浮放运输货物在冲击载荷下倾覆风险研究

目的对浮放运输货物在车辆冲击载荷下摇摆特性进行分析和其倾覆风险评价。方法将浮放运输的货物或包装件简化为刚性质量块,载运车辆建模为具有一定水平加速度载荷的刚性支座,推导出刚性质量块在加速度载荷下的摇摆运动控制方程,通过试验设计测取车辆减速制动工况下冲击载荷波形,建立冲击载荷波数学表达式,采用理论分析方法在近似线性化范围内分析冲击载荷下刚性质量块的动态摇摆特性与倾覆风险。结果刚性质量块在正向加速度载荷下进入摇摆,响应初始摇摆角度小于0并且倾覆是发生在自由振动状态下;绘制了刚性质量块在半正弦波冲击载荷下最小倾覆加速度频谱,存在一条边界线将频谱划分为安全区和倾覆区;刚性质量块的宽高比和稳定性呈正相关。结论通过转变为刚性质量块摇摆响应系统问题线性近似研究了浮放运输货物的摇摆特性和倾覆风险。

煤表面粗糙度对煤岩超低摩擦效应影响试验研究

超低摩擦型冲击地压本质是煤岩界面发生超低摩擦效应诱发的一种新型煤矿动力灾害,以沈阳红阳三矿顶板-煤层-底板为研究对象,利用自主研发的试验装置进行了轴压、垂直扰动和水平冲击共同作用下砂岩-煤-砂岩叠加块体超低摩擦效应模拟试验,以煤块为工作块体,分析了煤表面粗糙度对工作块体水平位移幅值、水平位移突变时间、水平加速度幅值、水平加速度突变时间的影响,得到了煤表面粗糙度对超低摩擦效应影响规律。结果表明:(1)砂岩表面粗糙度系数一定时,随煤表面粗糙度系数增大,工作块体水平位移和水平加速度时间历程曲线存在三阶段特征,即孕育阶段、激发阶段、稳定阶段;(2)煤表面粗糙度系数存在拐点为3.98,当煤表面粗糙度小于拐点3.98时,随煤表面粗糙度增大,激发阶段水平位移大于稳定阶段水平位移,位移差线性减小,超低摩擦效应减弱;(3)当煤表面粗糙度大于拐点3.98时,随煤表面粗糙度增加,激发阶段水平位移小于稳定阶段水平位移,此时工作块体水平位移出现二次增加,随位移差绝对值不断增大,超低摩擦效应越显著;(4)水平位移幅值和水平加速度幅值随煤表面粗糙度增大,呈先线性递减后线性递增规律;(5)水平位移突变时间和水平加速度突变时间随煤表面粗糙度增加,呈先线性增加后线性递减规律。

冲击地压矿井的围岩与支护统一吸能防冲理论

针对冲击地压过程的能量传递与耗散,基于块系围岩与支护系统动力模型,研究冲击扰动在岩体中传播时,围岩与支护特性对能量传递与耗散的影响,通过岩体和支护中的阻尼吸能作用对支护端岩块的动能变化进行分析。经分析表明:支护端岩块的冲击能量是可控的,当增大围岩中局部岩块间的阻尼作用时,支护端岩块的动能明显下降,有效地吸收了冲击能量,同时局部岩块间的阻尼分散作用在相邻两个块体间的吸能效果相比于集中作用时更好;当增大支护中的阻尼作用时,相比于同样的围岩中阻尼变化,其吸收冲击能量的效果较弱。当围岩与支护中的阻尼共同作用进行吸能防冲时,应以岩体主动吸能为主,支护被动吸能为辅进行统一吸能防冲,由此提出围岩与支护统一吸能防冲理论,为吸收冲击能量防御冲击地压动力灾害提供思路。

动静组合加载作用下块系岩体动力响应分析

深部复杂地质条件下,煤岩破碎更趋呈块系岩体,在动载作用下易于产生超低摩擦效应并失稳诱发煤岩动力灾害。采用FLAC-3D软件模拟块系岩体在垂直冲击载荷和水平静力共同作用下的动力响应,深入分析块系岩体超低摩擦效应发生机理,得到垂直冲击载荷和水平静力共同作用对工作块体位移和应力的影响规律,确定了块系岩体产生残余位移和超低摩擦效应的水平静力特征值条件。研究结果表明:仅垂直冲击载荷作用时,冲击载荷作用强度对残余位移影响并不明显;垂直冲击载荷和水平静力共同作用下,水平静力与残余位移曲线呈半抛物线关系;不同垂直冲击载荷作用下,产生残余位移的突变点不同,且当施加的水平静力处于不同特征值区间时,工作块体运动状态随之不同。

冲击体质量和冲击高度对里氏硬度测量值影响的分析

利用正交试验的方法分析了冲击体质量和冲击高度对里氏硬度测量值的影响,同时给出了一个两因素水平的可允许变动范围。

弹簧质量系统在动量球撞击下的响应特性

冲量是爆炸空气冲击波的重要威力参数,基于动量块的测试方法是获取冲量的途径之一。通过开展弹簧-质量块系统在动量球撞击下的响应特性研究,尝试将动量球的动量转换为弹簧的定量压缩位移。研究过程中,选定一种弹簧-质量块组合,通过开展聚甲醛、聚四氟乙烯、铝、钢4种不同动量球撞击试验,获得了弹簧-质量块压缩响应特性和动量转化效率。结果表明,在所试验的测试范围内,弹簧的最大压缩位移与动量球的加载速度线性相关,聚四氟乙烯动量球与弹簧-质量块系统耦合最稳定,适合作为冲击波冲量测试的转换载体。该系统可以为冲击波测量提供一种新方法。

块系覆岩破坏对巷道顶板的防冲吸能效应研究

通过块系覆岩动力传播顶板响应计算,从理论上分析了覆岩破坏程度和破坏深度对岩体动力传播携带能量的耗散作用.结果表明:随着覆岩破坏程度的增大巷道顶板在动载作用下的冲击启动时刻明显延迟,有效延缓了冲击能量的传递,顶板的冲击力、动能和位移响应幅值均随覆岩破坏程度的增大而下降,且顶板冲击力衰减明显,可有效耗散岩体中的冲击能量实现覆岩破坏吸能防冲效果.同时,覆岩破坏深度与顶板位移,冲击力及动能幅值的衰减均呈现正相关性,但其衰减幅度与覆岩破坏深度之间存在非单调变化关系.

弱围压与垂直冲击强扰动下块系岩体超低摩擦效应试验研究

随开采深度增加,深部岩体结构趋于破碎,临近工作面待开采岩体受弱围压作用.遇冲击载荷强扰动时,易诱发超低摩擦型冲击地压。采用自主研制的弱围压块系岩体超低摩擦模拟试验装置.以5个上下叠加花岗岩块体模拟深部临近工作面破碎岩体,通过螺栓加载方式对块系岩体施加弱围压作用、垂直方向施加冲击载荷作用模拟强扰动。以垂直加速度差值变化作为超低摩擦效应强度特征参数,分析得到了冲击载荷强度、围压对块系岩体超低摩擦效应影响规律。研究结果表明:垂直冲击载荷作用下,块系岩体振动分为受迫振动和自由振动两个阶段,随冲击载荷增大,块体垂直加速度差值峰值增大,垂直加速度差值衰减时间延长,此时超低摩擦效应强度和持续时间均显著增加;围压与冲击载荷共同作用下,存在围压临界值使得超低摩擦效应强度达到最大;随围压增加,超低摩擦效应最大强度发生时刻提前,当试验围压达到最大值时,超低摩擦效应最大强度发生时刻趋于一致。