油页岩采场围岩垂直应力时空演化规律试验研究

为研究油页岩采场围岩垂直应力的时空演化规律,以龙口某矿油页岩开采为原型,铺设了相似材料模拟试验模型,对油页岩采面回采过程中及开采后采场围岩中的垂直应力进行了连续监测,通过对垂直应力数据进行整理和分析,得到了采场围岩支承压力的峰值、影响范围及垂直应力的时空分布变化特征。结果表明,采空区冒落矸石可充分参与承载覆岩压力,并减小支承压力影响范围及压力峰值;开采过程中支承压力影响范围及峰值均先增大,随后减小,再增大;油页岩上层采后随时间推移,采空区底板的垂直应力不断升高,但采空区边界处底板的垂直应力增加不明显;两侧边界岩柱上的垂直应力在采后10 d内增幅较大,之后的30 d内增幅减小,采场围岩垂直应力在不同空间位置随时间的变化反映了采空区不同的压实程度。     

油页岩采场围岩垂直应力时空演化规律的试验研究

为研究油页岩采场围岩垂直应力的时空演化规律,以龙口某矿油页岩开采为原型,铺设了相似材料模拟试验模型,对油页岩采面回采过程中及开采后采场围岩中的垂直应力进行了连续监测,通过对垂直应力数据进行整理和分析,得到了采场围岩支承压力的峰值、影响范围及垂直应力的时空分布变化特征。结果表明,采空区冒落矸石可充分参与承载覆岩压力,并减小支承压力影响范围及压力峰值;开采过程中支承压力影响范围及峰值均先增大,随后减小,再增大;油页岩上层采后随时间推移,采空区底板的垂直应力不断升高,但采空区边界处底板的垂直应力增加不明显;两侧边界岩柱上的垂直应力在采后10 d内增幅较大,之后的30 d内增幅减小,采场围岩垂直应力在不同空间位置随时间的变化反映了采空区不同的压实程度。     

下分层千米瓦斯抽采钻孔布置层位优化

为确定特厚煤层分层开采时,千米钻孔在下分层中合理布置层位,提高千米钻孔瓦斯抽采效果,以亭南煤矿205工作面下分层瓦斯抽采为例,采用理论计算和Flac3D数值模拟的方法,对采动过程底板破坏规律进行研究.由理论计算可知,底板以下6 m位置为抽采钻孔布置的临界层位,低于该层位有发生塌孔危险.数值模拟得出同样结果,采场底板以下4 m位置,煤体发生剪切和拉张破坏;底板下6 m,以剪切破坏为主;底板下8 m,煤体受采动影响不明显塑性变形较小.研究结果表明:将千米钻孔布置在底板下6 m位置,可保持长期有效地抽采下分层煤体瓦斯.据此在工程试验布置千米抽采钻孔,抽采效果较好,实现了对千米定向钻孔在下分层的位置进行了优化.     

带压开采煤层底板断层活化突水机理试验研究

为了研究含断层的底板隔水层在采动影响下的破坏动态过程,以焦作煤田赵固二矿11011工作面为研究背景,采用相似模拟试验的研究方法,对断层在整个开采过程中的活化动态进行观测,记录模型各个测点的位移变化并进行整体分析。通过"下三带"理论,计算赵固二矿工作面底板岩层的最大破坏深度和承压水导升高度,验证试验结果的准确性。研究结果表明:在采动影响下,底板断层的活化过程可分为稳定期、初始期和活化活跃期。初始期断层带附近衍生裂隙与工作面底板塑性破坏区形成沟通,是断层完全活化的前兆信息;活跃期断层滑落失稳,断层面处于张开状态,此时导水通道形成造成突水事故发生。     

用钻孔放注水法探测煤层采动后底板的破坏深度

在奥陶系灰岩岩溶承压水体上带压开采时,采用放注水法在井陉一矿、三矿观测了三个采面,测得了大量的第一手资料。通过对资料的综合分析研究,得到了各采面煤层采动以后底板的破坏深度及底板遭受采动破坏一般由上往下分为三带,即上部破坏带、中部未破坏带、下部导高发育带。是否突水决定于三个带的存在和发育状况。     

带压开采下组煤底板采动破坏深度现场实测及模拟

以团柏煤矿10#煤层10115综采工作面作为工程背景,研究带压开采下组煤10#煤层底板采动破坏深度。通过对开采前后煤层底面下不同深度岩石段开展压水试验,测取不同水压下的进(侵)水量,获得了大量的压水实测数据,同时采用F-RFPA2D分析系统模拟整个采场开挖对底板隔水岩层采动破坏规律及其深度,最后将现场实测数据与数值计算结果进行对比分析。研究表明,煤层开采所引起的底板直接破坏深度为9.5 m,底板采动最大破坏深度为12 m左右;运用F-RFPA2D模拟分析得出,老顶板初次来压步距为40 m,周期来压步距在12~16 m,当工作面推进至84 m时,底板破坏深度达到最大值12 m,该结果与现场测试结果基本吻合,同时验证了实测数据的可靠性和有效性。综合结果分析可知,团柏煤矿10#煤层底板采动破坏最大深度为12 m,该结论可为团柏煤矿带压开采下组煤水害防治提供参考依据和科学指导。     

