急倾斜煤层分段开采下部煤岩体应力及位移演化规律

为了掌握急倾斜特厚煤层分段开采时工作面下部煤岩体应力及位移演化规律,采用数值模拟方法研究了工作面下部煤岩体和工作面底板的应力及位移分布,并分析了分段高度和开采深度对下部煤岩体应力及位移的影响。研究表明：上分段开采后,下部不同深度煤岩体卸压范围均呈长轴沿煤层走向的椭圆状,但卸压范围并不对称,底板侧和顶板侧的煤岩体卸压程度不同,靠近底板侧卸压程度更大。下部煤体卸压深度大小为底板侧>工作面中部>顶板侧。煤层底板不同深度出现不对称卸压区,靠近回采分段上端部的煤层底板处垂直应力明显集中。急倾斜煤层分段开采,段高对下部煤体的卸压深度范围影响较小。开采深度不同时,随着埋深增加,工作面下部煤岩体应力集中区域增大,下部同一深度煤体的垂直应力、垂直位移均出现明显增加,开采深度对工作面下部煤岩体的卸压范围影响明显,埋深越大卸压范围也越大。     

深部岩体块系摩擦减弱效应试验

为了研究深部岩体在冲击作用下的力学特性,用深部岩体动态特性多功能试验系统对块系岩石在垂直冲击载和水平拉力作用下的动态特性进行了试验研究,通过试验,明确了冲击载、水平静力和摩擦力之间存在的相互联系,建立了冲击能与特征摩擦力、冲击能与摩擦减弱系数的函数关系,确定了产生摩擦减弱效应和超低摩擦效应的特征值条件.结论表明:在垂直冲击能和水平静力共同作用时,水平静力与余留位移的关系呈抛物线状,而且抛物线会出现一个余留位移的突变,突变后余留位移的增大明显加快.     

采动煤岩体劣化过程中声发射损伤效应数值模拟

为了研究采动下煤岩体劣化过程的声发射特征并分析其演化规律,运用真实破裂过程分析RFPA2D系统,进行了载荷下煤岩试样的声发射数值模拟试验,分析了加载过程中煤岩体的初始裂纹出现及其扩展过程。模拟计算结果表明:随着加载的进行,煤岩体中的声发射事件逐渐增多,破裂带逐渐显现,直至煤岩体主破坏产生时形成了非常明显的破裂带,此时煤岩体中声发射频度突增,而对应的载荷出现突降;主破坏发生后,由于残余应力的作用,声发射处于较低水平,声发射总频次曲线也基本上没有增长,几乎与载荷曲线保持在水平状态。上述结果对利用煤岩体声发射特征进行煤岩的破坏过程实时动态监测提供了可能性,从而为煤与瓦斯突出动力灾害预测预报问题的深入研究奠定了理论基础。     

滑塌式危岩尖点突变模型研究

通过建立滑塌式危岩地质力学模型,应用尖点突变理论综合考虑了影响危岩体稳定性的内外因素,并建立了尖点突变力学模型,分析了各因素对危岩体稳定性的影响,推导出危岩失稳崩塌的力学判据.经万州太白岩W12危岩体计算分析,比较了传统刚性极限平衡法的不足,验证了应用尖点突变理论分析各种复杂影响因素的危岩时,可得到比刚性极限平衡法更好的结果.     

岩体工程系统失稳的能量突变判断准则及其应用

在明确区分岩石材料的破坏与岩石工程系统失稳破坏不同含义的基础上，提出了在用有发元计算模拟地下岩石开挖工程和实际工程设计中，不应简单地将岩石材料的破坏与岩石工程系统的破坏用同样的破坏准则加以判断的观点，运用系统能量的原理，借助突变理论的方法，导出央体工程开挖系统失稳破坏的能量突变准则，并将其引入了有限元程序中，用以判断岩体工程系统失稳的可能性，通过对金川二矿区大面积无矿柱胶结充填采场稳定性的有限元模     

煤岩体的损伤断裂机理研究

从分析煤岩的微结构特征和煤岩体的裂纹系统出发,根据损伤力学和断裂力学理论,初步探讨了煤岩体的损伤断裂机理,提出了煤岩体的损伤断裂准则,为煤炭开采中合理进行煤岩破碎和改进煤炭生产工艺及煤炭品质等提供一定的理论参考。     

煤岩渗透率与煤与瓦斯突出关系理论探讨

为预测和防治煤与瓦斯突出，从断裂力学角度，在细观上分析阐述了原始环境条件下饱和瓦斯煤岩体受采掘活动影响，在围岩应力增高情况下，其内部裂隙发生发展过程与渗透率之间的关系，由此分析说明了煤岩体渗透率的变化对煤岩体和瓦斯突出的影响，对研究和防止矿井煤与瓦斯构成的固流耦合系统的失稳破坏，造成煤与瓦斯突出提供了一个新的思路。     

