构造应力与煤与瓦斯突出

用原岩应力测量确定了平顶山矿区应力场性质,用瓦斯地质学方法研究了地质构造,岩体应力状态对煤和瓦斯突出的影响,指出构造应力和地质构造形式对煤和瓦斯突出具有控制作用。     

考虑损伤情况下圆形硐室煤与瓦斯突出的解析解

将煤岩体视为多孔变形介质，考虑瓦斯压力和渗流作用的影响。根据弹塑性和损伤力学理论对圆形硐室和瓦斯突出进行了分析，得出了它的解析解。     

采场应力和煤结构对煤与瓦斯突出的影响

本文通过具体实例,分析讨论了采场应力对矿井煤与瓦斯突出的控制作用;煤的物理性质对矿井煤与瓦斯突出的影响。研究表明:煤的灰分、挥发分含量直接影响着煤体瓦斯压力、含量及煤与瓦斯的突出。     

煤与瓦斯突出固气耦合方法研究

为了解决煤与瓦斯固气耦合的预测问题.煤与瓦斯突出、瓦斯抽放等从力学的角度看其基础都是一致的,都涉及到耦合作用下气体的流动和煤岩体的变形与破裂问题.耦合作用下瓦斯气体的流动和煤岩体的变形与破裂规律的研究,是研究煤与瓦斯突出机理、煤层瓦斯抽放的理论基础.阐述了煤与瓦斯突出的固气耦合机理,重点介绍了国内外煤与瓦斯突出研究方法.,     

煤与瓦斯突出的时间效应与管理体系研究

随着煤矿开采深度和机械化程度的加大,煤与瓦斯突出的威胁日益突出,为了更加清楚的研究煤与瓦斯突出的机理和过程,对煤与瓦斯突出过程中的主要影响因素进行了分析,认为瓦斯内能是突出的主要能量来源,而瓦斯内能是由瓦斯含量决定的。通过对煤与瓦斯突出过程的孕育、突出发展、突出发生及再发展和突出衰退等阶段的分析,建立了煤与瓦斯突出发展时间矢、预测预警时间矢和应急响应时间矢,并进行了煤与瓦斯突出的时间效应的分析,建立了基于时间效应分析的煤与瓦斯突出管理体系,以提高矿井的抗灾减灾能力。     

河南某矿煤与瓦斯突出主因分析与措施优化

为确定煤与瓦斯突出的主控因素和解危优化措施,以河南某煤矿为研究对象,综合运用瓦斯地质分析法、地质动力区划方法、FLAC3D数值模拟等方法,研究确定了瓦斯赋存规律,划分了煤与瓦斯突出发生危险区域,建立区划断裂与煤与瓦斯突出发生的内在联系,分析煤与瓦斯突出发生的危险性概率值和掘进工作对煤与瓦斯突出的具体影响,确定矿井煤与瓦斯发生的主控因素及其显现特征,并对原解危措施进行了优化.研究结果表明:超过临界条件的埋藏深度、区划断裂交汇以及较高的构造应力等是该矿井煤与瓦斯突出发生的地质类因素;巷道的掘进使煤岩体应力升高24%～25%,增大了煤与瓦斯突出等动力灾害发生的危险.     

矿区岩体应力状态对瓦斯突出区域分布的影响

基于地质动力区划方法,建立区域地质构造模型,以岩性分布和地应力测量为边界力学条件,确定了矿区区域岩体应力分布规律:矿区区域岩体应力状态主要受断裂构造的控制,断裂构造的叠加扰动使原岩应力场重新分布.鹤壁六矿岩体应力状态对煤与瓦斯突出区域分布的影响分析,结果表明:构造应力场对煤与瓦斯突出起控制作用,构造应力区的分布决定了煤与瓦斯突出的区域性分布.这为矿井煤与瓦斯突出区域预测、局部检测和解危提供了理论参考.     

芦岭煤矿煤与瓦斯突出的地质因素分析及防治对策

煤与瓦斯突出是煤矿生产过程中的一种复杂动力灾害现象,其产生的机理复杂,突出要素之间相互关联,具有突发性特征,其中以煤矿瓦斯地质特征对煤与瓦斯突出的影响最关键.通过对煤矿现场资料收集总结与分析,研究了芦岭煤矿瓦斯地质特征及与煤与瓦斯突出的关系,表明矿井瓦斯地质特征、印瓦斯的赋存受地质条件控制,地质构造和构造煤是引发煤与瓦斯突出的主要因素,并在此基础上提出了防治煤与瓦斯突出的相关对策.     

