综放工作面顶煤承载能力和支架工作阻力的探讨

支架工作阻力计算是综放开采研究的主要问题之一.在对顶煤力学性质进行了实验室试验的基础上,总结出顶煤破坏时的强度满足主应力表示的莫尔-库仑强度准则.根据综放工作面顶煤体的受力特点,运用损伤力学应变等效原理,建立了综放工作面控顶距内顶煤体受力力学模型.从顶煤体承载能力的角度,研究综放面支架-顶煤体之间相互作用关系,推出了支架工作阻力的理论计算公式.该模型较好地解释了综放工作面支架工作阻力随顶煤强度的提高而增加的矿山压力显现.研究结论对综放面支架工作阻力计算具有一定的理论指导意义.     

预防综放面坚硬顶板超前剪切破坏方法

综放面开采过程中,坚硬顶板超前剪切破坏,会造成工作面台阶下沉,甚至工作面整体垮落.通过矿压观测,判断顶板来压方式,采取强制放顶,防止顶板剪切破坏.     

梯形破断顶板综放面高抽巷层位确定试验

为得到某矿综放工作面在梯形剪切破断顶板情况下的高抽巷的合理布置层位.采用相似材料模拟试验方法对综放工作面回采过程中顶板破断规律进行模拟,得到了随着工作面推进岩层破断的力学结构及覆岩的下沉量.研究结果表明:综放工作面推进过程中竖向贯通裂隙主要由顶板岩层拉剪破坏产生,拉破坏受到岩层碎胀特性的制约,剪破坏形成纵向贯通范围较大的裂隙,剪切裂隙是沟通煤层与高抽巷的主要通道,最大破坏高度受到岩层碎胀性制约,且呈周期性分布特征.高抽巷应布置在剪切裂隙纵向贯通最高位置处,且在开切眼附近高抽巷应向下施工.     

冲击地压工作面爆破卸压效果的数值模拟

随着煤矿开采深度增加，综放开采回采巷道易发生冲击地压危害。研究综放工作面回采巷道冲击地压发生机理，结合工程实例，运用FLAC^3D软件模拟综放面回采。分析了采用卸压措施前后煤层顶底板及两帮煤体移动变化规律、深部煤岩体受栽及变形破坏规律、煤层应力变化及转移规律。研究结果对防治冲击地压有一定参考价值。     

综放工作面煤尘的防治

通过对综放工作面产尘的特点及煤尘的分布研究,对综放工作面煤体注水设计和喷雾降尘设计进行综合改造。经现场实践证明,工作面煤体含水率明显增加,喷雾除尘率显著提高,工作面作业环境明显改善。     

亭南煤矿101综放面瓦斯运移及顶煤活动特征

含瓦斯煤层开采使工作面煤壁前方煤体及顶煤乃至顶板的原生结构遭到破坏,顶煤从煤壁前方始动点开始运移至放煤口经历了复杂的过程,煤岩体中的孔隙率也随之发生变化,致使煤岩体中瓦斯的赋存状态和运移形态亦相应发生变化,分析其变形特征可更好的认识放煤规律及煤体瓦斯运移特性。本文根据亭南煤矿101综放面的矿压观测和瓦斯监测结果,得出了综放面围岩移动影响下的采场瓦斯涌出特征,为有效地指导含瓦斯特厚煤层的综放开采,防治瓦斯事故以及合理抽取利用瓦斯资源提供了理论依据和技术支持。     

综放工作面快速过断层方法——预掘爆破巷

断层是影响采煤工作面实现正常回采的一个重要因素.为解决1152综放工作面所遇落差为3.6m正断层的快速过断层问题,经深入研究分析,在该工作面运输巷预掘爆破巷,然后对巷道两帮坚硬岩石进行打眼、松动爆破,提前对影响工作面推进范围内的岩石进行处理.现场实践表明,消除了坚硬底板岩石对工作面正常推进的影响,实现了综放工作面快速过断层.     

老顶给定变形下综放沿空掘巷合理定位分析

通过现场观测和理论分析认为,综放工作面采空侧煤体受到老顶以给定变形作用,在煤体边缘形成一定宽度的塑性区.塑性区的宽度与老顶的活动规律、煤层和直接顶的厚度、力学特性有关,运用模尔库仑准则建立了计算塑性区宽度的力学模型,提出了综放沿空掘巷的定位方法,并用于工程实践.图4,表1,参6.     

