被保护煤层底板穿层抽采钻孔合理布置方式研究

为了保障穿层抽采钻孔施工安全和提高被保护层卸压瓦斯抽采效果,通过上保护层开采邻近煤层瓦斯涌出情况的分析和上保护层开采底板煤岩体卸压特征的数值模拟分析,对不同层间距被保护层穿层抽采钻孔的合理布孔方式进行了研究。现场试验表明：下伏不同层间距被保护层底板穿层抽采钻孔不同的布置方式能保障钻孔的安全施工和被保护层卸压瓦斯高效抽粟。     

大直径深孔爆破采场破顶层安全厚度研究

为了研究大直径深孔爆破采场破顶层厚度不舍理带来的安全生产问题,以凡口矿某采场为例,通过第一强度理论计算出破顶层安全厚度初始值为6.95 m;然后综合运用Surpac与FLAC3D构建采场数值模型,并对采场回采过程中不同破顶层厚度进行优化模拟,分析并揭示了采场回采过程中围岩的力学状态,确定了采场的破顶层安全厚度为7 m。根据理论计算及数值优化结果,结舍现场工程应用,验证了理论分析与数值模拟结论的合理性,可以为其它大直径深孔爆破采场破顶层安全厚度研究提供借鉴。     

爆破震动等效载荷模型

通过对实验数据、点源矩理论和等效孔穴理论的分析对比认为: 在爆破区的邻近范围以外的震动信号主要来源于由于爆破作用引起的爆破后的爆破区邻近范围内地质结构的自振. 震动信号是由结构进行滤波后传出的, 而不是像很多人认为的那样: 这种滤波作用主要是由介质的非弹性性质(如介质阻尼等)决定的. 由此给出了一种适用于松动爆破的爆破震源的等效模型, 说明并验证了在一定条件下载荷的时间函数的冲量的决定作用. 同时实现了利用有限元方法对爆破震动过程进行数值模拟, 与实验结果的对比说明模型简单有效.     

爆破冲击荷载下花岗岩残积土的力学响应试验研究

地铁隧道盾构施工前,通常需要对风化层中的孤石进行爆破处理,爆破荷载不可避免地对周围土体产生扰动.为了调查爆破冲击荷载对花岗岩残积土力学行为的影响,开展了不同冲击速率、频率、振动峰值应力及有效围压作用下花岗岩残积土的冲击动力试验,分析冲击荷载引起的超静孔隙水压力和变形的发展规律与破坏模式.结果表明:高速冲击引起的颗粒重排会增大土的内摩擦角,但强度增大的同时也会破坏原生结构强度,土体产生更多裂缝;振动峰值应力与频率对残积土的影响均存在着临界值,振动峰值应力与频率超过临界值时,强度软化且变形量增大;低围压下残积土可能会出现剪胀与剪切带破坏;提出的3种爆破冲击破坏类型中,低频高振动峰值应力的冲击条件下易出现严重的冲击破坏,频率3 Hz、振动峰值应力400 kPa是厦门花岗岩残积土介于破坏型与亚稳定型的临界影响值,因此,工程实践中应关注低频、高振动峰值应力的爆破冲击对周围土体带来的危害.研究可为花岗岩风化层中爆破法处理孤石提供施工参数,也可为考虑爆破振动影响的土层的力学参数确定与评价提供技术支持.     

城市拆除爆破工程风险评价与预测

为实现对城市拆除爆破工程风险的动态分析,构建城市拆除爆破安全评价指标体系,从爆区环境、安全管理、设计安全及施工安全4个方面提出16个评价指标;结合物元分析与层次分析法(AHP)进行合成,确定各评价指标权重,并以五元联系数作为评价工具,构建城市拆除爆破工程安全评价预测模型;最后,以某城市拆除爆破工程为例,进行评价和预测分析。结果表明:基于物元分析和五元联系数的城市拆除爆破工程安全评价预测模型实现了安全评价时静态与动态的结合,评价结果符合专家思维,在实际应用中具有可操作性。     