煤与瓦斯突出的地质理论分析

从地质理论出发,分析了导致煤与瓦斯突出的内因和外因。结果表明,地应力、煤层形成时代、大地构造环境是导致煤与瓦斯突出的主要内因,掘进方式和掘进速度是导致煤与瓦斯突出的主要外因。研究旨在提高对煤与瓦斯突出的理论认识,减少由煤与瓦斯突出带来的灾害。     

构造应力场对煤与瓦斯突出的控制作用

为了研究华北聚煤区南缘逆冲推覆构造带东北缘的区域构造应力场对平顶山矿区八矿己15煤层煤与瓦斯突出的控制作用,基于地质动力区划方法,对己15煤层顶板的岩体应力状态进行数值模拟,以应力等值线图的形式展示岩体应力的变化情况,将己15煤层顶板构造应力进行构造应力区的三级划分.分析得出构造应力场对煤与瓦斯突出起控制作用,构造应力区的分布决定了煤与瓦斯突出的区域性分布,为研究构造应力场对煤与瓦斯突出的控制作用提供了例证,为矿井开采过程中煤与瓦斯突出的预测和防治提供了依据.     

点载荷作用下煤岩体的破坏特性

为了了解点载荷作用下岩石的破坏特征,通过理论分析和数值模拟对点载荷作用下岩石破坏特征进行分析,得出点载荷作用下的应力分布规律,在加载点周围岩石所受的力接近压应力,但在距加载点一定距离以外的范围内,岩石受到了垂直加载轴方向的弹性拉应力,其在试件内部分布均近球状。试件的形状对其应力分布影响不大。最后分析了点载荷作用下岩石破坏机理.     

爆生气体作用机理及岩体裂纹扩展分析

分析了不同装药结构条件下的爆生气体初始压力及气体压力随堵塞物位移的变化规律,从牛顿第二定律入手推导出了堵塞物长度与堵塞物在爆生气体压力作用下运动时间的关系式,然后采用BCM模型对岩体裂纹扩展进行分析,定义裂纹从孔壁沿着最小抵抗线方向扩展到自由面所用的时间为岩体破碎时间,令堵塞物在炮孔中运动时间等于岩体破碎时间,建立了计算堵塞物最佳长度的理论模型,该模型综合考虑了爆生气体压力作用下堵塞物的运动和裂纹扩展导致岩体破碎这两方面。最后将理论计算值与经验值和试验值进行了对比分析,理论计算值与经验值和试验值吻合较好,证明了理论模型具有一定的可靠性。     

水射流-机械滚刀复合破岩影响因素

针对极硬岩、极端软硬不均等特殊地层,滚刀破岩效率低下,刀具磨损（损坏）严重,掘进机换刀频繁,作业效率低的问题,通过搭建水射流滚刀复合破岩实验系统,针对不花岗岩,采用不同的机械滚刀间距及水射流辅助破岩方式,开展了纯机械滚刀破岩、水射流切割岩石和水射流机械滚刀复合破岩实验研究,探明了水射流与机械滚刀复合破岩水射流破岩切缝深度、刀具三向力及破岩比能变化规律,为水射流破岩技术在隧道掘进机工程应用提供指导。     

气液两相射流破岩流场数值模拟

为解决传统水射流破岩资源消耗巨大的问题,急需研究出一种高效节能的射流破岩技术,以达到节能减排、绿色可持续发展的目的。本文基于计算流体力学方法,在水射流的基础上加入定量气相,形成气液两相射流,并对其进行数值仿真,研究了气液两相射流的速度场、压力场特性,分析了气相体积分数、入射压力和喷距对气液两相射流破岩性能参数的影响规律。研究结果显示：气相体积分数为30%的气液两相射流的最大轴向速度为288 m/s,相比纯水射流提升超过19%。当射流从喷嘴喷出,高压的气泡溃灭会形成高速溃灭微射流,提高射流速度和射流冲击力。随气相体积分数增加,射流最大轴向速度不断增加,而驻点压力略有下降。随入射压力增加时,射流最大轴向速度呈上升趋势,但增幅逐渐变缓。当喷距增加到35 mm时,射流中的大部分气泡在靶面附近发生溃灭,对靶面产生脉动冲击,使驻点压力回升到26 MPa,此时驻点压力高,射流扩散较小,射流破岩性能良好。     

煤矿沿空掘巷巷旁支护体参数设计

 国家《防治煤与瓦斯突出规定》中规定"突出矿井开采保护层时,采空区内不得留有煤岩柱".铁法大隆煤矿二水平13^#煤已定为煤与瓦斯突出煤层,现正开采作为保护层的上覆煤层12^#煤.为了在12^#煤中实现无煤柱开采,设计在该煤层采用完全沿空掘巷技术.根据岩梁倾斜理论,确定巷旁支护阻力2860kN/m,煤壁下沉量0.4725m,选取落叶松木直径为22cm,高度240cm,每米巷道支护10根.该方案成功避免了应力集中,解决了该矿沿空掘巷巷旁支护问题,提高了煤炭采出率,创造了良好的经济效益.     

