软岩保护层开采采动卸压效果的预测及应用

为了研究软岩保护层不同开采参数下采动卸压影响规律,探讨5种不同开采参数下被保护层的等效膨胀率和等效卸压率,构建软岩保护层卸压效果改进鲸鱼BP神经网络预测模型,对不同开采参数下被保护层卸压程度进行预测,通过灰色关联度分析影响采动卸压效果的主次影响因素。研究结果表明:对软岩保护层卸压效果产生影响的主要因素是关键层位置,其次是层间距、采高、面长和埋深,灰色关联度分析结果与实际情况相吻合。模型能较为准确地预测各种情况下被保护层的卸压情况,预测误差小于5%,并且模型易于实现、操作简单。研究结果可为软岩保护层卸压开采提供重要的参考价值。

棉籽颗粒在三自由度混联振动筛面上的运动规律

为深入研究和揭示多维振动筛筛面物料运动规律和透筛机理以及设计三自由度混联振动筛,基于机构拓扑结构理论构造了一种全解耦的三自由度混联机构2PRRR-P(2R),作为三自由度振动筛的主体激振机构;运用D-H变换矩阵推导出筛面的运动轨迹方程,并运用ADAMS软件对振动筛进行运动学仿真,验证了机构设计的可行性;基于离散元法对棉籽颗粒群在三自由度振动筛筛面上的筛分过程进行了模拟分析,表明筛面的三维运动能增加颗粒群在X和Y向的抛掷位移,使颗粒群平均透筛时间缩短;试验结果表明,筛面增加X向的振动后,分散度增加约54%,筛分效率增加约46%;筛面增加X向和Y向的振动后,分散度和筛分效率分别增加约152%和68%,比仅增加X向振动时分别增加约62%和15%,试验结果与EDEM仿真结果一致。研究表明,三自由度混联振动筛能实现筛面沿X、Y、Z向的三维独立振动,其自由度、振幅、频率等振动参数调节方便;筛面的三自由度振动利于颗粒物料在筛面上分散,可大幅提高筛分效率。该研究对进一步研究多维振动筛分机理、研制三自由度混联振动筛产品样机等提供了参考。

两自由度往复式滚筒筛茶叶筛分模拟研究

为研究两自由度往复式滚筒筛的运动和结构参数对茶叶筛分效率的影响规律，以涌溪火青茶为对象，基于离散元法运用 EDEM 软件在两自由度往复式滚筒筛中进行茶叶颗粒筛分模拟。研究了滚筒在往复式回转运动时滚筒倾角、往复角和往复频率对筛分过程的影响规律，得出滚筒筛的理想参数取值范围为：倾角为4-8°，往复频率为2-2.5 Hz，往复角为60-75°。进一步对滚筒施加 X 向振动激励，采用正交试验的方法研究激振频率、振幅、往复角、对筛分过程的影响。仿真结果表明，激振频率和往复角对筛分效率影响显著；两自由度筛分模式下，滚筒筛的理想参数为：激振频率为8 Hz，振幅为8 mm，往复角为70°。

潮湿原煤颗粒在三自由度混联振动筛中筛分效率研究

为研究潮湿难筛分原煤颗粒在两平移一转动三自由度混联振动筛中的筛分效率变化规律,基于三维离散元法,运用EDEM软件模拟潮湿原煤颗粒的筛分过程.自主设计了两平移一转动三自由度混联振动筛,以研究各振动参数对原煤颗粒筛分效率的影响;综合采用动态筛分效率和阻碍粒排出率作为模拟筛分效率的评定指标,得出各自由度振动组合中的最佳激振模式及振动方向对潮湿原煤颗粒在筛面运动的作用;以动态筛分效率为参考值,采用正交实验方法,分析各因素对筛分效率的影响,得出影响因素分别为:外在水分、振动自由度、频率、振幅;用优选的筛分方案进行离散元模拟实验,验证了多维振动有利于潮湿难筛分原煤颗粒的分散、透筛及防堵.

