枣泉煤矿T-2火烧区下开采模拟实验

宁东矿区的火烧区普遍存在充水.为了预防T-2火烧区积水给枣泉煤矿安全生产带来的隐患,采用相似模拟实验的方法,研究12104和12206工作面开采后覆岩的垮落特征和火烧区岩层移动情况.实验表明,12104工作面开采对火烧区无影响,12206工作面的开采对火烧区积水的影响明显,必须采取措施在掘进和回采期间探放水.     

光纤传感应力检测的相似模拟实验

为定量化研究矿山相似材料模型的岩层移动规律,采用光纤Bragg光栅传感器、百分表和光学全站仪等多种测量手段,建立了基于光纤Bragg光栅传感器的模型应力应变检测系统,模拟采场上覆岩层由于采动引起的移动变形过程。实验室搭建3 m×1.15 m×0.2 m的采场上覆岩层移动的相似材料模型,几何相似比1∶200,模型中埋入3个不锈钢封装和6个醋酸乙烯封装光纤Bragg光栅传感器,1个陶瓷封装的温度光纤光栅传感器用以温度补偿,模型共架设14个百分表和6条全站仪测线。实验结果表明,光纤传感器对模型开挖过程中的应力状态变化形成了监测,光纤传感器的波长漂移量与相应岩层的垮落形态密切相关;模型实际岩层运移影响了光纤传感器波长漂移量曲线的变化,在岩块断裂时引起的FBG04的最大波长漂移量为1 504.24 pm;实验所用的不锈钢封装传感器的平均灵敏度为32.53 pm/mm,醋酸乙烯封装传感器的平均灵敏度为56.32 pm/mm,醋酸乙烯封装的光纤Bragg光栅传感器平均灵敏度是不锈钢封装的1.73倍。     

金属拱形可缩支架极限承载力分析──U.L.列式增量平衡方程

本文将金属拱形可缩支架离散为三种基本单元,曲梁单位、直梁单元、可缩构件为弹塑弹簧单元,基于拖带坐标建立曲梁单元与围岩共同作用的Ｕ．Ｌ．列式增量平衡方程和地基上直梁单元Ｕ．Ｌ．列式增量平衡方程;并采用加权残值法消除曲梁单元薄膜力闭锁,剪切闭锁．为有限元计算拱形支架等的极限承载力及有限变形提供了理论理论．图５,参６．     

分层开采采空区下大断面切眼支护

针对采空区下大断面切眼掘进围岩变形规律及控制问题,采用FLAC数值模拟对设计支护方案进行分析,并通过工程应用及现场实测验证支护方案的合理性.结果 表明:采用锚网索+金属棚+单体支柱联合支护有效降低顶板位移,以中部单体支柱为界形成一大一小两个下沉区域;支护后应力重新分布,前后表面形成鲜明对比,前表面卸压区分为一大一小半椭圆形,后表面应力分布状态与无支护条件基本一致;支护前后减沉率最大达到38.73％;现场应用监测顶板最大下沉值为12 mm,两帮移近量最大为6 mm.围岩控制效果良好,不仅为后续工作面开采提供参考依据,也为中外类似条件煤炭资源的回收利用提供良好借鉴.     

基于智能手机和数字图像相关的模型实验变形场测量标点法

为提高模型实验位移测量精度和效率,通过智能手机作为图像采集工具,结合数字图像相关技术获取不同载荷状态下附着于被测体表面标点的位移。基于标点法的基本原理引入刚体运动补偿法进行误差校正以提高测量精度,同时通过实验验证了标点法的可靠性。将标点法应用于相似材料模型实验变形场量测中,在模型表面设置自行研制的数字图像相关技术(digital image correlation, DIC)和全站仪两用标点,利用标点法获取岩层位移,并使用全站仪和百分表同步量测,验证其有效性。结果表明:通过刚体运动补偿法进行误差校正,标点法具有与商业测试系统相当的精度;标点法所测得岩层变化均与实际情况一致,该方法测量结果与百分表的测量结果最大相对偏差为6.1%,与全站仪最大相对偏差为5.7%,满足模型实验测量的精度要求。研究成果为进一步研究覆岩变形和动态沉陷规律提供了新的监测手段。     

