钻孔卸压布孔参数的数值模拟

钻孔卸压是解决冲击地压有效方法之一。为了研究布孔参数对卸压效果的影响,采用RFPA2D数值模拟软件,模拟钻孔直径、钻孔间距、钻孔深度、应力对卸压效果的影响。通过模拟及理论分析,得出在其他外界因素一定的条件下,卸压效果随孔径的增大而提高;钻孔时煤体中的应力越大,卸压效果越显著的论断。模拟结果表明：煤岩体在高应力状态35 MPa下,钻孔直径200 mm时,钻孔间距为3.5 m,钻孔直径400 mm时,钻孔间距为4.5 m卸压效果好;在一般应力状态25 MPa下,钻孔直径200 mm时,钻孔间距为2.0 m,钻孔直径400 mm时,钻孔间距为3.0 m卸压效果好。     

温度加载过程中花岗岩缺陷处局部应力和能量的变化规律

根据热力学理论,充分考虑缺陷的影响,研究并分析温度作用下缺陷花岗岩内部产生热应力的变化机理,推导出花岗岩缺陷处局部应力与温度加载速率、初始温度、最终温度及缺陷等物理参数的函数关系。应用能量理论和损伤力学,充分考虑温度加载速率和热自由能参数在损伤过程中的作用,推导出缺陷花岗岩能量释放率函数的表达式。通过数值模拟,研究了温度加载速率对单裂纹缺陷花岗岩的局部应力和热损伤影响规律,模拟结果和理论推导结果基本统一。研究成果为高温花岗岩热破裂理论提供重要的基础依据。     

加温过程中缺陷花岗岩的耦合损伤

为了能够正确评价温度作用下缺陷花岗岩的损伤机理,应用热力学、Maxwell应力理论,建立关于集中应力的非线性齐次微分方程,求解出花岗岩缺陷内部集中应力的表达式。采用应变等效原理,把缺陷花岗岩的受热状态分解成两种状态,即宏观缺陷的花岗岩受热状态和随机微观缺陷的花岗岩受热状态。全面分析了宏观裂纹花岗岩的受热过程中的损伤。细致研究内部微观随机性缺陷在受热作用下的损伤的耦合。推导了考虑宏、细观缺陷耦合的花岗岩复合损伤模量的计算公式。该理论推导公式可以为地热开发提供参考。     

卸压钻孔数值模拟研究

为了解决煤矿生产和技术管理中的冲击地压问题,通过RFPA软件分析了在不同煤层强度、不同垂压情况下开孔,对钻孔破坏半径的影响,通过理论分析和回归分析得出了钻孔破坏半径与煤层强度、煤层压力(垂压)和钻孔直径之间的关系,计算结果对于钻孔卸压防治冲击地压有重要的理论指导意义.     

深地层掩埋核废料过程中相关动力学问题

在充分考虑水的扩散,热梯度和热膨胀应力的基础上,从理论上分析了核废料深地层掩埋过程中温度场、应力场、渗流场三场相互影响、相互作用的力学机理,并提出了在这三场耦合作用下新的数学模型。并针对核废料处置安全性评价中需要进一步解决的问题提出如下几点建议,为深地层掩埋核废料过程中环境评价提供了基础理论依据。     

断层破碎带巷修注浆加固技术

为了完善断层破碎带巷道维修方法,以注浆加固理论为基础,通过注浆材料配比实验,分析不同体积配比条件下,水泥水玻璃与凝固时间、抗压强度的关系,确定水泥水玻璃体积比为1∶0.4的注浆加固最佳配比方案。根据现场实际情况,提出了利用注浆加固技术、U型钢梁棚和喷射混凝土相结合的巷道维修方案,成功解决了现场问题。该研究对于类似矿井的断层破碎带巷道维修具有借鉴意义。     

深部巷道底板锚杆支护数值模拟

为研究深部巷道底板锚杆支护技术,采用RFPA~（2D）数值模拟软件,模拟有无底板锚杆支护情况下的深部巷道破坏情况。结果表明：有底板锚杆支护的深部巷道与无底板支护的相比,巷道周围应力分布均匀,抗破坏能力强,底鼓变形量小;巷道底角锚杆和底板锚杆对底鼓量的控制起重要作用。该结果可为深部巷道底鼓防治技术研究提供参考。     

卸压(排放)钻孔破坏半径的数值模拟分析

为获得卸压(排放)钻孔破坏半径的计算表达式,利用RFPA2D数值模拟软件,模拟了不同煤层强度、不同煤层压力、不同孔径对钻孔破坏半径的影响,通过理论分析和回归分析得出了钻孔破坏半径的变化规律。通过多个方案数值模拟,定量得出了破坏半径与煤层压力呈幂指数关系,与钻孔有效直径呈对数关系,与煤层强度呈反比;所得出的钻孔破坏半径的表达式可用于不同条件下计算瓦斯排放钻孔的有效排放半径和卸压钻孔的有效卸压半径。结果对于钻孔卸压防治矿井动力现象有重要的理论指导意义。     

花岗岩受热微观损伤研究

为了研究高温后的花岗岩受热微观损伤,把花岗岩试件加热到规定温度后冷却,通过电镜扫描仪对其进行细观研究,对比分析不同温度作用下的花岗岩破坏区域SEM图像、并对能谱分析结果进行对比,从细观尺度揭示花岗岩受热微观劣化特征。通过能谱分析可得:室温~200℃之间花岗岩成份没有发生本质的变化;从电镜扫描图像分析室温到80℃之间,花岗岩微观变化较小;110℃到200℃之间花岗岩内部会沿着不同组成成份之间形成以沿晶面破裂的微观裂纹;当温度为110℃时候,在花岗岩内部沿着云母晶体周边部分出现微裂纹;当温度为130℃花岗岩内部云母周边形成联通的沿晶微裂纹;当温度为到160℃时花岗岩内部石英晶体之间出现沿晶裂纹;当温度为200℃时,在花岗岩内部会呈现一些穿晶微裂纹。其研究成果具有一定应用价值。     

切顶卸压沿空留巷技术研究及应用

针对留设区段煤柱护巷引起的资源浪费、煤柱集中应力、采空区发火等问题,结合东荣三矿东八里部-500水平8~#煤层地质情况,进行切顶卸压沿空留巷无煤柱护巷技术研究。常规沿空留巷护巷时,护巷体(矸石墙、充填、木剁)常受采空区顶板的悬臂压力影响,导致巷道变形严重甚至顶板破坏。该研究在深孔爆破技术基础上,采用理论研究、切顶参数设计等方法,在工作面超前进行沿空巷道顶板的预先深孔爆破,实现人工切顶,降低了护巷体所承受的顶板压力,形成切顶卸压沿空留巷技术。该技术解决了东荣三矿生产接续紧张、沿空巷道顶板控制难题,提高了矿井资源回收率,对沿空留巷技术应用有着参考借鉴意义。