综放面覆岩运动“时-空-强”演化规律分析

综放面覆岩运动是制约安全开采的关键问题之一。以新疆大南湖一矿1303综放工作面开采为工程背景,基于对工作面覆岩运动"横三区"与"竖三带"经典理论的理解,将区块链式演化思想应用于综放覆岩运动数值模型构建与链式演化过程精细计算,构建开采扰动区覆岩物理与数值计算模型,并将其植入三维有限差分计算FLAC~(3D)程序,揭示综放面覆岩运动"时间-空间-强度"链式演化与失稳破坏规律。结果表明:大南湖一矿综放面覆岩垮落带与裂隙带分别约为16.8 m与115 m.具有承载性的岩层受到外力破坏,均会出现应力集中;岩层垮落根据承载层和开挖尺寸不同,出现"分离-协同"运动现象,应力呈现"集中-分离-集中"规律,重合后的应力演化集中,造成工作面强矿压作用,这对现场安全开采提供了科学指导作用。     

综放工作面围岩活动规律数值模拟

针对综放工作面矿压显现有其自身的特点的问题,通过结合王坪煤矿东Ⅰ5802综放工作面的地质条件,采用数值模拟的方法,对该工作面围岩应力与位移的分布进行研究,得出工作面前方煤体在支承压力的影响下产生了垂直位移与水平位移,随着深入煤体深部,其位移都在减小。支架上未放出的煤体其垂直位移与水平位移较大。顶煤的水平位移可能造成支架的倾倒于下滑,实际开采过程中应采取必要的治理措施。该结果为实现高效回采与有效支护提供了基础。     

矿井煤岩体变形失稳问题的研究

本文对矿井中几种变形失稳现象:煤体冲击地压、矿震、顶底板冲击地压及煤与瓦斯突出,分别建立了煤岩体压缩、剪切、拉伸、固液耦合失稳模型及失稳判别准则,初步构画了矿井煤岩体失稳问题的框架.     

放顶煤开采顶煤可放性预测模型及应用研究

从影响项煤可放性的因素出发，结合现场观测，采用有限元数值分析方法，系统地研究了项煤的可放性，并运用建立的项煤可放性预测模型。对济宁二号煤矿的项煤可放性进行了预测。     

结构性黄土扭剪特性及联合强度破坏应力修正算法

 中国西北地区存在大量的陡峭黄土边坡,降雨或扰动均会导致黄土的结构性大大降低,可能导致滑坡的产生。通过新型扭剪强度测试仪分析了结构性黄土在扭剪试验过程中的破坏特征,基于扭剪试验结果对可以综合考虑结构性黄土抗拉及抗剪特性的联合强度公式进行了验证,并基于联合强度研究了土体破坏应力的修正算法。结果表明,原状黄土、重塑黄土的破坏扭矩随含水率增大而逐渐减小,且原状黄土的破坏扭矩大于重塑黄土;扭剪强度试验中破坏应力圆与联合强度破坏线相切,验证了联合强度公式具有合理的试验基础;基于联合强度提出的土体破坏应力修正算法,可为黄土边坡灾害评价提供更加切合实际的强度理论。     

大尺度冲击性煤体电阻率变化规律的实验研究

在未加载条件下对大尺度煤样的电阻率测试结果表明,在自然状态下煤样的电阻率较大;经过浸泡后其电阻率明显下降.在单轴压缩条件下的大尺度冲击性煤样电阻率实验表明,电阻率变化曲线整体上成不对称的"凹"型,基本符合二次曲线;煤样电阻率随压力增加逐渐减少,当达到一定的应力值时,电阻率达到最小值;继续加载,电阻率将升高,直到完全失稳.1#、3#和4#煤样单轴抗压强度与其受载过程中的视电阻率变化存在一定的正相关性;受载煤体的电阻率变化与其变形破裂过程中的裂隙分叉、发育、汇合贯通密不可分;兼有剪裂和拉裂特点的破坏类型可能是大尺度煤样较常见的破坏形式.     

