直位移量计算方法并给出计算公式,并将相关参数代入公式求解跨断层切顶卸压自成巷顶板垂直位移量;利用3DEC数值模拟软件建立跨断层切顶卸压自成巷数值计算模型,研究断层附近巷道顶板应力应变演化规律及恒阻锚索控制效果,研究结果表明:数值模拟上下盘巷道顶板变形数据与理论分析所得数据结果误差分别为1.14%、4.04%;恒阻锚索能够有效减小巷道顶板变形,与未使用恒阻锚索模型相比,上盘巷道切缝侧顶板垂直位移量减小至16.8%,下盘巷道切缝侧顶板垂直位移量减小至50.7%;上下盘巷道顶板在工作面回采过巷道测点断面过程中出现不同程度的应力集中,其中上盘巷道顶板的垂直应力集中值大于下盘巷道,分别为5.72 MPa和4.48 MPa;恒阻锚索通过减缓断层附近巷道顶板变形速率,待巷旁碎石帮充填完成后与碎石帮共同对巷道顶板变形进行控制;将11101工作面运输巷围岩位移监测数据与理论模型计算结果相比较,误差均在10%以内,证明“切顶卸压+恒阻锚索”支护方式对跨断层巷道顶板变形具有良好的控制效果。

深部煤层不同类型隐伏构造致灾规律研究

深部开采过程中,矿井地质类型复杂,在“三高一扰动”条件下,隐伏构造附近极易引发煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害。为明确隐伏构造诱发动力灾害的机制,以平煤股份八矿为工程背景,数值模拟研究了不同采掘方向正、逆断层及两者同时存在时的应力-应变演化特征及致灾规律,分析了不同隐伏构造对掘进头的影响。结果表明:掘进遇单一断层,应力-应变集中在工作面前方及断层内部,掘进遇正断层更易产生应力集中,且应力集中区域范围更大,在同等掘进距离下,逆断层主应变略大于正断层;随着掘进距离的增加,当掘进距离增加至15 m时,应力-应变集中区逐渐重合,最终在断层区域形成应力-应变叠加区;掘进遇多断层,应力集中在工作面前方、两断层之间的构造煤上。遇正-逆断层、逆-正断层,叠加应力-应变分布特征表现出差异性,遇正-逆断层,叠加应力-应变主要分布在正断层附近,而遇逆-正断层,两断层之间构造煤中应力-应变也显著增加。逆断层及逆断层主导的多隐伏构造附近,应变能增长速率更大,更有利于应变能积聚,煤与瓦斯突出危险性增加。在采动应力、断层构造应力及煤岩体中的静应力三者的共同作用下,最终引发煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害。多隐伏构造较单一构造更易产生应力集中,煤岩动力灾害危险性增加。

不同降雨工况对排土场安全性影响规律研究

降雨是诱发排土场滑坡的主要因素之一。结合工程实例针对6种不同降雨工况,应用数值模拟和极限平衡方法研究其对排土场安全的影响规律。揭示了不同降雨工况对排土场边坡不同深度、不同空间位置应力、应变的影响机理。阐明了降雨等级越大对浅层边坡体应力的影响变化越大,易产生局部滑坡破坏。得出了不同降雨工况下排土场的整体安全稳定性大于局部稳定性,总体变化规律是降雨工况等级越高,排土场的稳定性越差。排土场的安全稳定性应结合不同深度的应力、应变演化规律和边坡稳定状态综合考虑排土场的安全性。对局部不稳定边坡应该采取必要的安全防护措施,避免其局部滑坡诱发坐落式滑坡破坏的风险。

沿空留巷巷旁充填体受力分析及研究

为分析研究沿空留巷巷旁高水充填留巷期间充填体承载性能及巷道围岩应力应变演化规律,以云驾岭矿12305工作面为研究对象,对留巷期间充填受力及巷道围岩应力进行FLAC3D数值模拟及现场观测。模拟及观测数据表明,充填体宽度为3 m时,留巷期间承载性能较高,与巷道围岩的协同性高,有利于改变覆岩的破坏状态和对地表变形的破坏;充填体承载受顶板运移影响较大,充填体下部承载普遍小于上部承载,约为上部承载的80%.

沿空留巷巷旁高水充填数值模拟分析

为分析研究沿空留巷巷旁高水充填体不同宽度对巷道围岩稳定性影响,以云驾岭煤矿12305工作面为研究背景,采用FLAC3D数值模拟软件,对充填体宽度分别为2、3及4 m时,巷道围岩应力应变演化规律进行研究分析。结果表明,充填体宽度越大,侧向支撑压力相对越小,煤帮相对变形越大,充填体承载及变形越大;充填体宽度为3 m时,巷旁充填体与顶板适应性较好,留巷围岩稳定性较好,并得到现场工程实践验证。

基于广义Maxwell模型的形状记忆聚合物力学本构

为揭示形状记忆效应的黏弹性力学机制并进行形状记忆过程模拟,先推导出积分形式的广义Maxwell本构方程,再结合时温叠加原理推导出形状记忆过程的形状固定率公式及应力应变演化方程.形状固定率公式显示:增大"固定约束时长/拉伸阶段时长"的比值可增大形状固定率.应变演化方程揭示:随温度降低偏移系数变小,释放约束后应变演化方程中的时间被缩减,使应变恢复速度趋近于0;随温度升高偏移系数变大,对时间的缩减效应减弱,应变发生恢复.应用Abaqus软件的黏弹性力学模型,基于Arrhenius方程和Williams-Landel-Ferry(WLF)方程,通过二次开发建立形状记忆聚合物结构分析的数值模拟方法.采用环氧基形状记忆聚合物进行拉伸-松弛实验测定数值模拟中需要输入的材料参数,并进行形状记忆过程实验和数值模拟.结果表明,所提数值模拟方法能有效描述形状记忆过程,且针对实验所用的环氧基形状记忆聚合物,Arrhenius方程较WLF方程具有更高的计算精度.