水流作用下裂隙内沉积颗粒起动临界流速研究

为了优化阻塞裂隙的水力冲刷工艺参数,采用物理试验和理论分析相结合的方法,建立了水流作用下颗粒起动有效作用流速数学模型,研究了水流作用下裂隙内不同形状颗粒的起动方式和颗粒起动临界流速随颗粒粒径、流体密度和裂隙高度的变化特性。结果表明：近圆颗粒和椭球颗粒主要以滚动方式起动,扁平颗粒以滑动方式起动;颗粒起动临界流速随颗粒粒径的增大呈现对数增大的变化规律,随流体密度的增大呈减小的变化规律;进一步地,由于颗粒起动有效作用流速与裂隙高度的增大呈负相关的变化规律,因此颗粒起动临界流速随裂隙高度的增大而增大。为提升阻塞裂隙的水力冲刷效果,应采用的方法是增加流体介质的密度,促使裂隙内更多的沉积颗粒发生起动。此外,当水力冲刷工艺运用至裂隙发育的地带时,应该适当提高水力冲刷工艺的注水量,提高堵塞裂隙的水力冲刷工艺效果。     

层次分析法在矿井通风评价中的应用

针对矿井通风评价系统存在不完善之处,通过分析矿井通风系统的特点,建立了多层次的通风系统层次评价模型,利用层次分析法确定了19个评价指标的权值,并进行了一致性检验。经过在山东肥城白庄煤矿通风系统状况评价中的实践应用,证明该评价模型是可行的,取得了较好的效果。     

开孔泡沫金属动态力学性能及能量特性

泡沫金属材料在防护吸能领域有着重要的应用前景,深入研究泡沫金属及其相关结构的冲击力学性能十分必要。通过Φ50 mm的分离式霍普金森杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB)装置对开孔泡沫金属Fe、Ni、Fe-Ni合金(50 mm×10 mm)进行动态冲击试验。试验分析了应变和应变率对其力学性能及吸能特性的影响,通过对其峰值应力、波动应力、理想吸能效率等参数的对比分析多种冲击速度下不同泡沫金属材料的抗压强度与吸能性,为建筑、航天等工程的使用提供理论基础。研究结果表明：高冲击速度下峰值应力增大且Fe-Ni合金抗压强度最高,不同材料泡沫金属均存在波动应力且压密阶段时间各不相同。应变率介于600～1 150时泡沫金属Ni吸能性最优,该区间外Fe-Ni合金更优。当应变率大于1 000时,Fe-Ni合金理想吸能效率增幅较大,相较于700时提高了48%、为最优理想吸能材料。     

采动条件下井壁变形对井筒涌水量的影响

大口径深立井开挖过程中,较准确预测井筒涌水量一直是工程实践中需要解决的难题.以山东龙固矿主井为例,采用理论分析、实验测试和数学计算探讨井筒开挖阶段涌水量的合理预测方法.首先,开展了实验测试分析应力应变-渗透性的关系,提出了覆岩的渗透性与岩石性能有关,且渗透性在岩石破坏前后其值达到最大.其次,采用岩石力学理论和Flac3D数值模拟对井筒破坏带范围进行计算,得出风化基岩段产生2.5 m左右的破坏带,二叠系砂岩中产生5 m左右破坏带,在石炭系岩层中产生3 m左右的破坏带.最后,分别对是否考虑岩层破坏带影响的2种情况,使用解析法、数值模拟法、达西渗流断面法计算了井筒涌水量.得出结论:忽视井筒破坏带对涌水量的影响导致预测值偏小;达西渗流理论公式应用在上覆第四系松散层中应用效果较好,在深部基岩裂隙岩体中数值法效果更好.     

磁化表面活性剂溶液的降尘机理及应用

 随着煤炭行业机械化和采掘速度的加快,工作面粉尘浓度越来越大,威胁着工人的安全。通过分析磁化降尘机理和磁化表面活性剂溶液降尘机理,以山西省某矿为例,确定了适合该矿综采工作面的最佳表面活性剂为LDLC 表面活性剂及最佳浓度为0.1%,以及最佳磁化强度1000 mT 和最佳磁化时间60 s,并根据结果设计磁化管路和添加装置。该措施在该矿回采工作面进行现场试验,使该工作面的全尘浓度降尘效果比常规措施提高72%左右,PM_2.5降尘效果提高60%左右,有效改善了工作面的作业环境。     