深井大断面沿空留巷底鼓防控技术

在分析沿空留巷底鼓影响因素基础上,建立深井大断面沿空留巷底板受力模型,将充填体外侧的一端边界简化为固定铰链支座,煤帮极限平衡区下的一端视为固定端约束,底板梁顶面及底面分别受到充填体、煤帮以及下部岩层施加的载荷;然后建立满足底板梁两端位移边界条件并符合沿空留巷底板变形特征的挠曲线方程表达式,利用最小势能原理对底板变形量进行计算和分析。实例计算表明,底板越厚,底板最大变形量就越小;而巷道宽度越大,底板最大变形量则越大。根据深井大断面沿空留巷底鼓影响因素及底板受力模型研究,提出了底鼓防治技术,并进行了底鼓防治工程实践,最后展望了深井大断面沿空留巷底鼓防控技术发展方向。

深部复合顶板下沿空留巷巷旁充填体合理宽度研究

以顾桥矿埋深740m的1115(1)工作面为研究背景,采用理论分析、数值模拟和现场实测的方法探究了深部复合顶板条件下的充填体合理宽度。结果表明:当复合顶板岩性较软时,直接顶会大面积破碎并有较大的下沉量,故顶板处要强化支护以维护其完整性。同时,当充填体宽度在2.5m左右时,围岩所受应力与围岩位移都得到了最优化,并在实际生产中取得了成功应用,使巷道的最大收缩率在24.7%左右,满足安全生产要求。这说明此方法确定的充填体宽度合理,对沿空留巷实践具有一定的指导意义。

煤层底板变形与破坏规律直流电阻率CT探测

从煤层开采引起底板破坏的一般规律出发,探讨了底板岩层破坏与其电阻率的响应关系。介绍了直流电阻率CT探测技术的原理与方法,按照采动底板岩层活动规律设计了探测方案,进行煤层底板破坏深度的动态直流电阻率CT探测。通过在淮北某矿1028工作面风巷中底板位置施工2个钻孔,在孔中埋置一定数量电极,形成孔间探测剖面,并根据工作面回采进度探测不同时期岩层电场变化特征,反演其电阻率值,得出煤层底板采动裂隙演化过程中的岩层电阻率响应特征和1028工作面底板破坏深度为17 m,为煤矿安全生产提供直观有效的技术参数。试验结果表明:采用直流电阻率CT探测煤层底板采动破坏带演化过程效果明显,能显示出底板在回采过程中变化破坏情况,有利于煤矿底板突水预测和突水防治措施的制订。

考虑渗流、应变软化和扩容的巷道围岩弹塑性分析

考虑了渗流体积力、岩体应变软化、破裂膨胀性重要因素,应用弹塑性力学理论,推导了渗流场作用下巷道围岩的应力和位移分布规律,给出了巷道围岩不同分区范围与孔隙水压力、岩体应变软化程度、破裂膨胀性之间的关系;研究表明,孔隙水压力和岩体破裂膨胀特性对巷道围岩破裂区范围的影响程度比对塑性区范围的影响程度明显;考虑渗流场比不考虑渗流场的影响时,塑性区范围和破裂区范围都要大;岩体应变软化程度对巷道围岩塑性区和破裂区的范围影响同样显著;渗流、应变软化、破裂膨胀性对巷道围岩变形的影响都比较明显。研究成果为渗流场作用下的巷道支护工程有一定的参考价值。