压电驱动自耦合射流流动和换热特性实验研究

采用三维粒子图像测速仪、热线风速计和红外热像仪对狭缝喷口自耦合射流的流动特征和冲击靶板的对流换热特征进行了实验研究．结果表明，在紧邻喷口的法向距离内，涡对周期性地生成、破碎和融合，在某个法向距离上形成较为稳定的连续性射流；随着自耦合射流的发展，呈现在喷口短轴方向急剧向两侧扩展、而在喷口长轴方向先收缩后缓慢扩展的流动特征．激发器存在两个谐振频率，使得自耦合射流的速度和涡量比较大，其中高频谐振频率效果更好；实验得到的两个谐振频率在数值上与理论分析有一定差异，低频谐振频率相对差值更大．与常规射流冲击冷却相比，自耦合射流冲击作用下的靶面对流换热系数同样具有随冲击间距增大而先逐渐增大、后逐渐衰减的变化趋势，但最佳冲击间距值却明显高于常规射流，而且自耦合射流的作用范围大，表明自耦合射流具有强的夹带能力和穿透能力．     

分离式隧道扩建成小净距隧道群爆破震动控制研究

双洞分离式隧道扩建成四洞小净距隧道群的施工必须保证原隧道衬砌结构和新建隧道与原隧道之间中夹岩的稳定.运用三维有限元动力分析方法,对分离式隧道扩建成小净距隧道群的施工过程中原隧道衬砌结构爆破动力响应特性进行分析.根据原隧道衬砌结构最大平均有效应力特征得到了Ⅳ级、V级围岩隧道在不同施工方式条件下的原隧道衬砌结构的最大爆破震动控制速度和控制药量,为隧道扩建设计和安全施工提供了依据.     

建(构)筑物拆除爆破塌落触地的试验研究及数值模拟

利用混凝土块自由下落撞击C40、C30、C20混凝土平台来模拟建(构)筑物拆除爆破塌落触地引起的地震效应。使用爆破振动智能检测仪等设备,通过改变混凝土块自由下落高度、冲击面状态(长、短边朝测点的方向)、混凝土平台类型来检测塌落体触地产生的振速和振动频率。分析试验数据:以C40平台为例,下落高度为10 cm,当变为5 cm时,混凝土平台水平方向上离落点距离为40 cm、80 cm处的两个测点最大振速减少了33.4%、21.7%;当其他条件相同,仅改变冲击面状态,由短边变为长边时,最大振速下降16.2%;当平台由C40变为C20时,最大振速下降37.4%。通过数据分析可知:建(构)筑物拆除爆破过程中,地面刚度越高、塌落高度越高、冲击地面为短边朝向测点时,塌落体引起最大振速越大,对周围保护对象造成的危害越大。因此在工程实践中,采取措施减少这些因素引起的损失很有必要。最后,通过ANSYS/DYNA对试验过程进行数值模拟,得到撞击瞬间混凝土块受力大小情况和撞击平台的混凝土块中心处的瞬时振速。试验所测振速与模拟结果有较好的吻合。     

路堑边坡开挖对邻近既有铁路隧道影响分析

结合工程实际,运用ANSYS有限元数值模拟方法,建立了路堑边坡施工中岩土体开挖和爆破振动对邻近既有铁路隧道结构影响的三维模型,分析并得出了路堑边坡开挖对既有隧道结构应力应变和爆破振动的影响规律。模拟分析表明:1)路堑边坡开挖产生的剪应力是对既有隧道结构影响的最不利因素,既有隧道衬砌结构受到剪应力破坏区域影响时,路堑边坡开挖对既有隧道衬砌产生的应力应变数值影响存在较为明显的突变;2)模型模拟最大段装药量耦合装药结构爆破产生的质点振动数值相对实测数值偏大;3)邻近既有铁路隧道不同间距下最大段药量值可由萨道夫斯基公式和LS-DYNA软件模拟预测数值的平均值确定。     

基于TSP-203 plus系统的隧道超前预报质量控制研究

对YSP-203plus系统的组成和工作原理进行了较为详细的介绍;明确了其在实践应用中存在的问题;提出了从准确设定参教、严格控制爆破地震波质量、牢固安装接收器套管和科学合理解读信号四方面提高预报质量的建议。为正确掌握TSP-203plus系统、高水平隧道超前地质预报提供参考。     

煤层冲击倾向性试验及数值模拟

冲击地压是一种特殊的矿山动力现象,而冲击倾向性是煤岩体发生冲击地压的内在因素和必要条件.对松树镇煤矿主采煤层进行冲击倾向性试验,对冲击能量指数、弹性能量指数和动态破坏时间三个煤层冲击能量指标进行分析,得出煤层无冲击倾向性.但对开采煤层数值模拟,得出深部煤层顶部最大主应力值、顶板下沉较大,需要实施一定的防治措施.这为该矿防治冲击地压提供了科学依据.     