应力应变法在底板破坏深度测试中的应用

文中针对轩岗矿区刘家梁煤矿受底板下伏奥陶系灰岩岩溶裂隙水威胁的情况,指出当前底板突水防治成为矿井防治水的主要工作任务,需要探查回采工作对底板的破坏程度。通过采用应力应变法进行底板破坏深度测试,利用混凝土的破坏时产生的极限应变作为判断底板岩层破坏深度的依据,得到综放开采条件下采场底板破坏深度为13 m,为合理评价带压开采条件下8416工作面底板突水提供了可靠的数据支撑。     

杨柳煤矿10煤层底板的采动破坏特征

煤层底板在煤层采动后会发生变形与破坏,煤层底板破坏特征是判断底板突水与否的重要依据。以杨柳煤矿10煤层底板为研究对象,采用理论计算与数值模拟相结合的方式,分析煤层底板岩层在采动条件下的应力变化特征与岩体破坏特征。结果表明:10煤层底板平均厚度59.16 m,在开采条件下最大破坏深度为13.6 m,底板受下部灰岩水影响的可能性很小。该研究可以为分析煤层底板突水机理与底板水害防治提供理论依据。     

倾斜煤层开采对底板突水影响的数值模拟

为了研究倾斜煤层开采条件下的突水规律,在考虑原岩应力、地质构造、地下水、采动影响等因素基础上,从应力场和渗流场共同作用的角度出发,研究含底板岩体在内的采场岩体系统的变形与破坏。研究结果表明,随着工作面的推进,底板岩层的破坏深度和范围加速增加。研究结论将数值模拟结果与工程实际进行比较分析,为寻求安全、经济的开采方法提供了理论依据。     

基于断裂力学倾斜煤层底板采动破坏深度研究

为掌握倾斜煤层开采后采空区底板破坏情况,基于断裂力学理论,构建倾斜煤层采后空间底板应力求解力学模型,结合应力场与双剪强度理论,推导底板采动破坏深度求解公式,并应用实例进行验证.依据求解公式分析了底板破坏形态及影响因素,结果表明：倾斜煤层底板采动破坏区域分布具有非对称性特征;破坏范围及深度主要受工作面赋存状态和底板岩性影响,其中破坏深度与工作面斜长、采深和底板内摩擦角正相关,与底板黏聚力呈反比;随着倾角的增大破坏深度呈现先升后降趋势,而随着测压系数的增大破坏深度呈现先降后升趋势.该文研究成果可为倾斜煤层承压水防治、邻近煤层开采提供一定的理论指导.     

近距离煤层下行跨煤柱开采巷道的合理布局

为了探究遗留区段煤柱对下伏回采巷道布局的影响，以煤峪口矿为工程背景，通过最大主应力集中系数判别底板应力增高区，采用理论解析、编程计算、数值模拟的方法，研究了不同开采阶段底板应力增高区的演化特征.结果表明：区段煤柱宽度、埋深、煤柱边缘至峰值区的距离及其垂直应力峰值控制着应力增高区的发育，采空区应力恢复特征对应力增高区的影响可以忽略；对比各模拟方案中煤柱-巷道错距与应力增高区对下煤层的影响范围峰值，并结合采空区应力逐渐恢复及工作面矿压显现的区域化特征，认为煤柱-巷道错距10～15 m为优选区间.选择12 m错距进行工业试验，取得了良好效果.     

大埋深跨采巷道变形机理分析

巷道受采动影响时,应力重新分布,围岩处于卸压状态,导致巷道变形严重。针对这一现象,在华恒煤矿-1000m水平副暗斜井,利用现场实时在线监测数据和数值模拟计算,分析了跨采巷道随采煤工作面推进的变形破坏规律。监测数据表明,巷道变形包括顶板下沉、两帮移近和底鼓,其中底板变形破坏最严重。数值模拟分析得出,跨采后的巷道底板和右帮塑性区范围比跨采前有较大增长;在巷道顶底板处,围岩垂直应力处于卸压状态,水平应力出现应力集中现象。垂直应力的卸压和水平应力的横向作用是造成巷道底鼓的力学原因,底板没有采取支护措施是造成底鼓的直接原因。     

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。     

立辊轧机主传动系统的扭振非线性分析

为了掌握立辊轧机主传动系统的扭振理论并且加以控制和利用,根据4200立辊轧机主传动系统的实际参数,建立立辊轧机主传动系统的4自由度非线性扭振模型,采用Matlab软件, 得到分岔图、相图和庞加莱截面,通过仿真分析其周期运动的稳定性以及通过倍周期分岔进入混沌的过程.仿真结果表明,当激振力频率与系统固有频率相近时,角位移增大,系统不稳定,在实际生产中要避免激振力频率与系统固有频率相近的工况;随着角频率的变化,系统由周期运动、准周期运动,经过一系列倍周期分岔最终导致混沌产生.     