沿空留巷围岩结构稳定性力学分析

以往对沿空留巷围岩结构特征了解不够,难以准确计算巷旁支护阻力,导致沿空留巷困难甚至失败。因此,根据沿空留巷上覆岩层垮断特征,提出了"大结构"、"小结构"概念,分别构建了围岩"大结构"、"小结构"力学模型,研究分析了"大结构"形成"低形态拱"和"高形态拱"的条件,推导出了拱高计算式,研究认为:在巷旁顶板岩层残留边界二次破断前,若及时加固煤帮,提高巷内和巷旁支护阻力,则上覆岩层易形成"低形态拱";若巷道煤帮松软,或巷道支护阻力不足,则易形成"高形态拱"。通过研究拱脚的水平力对"大结构"形态演化及其稳定性影响,发现拱脚处的水平力是造成拱破坏的主要原因,若拱脚处的水平力大于其抗剪力,拱将失稳破坏,造成"低形态拱"的拱高增加或"高形态拱"的跨度向外扩展,引起"小结构"的岩层载荷增加,"小结构"的岩层载荷不仅与"大结构"的形态、拱高和跨度相关,而且与二次破断区顶板"铰接岩层"的稳定性密切相关,根据关键层理论,确定"大结构"拱高范围内顶板硬岩层位置及其所控制的软岩层组,采用滑落失稳判据和挤压变形失稳判据,自上而下判别出顶板"铰接岩层"的稳定性,进而确定围岩"小结构"的岩层载荷,据此推导出巷旁支护阻力计算式。

沿空留巷底板变形力学分析及底臌防控

上覆岩层垮落产生的动载荷通过巷帮煤体、巷内支护体以及巷旁支护体传递给底板,造成工作面后方一段距离的沿空留巷底臌变形加剧。为了控制上覆岩层垮落引起的底臌变形,在分析沿空留巷力学环境的基础上,建立底板力学模型,计算出沿空留巷煤帮弹性压缩区、塑性区、破裂区的宽度,以及煤帮对底板的作用力。应用关键层理论,确定顶板硬岩层位置及其破断顺序,以及垮断极限层的层位;采用顶板载荷条带分割法,计算出巷旁支护体对底板的作用力,并引入等效载荷的概念,构建底板等效载荷分布力学模型,将沿空留巷底臌与上覆岩层垮落紧密联系起来,分析上覆岩层垮落对底板的受力及变形影响,推导出底臌变形计算式。研究结果表明:上覆岩层垮落引起的底臌主要是由于塑性区煤体和巷旁支护体下方底板岩层高应力压剪破坏,以及巷道底板和采空区底板在强卸荷条件的拉伸破坏共同影响造成的。基于此,提出了降低塑性区煤体和巷旁支护体传递给底板的作用力,提高采空区冒落矸石对底板的作用力,防止巷道底板岩层拉伸破坏,巷旁支护体宽度、刚度与底板岩层强度相匹配等底臌防控措施,并应用于工程实践。

采动应力效应下的煤层底板裂隙演化规律研究

煤层底板突水的实质是采动应力诱发煤层底板裂隙失稳、扩展和贯通,形成突水通道,进而引发突水灾害。根据回采工作面前后支承压力分布规律,笔者建立了煤层底板应力计算模型,分析了随着回采工作面的推进煤层底板中的垂直应力和水平应力分布规律以及煤层底板的破坏形式;对煤层底板岩体进行了破坏分区,根据断裂力学理论给出了不同区域内,裂纹不同破坏模式下的张开位移表达式;采用震波检层技术验证了煤层底板采动裂隙动态的演化规律,有利于煤矿底板突水预测和突水防治措施的制订。