煤岩体结构钻孔观测手段综述

论述了开展煤岩体结构观测的重要性及钻孔观测手段的发展现状,提出了钻孔观测判定煤岩体结构的最佳途径,重点介绍了数字式全景钻孔摄像系统的结构、优点和实际观测效果,阐明推广高清晰度数字式全景钻孔成像系统的必要性。     

基于ARM的声发射仪的设计

煤岩体因内外力作用以及外界环境因素影响,易发生滑坡塌陷,灾害发生之前会有声发射现象,将采集到的煤岩体声发射信号进行处理和分析,对声发射参数进行统计,就可以作为煤岩体是否稳定的判据。本文详细阐述了基于ARM的声发射仪的检测原理,系统的软硬件构成。系统的计算速度和实时处理能力快,稳定性好,功耗低,适合现场使用。     

急斜特厚煤层开采扰动区(MDZ)煤岩体动力学变形失稳过程分析

为研究急斜特厚煤层开采扰动区(Mining Disturbed Zone,MDZ)内煤岩动力学灾害控制问题,综合利用现场声发射(Acoustic Emission,AE)与光学钻孔影像(Borehole Optical Image,BOI)技术方法,并依托乌鲁木齐矿区急斜特厚煤层煤岩体动力学灾害控制为工程背景,揭示了急斜特厚煤层开采环境条件下深部开采扰动区结构演化特征。结果表明:急斜煤层深部煤岩破裂与变形过程中"波-力"指标演化分为5个阶段(初始压密→破裂萌生→破裂加速→整体破坏→能量急剧释放);开采扰动区内覆层煤岩体局部动态演化特征显著,主要表现为局部应力畸变诱发煤岩体整体结构失稳和致灾;煤岩体变形破坏致灾是开采深度、煤岩体禀赋性、顶底板夹持结构及应力非对称效应共同作用结果,为急斜特厚煤层动力学灾害预报预测提供依据。     

煤及半煤岩巷围岩分类与锚梁网支护专家系统

利用统计分析、模糊推理等多种手段，提出一种煤巷围岩稳定性综合分类法。研究平顶山矿区煤巷稳定性变化规律，得到了评价围岩稳定性的统计判据，可根据巷道夸件及实测信息评价巷道稳定程度，并绘制出多指标围岩分类图，直观表达了样本及样本分布规律，既提高了分类的可靠性。又简化了分类方法。开发出煤及半1煤岩巷锚梁网支护专家系统．该专家系统通用于煤巷锚梁网支护系列选型，并在平顶山矿区得到成功应用。     

急倾斜厚煤层采空区稳定性分析及注浆治理效果评价

以某急倾斜厚煤层采空区为对象.首先,通过数值模拟软件进行空区形成模拟,分析最大主应力与竖向位移特征,结合实测数据评价模拟的符合性.结果表明:空区上覆岩层偏向下山煤柱处、上山煤柱偏向下伏岩层处、上覆岩层与上山煤柱交汇处随着集中应力的减小而初期破坏减弱;空区下伏岩层偏向上山煤柱处、下山煤柱与下伏岩层交汇处、下山煤柱偏向上覆岩层处随着应力的增大而初期破坏增强;地表模拟与实际沉降量高度吻合,可以反映空区围岩实际情况.其次,进行空区煤柱失稳模拟,分析并评价围岩的稳定性.表明空区场地最大剩余沉降量为0.3～0.9 m,能破环建筑地基,空区围岩处于失稳状态.最后,模拟空区注浆充填治理,结合现场监测数据评价治理效果.表明现场与模拟监测点最终竖向位移差值在-2.3～8 mm范围,两者基本一致,注浆治理效果显著.可见注浆充填法能有效治理当地类似急倾斜厚煤层采空区失稳问题.     

大台井"川法"支护系统稳定性分析

针对薄煤层开采支护系统的稳定性问题，通过理论计算分析在冲击载荷作用下俯伪斜走向分段密集采煤法（简称“川法”）支护系统的稳定性。探讨相关参数如支柱的密集程度、垫层的厚度与弹性、煤层的倾角与厚度，特别是顶板冒落岩块的大小与冒落位置，对支护系统稳定性的影响。此采煤法支护系统的稳定性主要取决于密集柱与顶底板间的最大静摩擦力。当因顶板冒落岩块冲击而产生的摩擦力大于密集柱与顶板间的最大静摩擦力时，支护系统将会因稳定性不足而被冲垮。俯伪斜走向分段密集采煤法适合于薄煤层，2m以上的煤层已不适合于此种支护系统。     