基于3D打印技术的岩体复杂结构与应力场的可视化方法

准确表征与直观显示岩体复杂的内部结构与应力场是解决诸多地下工程问题的基础和关键.本文运用CT成像、三维重构和3D打印技术制备了包含复杂裂隙的天然煤岩模型,借助三维应力冻结和光弹技术,直观定量地显示了单轴压缩载荷作用下复杂裂隙煤岩内部的应力场分布特征.研究表明:通过3D打印技术制备的煤岩模型具有与天然煤岩一致的裂隙结构特征;3D模型的单轴抗压强度、弹性模量和泊松比等力学性能指标接近于天然裂隙煤岩;在不连续裂隙周边的高应力分布区域以及应力级差等方面,3D模型的实验结果与数值模拟结果具有较好的一致性;该方法能够直观定量地显示不连续不规则裂隙对煤岩的强度、变形以及应力集中区的影响.3D模型打印与应力冻结技术相结合为实现地下岩体内部复杂结构与三维应力场分布的定量表征与可视化,以及印证数值模拟结果提供了新途径.     

基于瞬变电磁法的整合矿井火区分布探测方法

 针对资源整合矿井火区探测中普通探测技术耗时长、工程量大,且难以直接定位火区范围等问题,研究了基于瞬变电磁法的火区分布探测方法。以北祖矿为例,在井下全空间条件下,结合地质资料和现场地质情况,采用瞬变电磁仪对北祖矿9209 风巷上覆煤层进行超前探测和剖面探测,反演计算形成超前、剖面视电阻率图,根据巷道上覆煤层在视电阻率图中的响应特征,通过定性分析确定巷道上覆煤层的自然发火区域。结果表明,基于瞬变电磁法的整合矿井火区分布探测方法能够准确定位火区分布范围,可为打钻探测及灌浆堵漏等矿井防灭火工程提供科学依据,明显提高工程效率及效果。     

管道内多层金属丝网对预混可燃气体爆炸火焰传播的影响

为了研究抑爆材料对可燃气体爆炸火焰传播的影响,设计加工了横截面积为200 mm×200 mm的方形实验管道,且在其内进行无抑爆材料和安装多层金属丝网条件下预混可燃气体爆炸火焰传播影响的实验,并通过高速摄影仪进行火焰传播的全程拍摄。结果表明,预混可燃气体爆炸火焰在管道内的传播速度和结构都不稳定,出现来回震荡的现象,而多层金属丝网对预混可燃气体爆炸火焰传播具有很大的影响,可以完全淬熄较弱的爆炸火焰。研究结果对煤矿瓦斯爆炸的防治具有重要的理论和实际价值。     

管道内多层金属丝网对预混可燃气体爆炸火焰传播的影响

为了研究抑爆材料对可燃气体爆炸火焰传播的影响,设计加工了横截面积为200 mm×200 mm的方形实验管道,且在其内进行了无抑爆材料和安装多层金属丝网条件下预混可燃气体爆炸火焰传播影响的实验,并通过高速摄影仪进行火焰传播的全程拍摄.结果表明,预混可燃气体爆炸火焰在管道内的传播速度和结构都不稳定,出现来回震荡的现象,而多层金属丝网对预混可燃气体爆炸火焰传播具有很大的影响,可以完全淬熄较弱的爆炸火焰.研究结果对煤矿瓦斯爆炸的防治具有重要的理论和实际价值.     

锚索动载荷拉脱(断)火花引爆瓦斯试验

利用专门研制的锚索冲击拉伸实验装置,在瓦斯浓度和氧气浓度满足瓦斯爆炸的条件下,对Φ15.24mm、Φ17.8mm和Φ21.6mm锚索在动载荷作用下拉脱(断)时产生火花引爆瓦斯的可能性进行了一系列实验研究。结果表明:锚索在动载荷作用下主要产生拉断、拉脱、脱断3种破坏形式,且破断处均发生于锚具固定端。采用红外热成像仪对锚索在动载荷作用下破坏产生的火花温度测试表明,锚索不论以何种形式破坏,其产生火花的最高温度远低于瓦斯爆炸所需要的最低温度650～750℃。而且,火花存在时间远小于瓦斯爆炸感应期。因此,Φ15.24mm、Φ17.8mm和Φ21.6mm锚索不论以何种形式破坏所产生的火花都不能引起瓦斯爆炸。