松散含水层下上提工作面压架因素敏感性分析与压架预防

为了防止类似淮南顾北矿1202(3)上提工作面再次发生突水压架事故,根据上提工作面覆岩破断特征,建立了自然拱覆岩结构力学模型,推导出低冒拱和高冒拱的拱高计算式,研究了工作面顶板断裂位置对支架载荷的影响,分别计算出松散含水层在自然拱内、拱外两种条件下的覆岩载荷,确定了滑落失稳和挤压变形失稳的压架判据。研究表明,上提工作面受到松散含水层内水的影响时,易形成高冒拱结构,拱内松散层重度增加,铰接岩块之间的接触力减小,承载关键层受到松散含水层内的水压影响,造成支架上的载荷急剧增大,导致上提工作面易发生突水压架事故。然而影响工作面突水压架既有地质因素,又有开采技术因素,盲目地增加支架工作阻力未必能降低工作面压架风险,支护成本必然急剧增加。基于此,定义了无量纲的压架敏感度指标,分析了压架因素的敏感性,并针对压架敏感性较高的因素,提出了"适当控制采高,开切眼顶板强制放顶,防止直接顶悬顶,采前疏水降压,加固工作面煤壁,提高支架支撑力,合理的设备选型,保证合理的工作面推进速度"等防压架对策,为类似条件下上提工作面安全开采提供一些理论指导。

超长大采高工作面矿压特征影响因素分析

采用FLAC3D数值模拟软件模拟了超长大采高俯斜工作面顶板下沉量及工作面超前支承压力分布规律,并在此模型的基础上,通过调整采高、面长、采深,对比分析了超长大采高工作面矿压显现特征与常规工作面的差异。研究结果表明:刘庄矿171301大采高综采工作面超前支承压力影响范围大,达到60m;顶板最大下沉量随着采深、面长的增大而增大,增大幅度逐渐减小,随着采高的增大而急剧增大;工作面支承压力峰值随着采深的增大而增大,随采高的增大而减小,峰值位置均向煤壁前方发生迁移;工作面面长对支承压力影响不显著,所以在其他条件不变的情况下,增加面长矿压显现变化不大。

煤矿层状岩体压力拱演化规律的相似模拟

采动作用下的岩体应力转移变化所形成的压力拱特征研究,对于采矿岩层控制和巷道围岩稳定具有重要的科学价值。基于理论分析和相似材料物理模型实验,分析了综放工作面上覆岩层变形破坏形态及其应力转移变化规律,证实了采矿矿压以压力拱的形式转移。研究表明:采煤工作面推进后,伴随着采场岩层应力的不断转移和调整,将在采场岩层中形成一个承担上覆岩层重力的压力拱,其空间形态近似为长轴在开采面推进向短轴与工作面平行向的鸡蛋壳形厚壁结构。工作面初采开始后,随其推进距离的增加,压力拱向周边岩层深部延伸;拱体厚度增大、拱内岩层应力升高。

U型工作面上隅角埋管瓦斯抽采数值模拟研究

传统的U型通风工作面上隅角瓦斯积聚现象经常出现,严重制约着矿井正常生产能力的有效发挥,对矿井安全生产造成重大威胁。基于前人对采空区非均质多孔介质气体运移理论的研究,采用Fluent软件数值模拟研究了U型和上隅角埋管条件下U型通风系统的静压力场和瓦斯浓度场。研究结果表明:在相同的模型参数条件下,U型通风容易造成上隅角瓦斯积聚,上隅角瓦斯超限问题十分严重;采空区5m处埋管,治理上隅角瓦斯积聚的效果欠佳,达不到安全开采的条件;15m处埋管可以较好的解决上隅角瓦斯超限问题,工作面没有出现瓦斯积聚现象,工作面和回风巷的瓦斯浓度始终处于1%以下;25m处埋管的效果与15m基本相同,没有表现出更好的瓦斯治理效果。综合数值模拟的结果,确定了上隅角埋管抽放采空区瓦斯的理想抽放位置为距离地板垂高1.2m、沿走向深入采空区15m处。