大孔径垂直管道投放井矸石固体散料运动规律初探

固体充填采煤所用的矸石与粉煤灰充填散料,是通过大孔径垂直管道输送系统从地面输送到井下,本文以大孔径管道垂直投料井中充填散料为研究对象,运用气固两相流对充填料进行综合受力分析,初步得出了充填料在投料井中的运动规律及相关理论计算,分析了其流动形态并建立了数学模型,推算了其最大流速,对充填散料垂直投料系统设计具有一定的理论指导意义。     

Structure instability forecasting and analysis of giant rock pillars in steeply dipping thick coal seams

Structure stability analysis of rock masses is essential for forecasting catastrophic structure failure in coal seam mining. Steeply dipping thick coal seams (SDTCS) are common in the Urumqi coalfield, and some dynamical hazards such as roof collapse and min-ing-induced seismicity occur frequently in the coal mines. The cause of these events is mainly structure instability in giant rock pillars sand-wiched between SDTCS. Developing methods to predict these events is important for safe mining in such a complex environment. This study focuses on understanding the structural mechanics model of a giant rock pillar and presents a viewpoint of the stability of a trend sphenoid fractured beam (TSFB). Some stability index parameters such as failure surface dips were measured, and most dips were observed to be between 46° and 51°. We used a digital panoramic borehole monitoring system to measure the TSFB’s height (ΔH), which varied from 56.37 to 60.50 m. Next, FLAC3D was used to model the distribution and evolution of vertical displacement in the giant rock pillars;the re-sults confirmed the existence of a TSFB structure. Finally, we investigated the acoustic emission (AE) energy accumulation rate and ob-served that the rate commonly ranged from 20 to 40 kJ/min. The AE energy accumulation rate could be used to anticipate impeding seismic events related to structure failure. The results presented provide a useful approach for forecasting catastrophic events related to structure in-stability and for developing hazard prevention technology for mining in SDTCS.     

基于3DEC离散元的煤层井壁稳定性

为了准确了解煤岩井壁稳定性及坍塌规律,基于3DEC离散元软件,完成了对煤层井壁稳定的仿真模拟分析,验证了3DEC离散元软件应用于煤岩井壁稳定研究的可行性和相对于弹性力学连续性介质理论的优越性。考虑到简化计算和边界效应,物理模型采用内外双重建模;为更好地反映煤岩井周割理情况,内层模型采用离散型裂隙网络(discrete fracture network,DFN)技术。通过与不考虑割理面的弹性力学连续介质模型对比,验证了割理发育对煤岩井壁稳定的影响;通过位移云图来评价煤岩直井和水平井的井壁稳定性和垮塌掉落情况,且三维模型直观地展示了井壁失稳过程;完成了有效液柱压力、割理和井眼走向对煤岩井壁稳定的影响分析,得出结论:随着有效液柱压力的增大,井壁稳定性越来越强;割理尺寸、密度和产状的情况对井壁稳定仿真模拟影响巨大,模拟前应充分统计割理分布情况;在所设条件下,沿最大水平主地应力方向的水平井较直井更加稳定。     

一种分析条带煤柱稳定性的新思路

为了全面地分析条煤柱的稳定性,本文采用新兴的复合岩体力学理论,分析了岩体层面应对煤柱稳定性的影响,发现此种效应可引起煤柱强度提高,从而改善其稳定性。     

薄煤层冲击矿压发生机理及防治研究

分析了崔庙矿薄煤层诱发冲击矿压的原因,验证了薄煤层深部开采时具有冲击矿压现象,实验研究了薄煤层的冲击矿压危险性与煤岩体的结构特征的关系,即组合煤岩试样的冲击能指数随着顶板与煤样高度比值的增加而增加,随着煤岩高度比减小,组合煤岩单轴抗压强度增大,煤层厚度的变化对煤体中的应力分布有着很大的影响,探讨了薄煤层应力分布及转移规律和冲击矿压机理,即煤层越薄,煤体承载能力越强,越不容易产生应力转移,由于开采煤体,引起峰值应力区垂直应力升高,水平应力对煤体约束减小,导致冲击矿压。文中以崔庙矿为工程研究背景,通过设置切顶巷和顶板深孔爆破降低了冲击危险性,取得了显著效果,验证了薄煤层开采切顶巷防冲技术和顶板预裂爆破技术的可行性。     

顺层边坡岩体结构变形分叉灾变特性研究

视顺层边坡岩层为岩梁结构,讨论了岩梁变形的前屈曲状态和后屈曲稳定状态的分叉特性,建立了岩层结构发生灾变的判据。