非结构型浅水方程数值模式的建立及应用

用非结构三角形同位网格剖分计算区域、布置计算变量,用有限体积法离散方程,并采用推进线边界法处理动边界问题,从而建立了一种新的浅水方程数值模式.京唐港和三沙湾海域潮流的率定、验证结果表明,该模式不仅物理意义明确,数值方法简单,全域内满足水流质量和动量的守恒性,而且能更好地模拟海湾、河口复杂地形下的水流运动,反映水流漫滩和露滩等过程.     

冻结管腐蚀对井壁附加力影响的数值分析

以实际矿井为研究背景,采用大型商业软件FLAC3D模拟了冻结管腐蚀对井壁附加力的影响,模拟结果显示,冻结管腐蚀所引起的附加力在底部含水层下部达到最大,在一定时间段内,该值随时间呈近似线性增加的关系.通过该值与底部含水层疏排水引起的竖直附加力的对比分析,冻结管腐蚀给井壁所带来的附加力不能忽视,底部含水层长期疏排水和冻结管腐蚀对井壁破裂均产生影响.     

基于三维离散元法的强夯动力响应研究

为了从宏细观结合入手研究粗粒土在强夯作用下的动力响应机理,以干砂强夯室内模型试验为基础,通过引进和二次开发颗粒流程序(PFC3D),首次采用三维离散元法建立土体和重锤数值模型,模拟了强夯的动力冲击过程,研究了夯锤及土体的动力响应,并初步分析了土体颗粒运动规律.结果表明:强夯振动属于单峰值冲击振动,土体动应力峰值沿深度具有一定的滞后性,动应力的衰减在水平方向较竖直方向快,锤底土体颗粒以竖向运动为主,锤底斜下方颗粒主要做斜向下运动,锤侧颗粒以水平或斜向上运动为主,出现松动和飞起现象,数值模拟结果与室内模型试验基本吻合.研究工作为揭示强夯加固粗粒土细观机理及模拟实际工程问题提供了一种新的思路.     

急倾斜矿体开采岩体移动规律与变形机理

为了研究急倾斜矿体开采的岩移规律与变形机理,采用数值模拟的方法,对急倾斜矿体在高构造应力和自重应力2种条件下的岩移特征进行对比分析.研究结果表明:当开采区在竖直方向上的高度远小于矿体在水平方向上的长度时,在这2种应力条件下都具有类似水平矿体开采的地表岩移特征;反之,在高构造应力条件下,急倾斜矿体开采地表出现双沉降中心的现象,而在自重应力条件下只存在单沉降中心;在高构造应力条件下,急倾斜矿体开采在地表移动变形量、移动变形影响区规模及地表宏观变形破坏特征上与自重应力条件下相比都有较大差异,原岩应力场中作为特征量的最大主压应力的取向对岩移行为的影响是产生这差异的根本原因.     

加固顶板和两帮控制回采巷道底臌研究

回采巷道围岩是由顶板、两帮和底板共同组成的复合结构体,各部位的岩体强度、应力状态及变形破坏等特性方面的差异显著,尤其受采动影响后,巷道围岩各部位变形发展不均匀性显著,往往造成巷道围岩产生结构性失稳破坏。为提高巷道围岩的结构稳定性,通过理论分析和数值模拟分析了提高顶板和两帮强度对底板岩层稳定性的影响。研究结果表明:加固顶板减小了顶板挠曲位移量,同时可以促使围岩应力向深部围岩转移,降低了底板岩层的应力集中程度,有利于控制底板变形;加固两帮可以提高巷道两帮围岩强度,促使应力向两帮转移,有利于减小发生底鼓的底板岩层宽度和两帮移近量,从而减小底板的挠曲效应和压曲效应。分析结果还表明,加强两帮对于减小底鼓量的效果更为明显。在上述分析的基础上,进行了加固顶板和两帮控制巷道底鼓支护技术的现场工业性试验,试验结果表明加固顶板和两帮可有效地控制巷道底鼓。     

伏牛山南坡垂直气候带划分及常绿阔叶植物适应温度因子分析

试图通过对常绿阔叶木本植物的温度因子分析,探索伏牛山南坡垂直气候带划分的新途径.根据对伏牛山南坡全部109种常绿阔叶木本植物的适应温度因子的调查和分析,结果表明:最高垂直分布可达2300 m,温度指标接近寒温带的边缘;其最低垂直分布为100 m,温度指标为北亚热带.基于大多数(56种)伏牛山南坡常绿阔叶植物的垂直分布上限集中在1000m以下的事实,建议确定伏牛山南坡北亚热带的垂直界线应该在海拔1000m.建议北方各地区及城市参照伏牛山南坡常绿阔叶植物的适应温度,进行引种驯化.