复杂节理面剪切强度和变形特征的数值分析

采用FLAC~(3D)软件建立三维节理试样模型,分析不同表面形态和边界条件对节理强度和变形特征的影响.研究结果表明:当节理而起伏角较小时,试样剪切强度与正应力之间符合Mohr-Coulomb线性关系,起伏角对内摩擦角的影响大于对黏结力的影响;随着起伏角的增大,剪切强度与正应力之间逐渐呈非线性关系特征;通过抛物线方程对其进行拟合,可得到较高的相关性,并且节理的破坏模式从滑移破坏转变为沿节理面滑移和锯齿压剪碎裂的复合破坏;峰值强度与残余强度之比随正应力的增大而逐渐减小,减小趋势符合指数规律,同时,试样的各向异性逐渐减弱,剪切刚度不断增大.     

装配式剪力墙竖向焊接节点抗剪性能

为了对装配式剪力墙结构节点干式连接方案进行研究,在已有研究成果新型预制复合墙板体系的基础上提出了采用焊接连接的装配式剪力墙干式节点方案,并通过两批共5个焊接节点试件的单调静力加载试验来考察竖向节点的抗剪性能和变形能力.试验表明,节点试件具有较好的抗剪性能和变形能力;试件破坏始于节点周围区混凝土出现裂缝,终于连接钢板和锚筋剪断致使节点试件失去承载能力.在此基础上通过ABAQUS有限元分析软件对节点试件受力过程进行了模拟,并对各种材料参数进行了详细比较和分析.通过比较可知该类节点抗剪性能和变形能力主要由连接钢板、锚筋抗剪承载力和节点周围区混凝土抗压承载力决定,纵筋、箍筋、预埋钢板等材料参数变化对节点试件影响不大.最终,得到了竖向节点焊接连接方案可用于装配式剪力墙结构节点连接之中的结论.     

节理岩体单轴压缩强度预测

岩体单轴压缩强度是岩体稳定性分析的重要指标,推导了节理岩体的单轴压缩强度的理论计算公式,公式分别考虑了岩体的不同破坏形式,即沿节理面的滑动破坏和沿岩石内部的剪切破坏,并分析了节理面倾角对压缩强度的影响,得到随着节理面与加载方向夹角的增大．节理岩体的单轴压缩强度逐渐增大,并最终趋于定值的规律。     

基于三维重构的原岩硬性结构面抗剪强度

节理面形貌特征是影响岩石节理面剪切破坏的重要因素。具有相同形貌特征的岩石节理面,沿不同剪切方向其力学行为存在差异性。结合三维激光扫描和3D打印技术,针对天然节理岩石的表面形貌进行逆向处理,将其制备为不同剪切方向的人工节理试样,并进行5种法向应力条件下的直剪试验。依据室内试验结果与理论分析,提出了定量计算节理面三维粗糙度与沿剪切方向接触面积有效系数值的方法,建立了不同剪切方向下含有三维形貌参数的抗剪强度模型。结果表明,影响剪胀角的因素与节理面的粗糙度系数和沿剪切方向接触面积有效系数值有关;沿不同的剪切方向会得到不同的剪胀角。基于剪切破坏的爬升和摩擦效应理论,并利用非线性拟合方法,得到峰值剪胀角的变化规律。最后,与已有的Barton抗剪强度公式进行对比分析,进而验证了该方法的合理性。     

铝合金板式节点受弯承载力试验研究

从理论上提出了铝合金板式节点在面外弯矩作用下的抗弯承载力计算公式.进行了4个铝合金板式节点试件试验,其中3个试件只承受面外弯矩,一个试件同时承受面外弯矩和剪力,得到了板式节点的受力性能,归纳了板式节点在面外弯矩作用下和弯剪联合作用下的破坏模式主要为:杆件受弯破坏、节点板块状拉剪破坏和节点板的屈曲破坏.通过试验数据分析,得出了反应撬力对其极限承载力影响的折减系数k1的取值范围,并验证了承载力计算公式的准确性.针对4个板式节点试件的试验,采用ABAQUS有限元软件建立了有限元数值分析模型,分析了其极限承载力,补充和完善了试验研究.     

钢纤维混凝土框架节点抗震性能试验研究

通过对11个钢纤维混凝土框架边节点的试验，研究了这种节点的破坏过程、破坏形态、滞回曲线及剪切延性等问题．结果表明，钢纤维混凝土框架节点具有良好的抗震性能，对解决节点箍筋密集、改善施工条件有明显效果。