煤层底板采动应力效应及其力学作用机制研究

煤层底板突水的实质是采动应力诱发底板岩体变形破坏,引发煤层底板突水。掌握底板岩层的破坏规律是承压水体上安全开采的首要问题。根据开采过程中回采工作面前后方支承压力分布规律,利用弹性力学理论,建立了煤层底板应力计算模型,分析了随着回采工作面推进煤层底板沿深度方向的最大主应力和最小主应力分布规律与底板剪切破坏形式。运用工程中常用的莫尔库伦准则,提出了煤层底板岩体的破坏判据。煤层底板的破坏易从回采工作面附近开始,向回采工作面后方采空区由浅而深发展,破断面呈抛物状弧面。应用直流电阻率法CT技术,在淮北孙疃煤矿1028工作面风巷中煤层底板位置施工2个钻孔,在孔中埋置一定数量电极,形成孔间探测剖面,对煤层底板采动裂隙演化过程中的岩层电阻率响应特征和1028工作面底板破坏深度进行了动态综合探测。探测结果表明:1028工作面煤层底板在支承压力和底板承压水水压共同作用下,煤层底板的破坏范围在0～17 m;在此范围内煤层底板岩层中垂向裂隙和层向裂隙发育明显,超过17 m后底板岩层受采动影响较小,底板最大破坏深度约17m。通过直流电阻率法CT技术现场实测验证了理论分析是正确的和可行的。

超长大采高综采面安全推过大断层合理方法研究

为避免171303工作面回采期间采用破底破顶、平整过渡方法过F18断层可能造成的采煤机割不动、工作面推进速度慢及经济效益差等问题,保证工作面安全顺利通过F18大落差断层,进行了断层影响区顶板平衡结构力学分析,提出了采用卧底方法通过F18大断层,并对该方法的可行性进行了相似模拟试验,建立了大采高工作面过大断层安全技术保障体系。现场工程实践表明:171303工作面采用卧底方法,由断层上盘向断层推进过大断层,并加大断层下盘的调斜坡度,每米推进煤量增加,矸石量减小,实现了工作面安全快速推进F18大断层,取得了较为显著的效果。

DF-300A减速机箱体铸造工艺优化设计

运用铸造数值模拟软件Pro CAST,对DF-300A减速机箱体的铸造工艺方案进行充型和凝固过程的数值模拟,分析铸件充型和凝固的状态以及温度场的变化情况。针对温度对阶梯式浇注工艺方案的充型和凝固过程的影响进行数值模拟,根据分析结果对箱体的铸造方案进行优化改进并确定最优浇注温度为1 400℃。通过增加冒口尺寸及数量、增加冷铁、改变铸件的圆角大小等方式有效地控制了缩孔、缩松缺陷的产生,提高了铸件品质和合格率。

煤矿采空区空间几何特征对岩石压力拱的影响

岩石压力拱对采空区围岩稳定具有重要维护作用。本文基于采场围岩应力函数讨论了压力拱的影响因素,进而借助数值模拟软件,定性分析了煤矿采空区空间几何特征变化对压力拱的影响程度。得到如下主要结论:当采空区埋深达到能形成完整的压力拱后,再增加埋深不会改变压力拱的空间形态,但压力拱承载能力提高;采空区宽度增加对压力拱的影响最大,尤其是覆岩内的拱体内边界将远离采空区;采空区长度增加对覆岩内工作面走向的压力拱拱体影响较大,对其他方向拱体的影响甚微。

矿用液压吊装机变幅机构动力学仿真分析

为掌握矿用液压吊装机变幅机构动力学性能,进而为其控制设计和结构改进提供依据,以某新型矿用液压吊装机为研究对象,在对其变幅机构工况进行系统分析的基础上,基于等效元素法结合ADAMS仿真软件,对其变幅机构进行了动力学仿真分析.结果表明:吊臂起升角速度在初始阶段较为平稳,但随着变幅液压缸驱动力的增大,其跳动量会在某一时刻突然增大,并对起升平稳性造成影响.针对此,利用MATLAB曲线拟合方法对驱动函数进行反求,获得了匀速变幅驱动修正函数,使起升角速度跳动开始时间明显延迟,跳动量降低,吊装机起重性能得到改善.同时通过变幅液压缸驱动力仿真分析,确定了危险工况,使吊装机结构优化设计更有针对性.研究结果为矿用液压吊装机设计与完善提供了新的思路.