不同间距和倾角的岩石节理对TBM滚刀破岩的影响

在隧道掘进机(tunnel boring machine, TBM)开挖过程中会遇到表面节理条件不同的围岩,影响TBM操作参数的选取和施工效率。为研究节理条件对滚刀力的影响,本研究设置了三种岩面切缝方案模拟不同间距和角度的节理岩石进行线性切割试验,观察岩面破坏情况,收集岩渣并记录滚刀破岩的三向力和振动信号,从岩体破坏、刀具振动情况分析贯入度、切缝的间距和角度对滚刀破岩效果的影响。结果表明：滚刀法向力和滚动力均随着贯入度的增大而增大;切缝间距400 mm比间距200 mm的岩样所需的破岩力更大,但是破岩效果较差;斜切缝岩样相比平行切缝岩样所需破岩力更低而破岩效果较好。在此基础上本研究利用多元线性回归方法建立了滚刀力预测模型,具有较高的预测精度。     

快慢凝预应力树脂锚杆与围岩相互作用的力学特征

对比分析了快慢凝预应力锚杆较普通全长树脂锚杆的优势,从锚杆的轴向作用和横向作用两方面进行力学特性研究,得到快慢凝预应力树脂锚杆轴向和横向的应力分布规律.锚杆的轴向作用有效地改善了围岩的应力状态.锚杆的横向作用体现在两个方面,即充填裂隙和抗滑移剪切,能有效改善围岩的力学性质.最后,探讨了节理岩体中锚杆的受力特征,锚杆存在多个应力峰值点,并对轴力公式进行了修正.     

冲击地压灾害结构失稳机理的组合体试验研究

煤矿冲击地压的发生机理极其复杂,是煤岩体非线性破坏、失稳矿山压力显现的总称。在分析煤岩体破坏机理和采动影响的基础上,应用能量积聚-释放诱发冲击地压的原理设计了煤岩体组合力学模型及模拟煤岩体突出的结构失稳加载试验系统试验,并配制、筛选大变形突出倾向性相似材料等方面进行了组合体结构加载失稳试验,获得了煤岩结构失稳与位移突出的特征。试验表明:组合体试件在加卸载过程中和破坏失稳时表现为稳定态能量积蓄、非稳态释放特征,是应力环境、材料强度与结构等多种因素影响的非线性动力学过程。     

工作面预采煤体中瓦斯积聚过程探讨

通过分析煤与瓦斯突出中各因素所起的作用，阐述了回采工作面预采煤体在移动支承压力的压移赶制作用下，其内部瓦斯运移与积聚的追集过程，该过程促进了煤与瓦斯发生突出条件的进一步形成。并在此基础上说明了走向长壁工作面煤与瓦斯突出发生在工作面中下部的原因，对深入研究和防治工作面煤与瓦斯突出有一定的指导意义。     

岩石温度对盘形滚刀掘进参数破岩特性的影响

为了研究在岩石温度变化条件下盘形滚刀掘进参数对破岩特性的影响,以颗粒流理论为平台,从细观角度上建立了基于岩石温度变化的盘形滚刀热力学破岩数学模型,模拟了不同工况下岩石裂纹生成、扩展和岩渣形成的全过程,并对掘进参数对破岩特性的影响规律进行了研究,从细观角度解释了不同岩石温度下滚刀的破岩机制.利用直线式TBM滚刀破岩实验台,通过实验验证在岩石温度变化条件下掘进参数对滚刀破岩的影响规律是否与数值模拟有较好的一致性.研究结果表明:1)岩石温度升高,降低了岩石硬度、强度等力学性质,破岩时裂纹数增多且微裂纹迅速扩展,降低了滚刀破岩载荷,提高了破岩效率;2)低贯入度时,岩石不容易被侵入破碎;随着岩石温度的升高,岩石越来越容易挤压破裂;随着贯入度增加,失效区域进一步扩大,破岩效率提高;3)滚刀之间的协同作用随刀间距的增加而减弱,最优刀间距随岩石温度的升高而增加,随贯入度的增大而增加;4)提高岩石温度能增强滚刀之间的协同作用,提高破岩效率.