物理模型试验方法的应用分析Ⅱ

随着科学技术的进步,物理模型试验仍然是科学研究的主要方法之一,是岩石力学的最主要试验研究手段。文中通过对采用物理模型试验方法开展科学研究的论文的发表情况及其研究单位的统计,将2000年至2011年12年的12种学术期刊发表论文文献进行分析,研究了物理模型试验的国内外基本状况、主要研究机构及其合作情况、以及期刊的刊载量。建议鼓励企业加强实验岩石力学研究,建立校所企的合作研究机制,更好地促进中国实验岩石力学的发展。     

基于光纤湿度传感器的物理模型材料温湿度耦合研究

为了获得矿山开采物理模型的湿度,研制出一种采用聚酰亚胺薄膜材料涂敷的光纤布拉格(Bragg)光栅湿度传感器。提出了聚酰亚胺溶液与光纤Bragg光栅的耦合方法,采用提拉法涂敷制作湿度监测的光纤Bragg湿度传感器(PFBG),进行湿度范围20%~90%RH的标定。物理模型材料在环境温度35℃,湿度35%~65%条件下的试验,得出了增湿和降湿过程中内部湿度达到相对平衡的稳态时间,以及引起的温度变化规律。试验表明,增湿过程,模型内部温度和湿度达到稳态的时间相近;降湿过程,模型内部湿度达到稳态的时间是温度达到稳态时间的2.5倍。在模型内外湿度差相同情况下,模型内部增湿响应速率是降湿速率3倍;外界湿度变化30%RH,模型内部温度变化2.3℃.其研究成果有助于认识物理相似模型干燥过程和确定干燥时间。     

光纤Bragg光栅锚杆应力应变监测系统

锚杆是矿山巷道的主要支护形式之一，现有锚杆支护质量检测方法无法进行远程监控、不能实现全过程监测，本文提出了采用光纤Bragg光栅传感技术进行锚杆支护质量监测的新方法。介绍了光纤Bragg光栅监测系统的工作原理及其构成，实验系统由3个Bragg光栅组成阵列，将其粘贴在长度0．6m的金属锚杆杆体表面，进行锚杆受力的检测以及与电测技术的实验室对比试验。结果表明，光纤Bragg光栅传感器具有高的测量精度，结构简单，可以实现在线实时监测。     

综放开采沿工作面倾向顶板垮落规律

为了研究综放工作面覆岩倾向破断规律,采用红外式综采支架压力监测仪,对灵武矿区磁窑堡二矿C142综放工作面矿压进行了监测,利用RFPA 2D数值模拟软件对该工作面倾向覆岩破断规律进行了模拟.研究表明,工作面沿倾向矿压规律明显,直接顶和老顶破断均从工作面上部开始,随着工作面推进,破断位置逐步向工作面中部转移.工作面端头受压力拱保护,压力显现不明显,工作面上下顺槽煤壁支承压力规律明显.本论文对类似工作面矿压监测、生产管理提供了依据.     

巨厚砾岩层下采场支承压力分布的理论及试验研究

巨厚砾岩层下的采场围岩极易形成应力集中而引发巷道失稳,其倾向支承压力分布规律是该问题的核心。文中通过建立采场倾向支承压力理论模型,对巨厚砾岩层下采场倾向支承压力进行了理论计算。随后搭建了巨厚砾岩层下采场三维物理相似模型,将分布式光纤技术用于模型试验采场支承压力测试,并对比研究了模型开挖过程中支承压力与光纤测试Brillouin频移之间的关系。结果表明,巨厚砾岩下倾向采动支承压力分布具有峰值大和影响范围大的特点,理论计算支承压力峰值为35 MPa,影响范围约200 m;模型试验光纤测试曲线表明支承压力分布规律为从不变→增大→峰值→减小→不变的变化趋势,光纤测试结果与理论计算一致,通过光纤频移变化可以反映倾向支承压力的变化规律,为采场倾向支承压力监测提供了新的研究手段。