沟头煤矿顺层抽放钻孔改进技术

全面分析了沟头煤矿C5301工作面顺层抽放钻孔封孔工艺中存在的问题,找出了封孔深度太短和封孔不严是影响抽放率不佳的真正原因。针对这些原因进行了封孔工艺的改造,并在C5302工作面进行了试验,取得了较好的抽放效果,达到了防止煤与瓦斯突出的效果。为同类型条件下的瓦斯抽采工艺提供了参考和借鉴。     

两硬薄煤层综采工作面围岩运动规律与矿压显现规律研究

针对姜家湾煤矿8213薄煤层综采工作面的地质条件,并结合8213薄煤层工作面现场连续观测矿压数据,应用相似材料模拟和现场实测两种方法对工作面矿压显现规律及围岩运动规律进行研究.研究表明,姜家湾矿8213工作面老顶初次来压范围是40～41 m,老顶周期来压是12～22 m,来压期间矿压显现强度平均在20 MPa左右,顶板运动范围为工作面上方6～23 m.这说明薄煤层工作面顶板的运动范围较小,工作面来压强度较低.     

晓明矿4—1#煤层上行开采研究

针对晓明矿地质条件,综合运用关键层理论、围岩平衡法、“三带”法、数值分析及巷道探查等方法分析了7#煤层回采后上覆围岩活动规律,确定了上部4—1#煤层的底板下沉量、煤体破坏程度及煤层应力状态以及煤层的连续性和完整性。综合理论分析、数值分析及现场探查结果,判定4—1#煤层上行开采是可行的,并提出回采设计方案,为晓明矿及类似条件矿井进行上行开采提供了参考。     

基于RS GA ELM的矿井瓦斯涌出量预测

为了对煤矿井下瓦斯涌出量进行预测,采用粗糙集与改进极限学习机相结合的方法,在样本数据的筛选上吸取粗糙集数据约简的优点,充分利用极限学习机训练速度快、具有良好泛化性能的特点,并结合遗传算法选择最优的输入权值矩阵和隐含层偏差,避免随机产生所造成的误差。利用编写程序确定隐含层神经元个数,比依靠经验更为准确。在实际应用中选取煤层瓦斯含量、煤层埋藏深度、煤层厚度、煤层间距、工作面日产量五个因素作为预测的影响参数。研究结果表明:该预测模型预测的最大相对误差为5687 1%,最小相对误差为0,平均相对误差为2582 7%,相比改进前的预测模型具有更强的泛化能力和更高的预测精度。     

区域构造应力场对煤与瓦斯突出影响的数值模拟分析

依据地质动力区划方法,对鹤壁八矿进行Ⅰ～Ⅴ级活动断裂划分,确定了区域构造的特征。分析了煤层的顶板岩性和构造断裂特点,并在此基础上建立了构造应力计算模型。结合对矿区地应力测量和岩体应力状态分析,确定了岩体应力状态的分布规律。通过对结果的分析,认为区域构造应力场控制鹤壁八矿地应力的分布状态,从而决定煤与瓦斯突出呈区域性分布。确定了易发生煤与瓦斯突出的应力升高区的位置,为开采煤层时何时何地采取防突措施提供了科学依据。     

大型露天煤矿拉铲开采工艺参数的计算方法

根据我国露天煤矿地质赋存特点,提出了拉铲倒堆开采工艺的联合作业方式,即露天煤矿上部剥离物和煤层采用某些开采工艺,最下部煤层上部的剥离物部分或者全部采用拉铲倒堆开采工艺。采用拉铲倒堆开采工艺时,倒堆剥离台阶采用抛掷爆破方式,将一部分剥离物直接抛掷到内排土场;然后配备大功率的推土机扩展平台,降低倒堆台阶高度;最后由拉铲将剩余的剥离物直接倒排至采空区。分析了露天煤矿拉铲开采工艺主要开采参数的确定原则,给出了主要参数的计算方法。     

依兰露天矿横采内排方案研究

以依兰露天矿地质模型软件系统做为依托,在三维地质模型的基础上,利用系统的储量计算以及模拟开采技术,对依兰露天矿技术改造做了深入研究,提出横采内排的开采方案。根据露天矿煤层赋存条件、开采境界、开采现状,并充分考虑实现横采内排的便利性,提出两套开采方案。运用计算机模拟技术,得出详细的工程煤岩量,自动生成V=f（P）曲线,对两种过度方案进行比较,确定东部作为首采区为最佳合理方案,并且制定出过度方式与接续程序,解决了生产技术问题,取得了较好的经济效益。