急倾斜三软厚煤层留小煤柱沿空护巷技术

在急倾斜三软厚煤层走向长壁俯伪斜采煤条件下实施留小煤柱沿空护巷十分困难,煤柱稳定性和巷道围岩变形极难控制。针对这一难题,提出了包含煤柱小角度锚固法和十字护顶方法的留小煤柱沿空护巷技术,有效解决了煤柱易沿顶底板剪切破坏并向巷内搓动的问题,降低了巷道软弱围岩的破碎程度和变形量。现场试验结果显示,留设小煤柱的完整性保持较好,其中相较于原支护方式顶底板移近量减少了40%,两帮收敛量则减少了42%,巷道围岩变形得到了有效控制。与此同时,还得到工作面前后方回采巷道的矿压显现呈现明显的6个分区,分别为工作面前方无影响区、工作面前方矿压显现影响区、工作面前方矿压显现强烈区、工作面后方顶板激烈活动区、工作面后方顶板活动减缓区和工作面后方基本稳定区。其中,工作面前方矿压显现强烈区和工作面后方顶板活动激烈区的范围明显大于缓斜近水平煤层,这为分区制定围岩控制措施提供了有利依据。所得研究成果可为我国急倾斜走向长壁俯伪斜工作面沿空护巷技术研究提供一定的补充。     

俯伪斜分段密集支柱采煤法缓和急倾斜煤层矿压显现不均匀现象的研究

在对急倾斜煤层俯伪斜分段密集支柱采煤法和直线长壁采煤法的巷道和工作面矿压显现规律进行了现场观测和室内试验研究的基础上，对比了两种采煤法矿压显现规律，分析得到了俯伪斜分段密集支柱采煤法能大大缓和矿压显现不均匀现象的机理，探讨了采用该种采煤法时，工作面支架分段密集布置参数的合理性，为工作面优化设计和矿压控制提供了科学依据。     

采动煤岩体弹脆塑性损伤本构模型及应用

 为提高保护层开采的有效性、安全性和经济性,通过引入理想弹脆塑性模型和内切圆准则,采用FLAC3D技术,在德鲁克–普拉格塑性流动格式基础上建立采动煤岩体弹脆塑性损伤本构模型的数值格式。利用VC++2005开发环境将本构模型编写成可供FLAC3D软件调用的自定义模型,并通过试件单轴和三轴压缩数值试验的对比,验证模型用于研究采动煤岩体脆性应变软化特征的正确性和合理性。将所建立模型用于阳泉新景矿超远距离保护层开采的数值模拟得出：位于保护层上部125 m的超远距离被保护煤层处于裂隙带上边缘,被保护层卸压瓦斯取得良好效果,能利用保护层开采及被保护层卸压瓦斯抽采消除被保护层的突出危险。计算结果与物理相似模拟结果基本吻合,表明所建立的采动煤岩体弹脆塑性损伤本构模型可用于保护层开采及被保护层卸压瓦斯抽采效果的预评价。模拟结果可为保护层开采及被保护层卸压瓦斯抽采设计提供合理建议。     

坚硬顶板厚煤层卸压开采覆岩运移特征试验研究

为研究多组厚硬顶板厚煤层开采覆岩运移特征及其对上煤层卸压范围的影响,结合潘二煤矿3煤和4煤开采地质及工程条件,构建了相似材料模拟试验模型。试验观测与数据分析表明,受煤层倾角和多组厚硬岩层影响,覆岩运移中出现非对称“台阶”断裂现象,应力卸压角、膨胀变形卸压角与经验法计算结果相差较大,应力卸压角小于理论计算卸压角平均13°,变形卸压角小于理论卸压角平均7.5°。应用关键层理论分析表明,卸压层和被卸压层间两个关键层是引起覆岩“台阶”断裂、运移不协调及卸压范围减小的主要原因,揭示了多关键层组合对覆岩运移的非对称及卸压特征的差异性的作用机理。     

急倾斜煤层开采冲击危险性数值模拟研究

对北京昊华能源股份责任公司的长沟峪煤矿的急倾斜煤层进行三维数值模拟,利用ANSYS有限元软件单元"处死"的功能真实模拟4槽工作面的开挖过程,对沿巷道走向和沿煤层走向推采不同距离时的塑性应变云图和应力云图进行分析,得出数值模拟结果与现场实际开采情况基本吻合,说明ANSYS有限元数值模拟方法可为冲击地压的防治工作和煤矿的安全开采提供参考。     

远距离采动被保护层移动变形及卸压效应研究

采用UDEC数值模拟的方法,分析了远距离采动被保护层垂直应力、垂直位移的变化及分布规律,研究了被保护层的卸压范围和程度,研究表明,远距离下保护层开采能够有效地对煤层卸压,增大煤层透气性,为远距离下保护层瓦斯治理提供依据。     

采动条件下被保护层瓦斯卸压增透机理研究

保护层开采作为一种典型的煤与瓦斯安全开采形式在煤矿生产中具有重要的意义。通过由半无限开采积分模型求解得到的岩体内部位移场表达式并与相似模拟被保护层沉降曲线对比,研究发现理论模型可以较好地反映煤层实际变形。建立了“两带”裂隙分布模型及其简化力学模型,通过正交设计的全应力应变渗透试验发现,瓦斯渗透主要分为3个过程,发现瓦斯渗透急剧变化在体积应变达到0.015处,对比理论体积应变分布曲线,得出体积应变沿沉降范围总体上呈对称分布,在中心区域存在一个体积应变大于0.015的范围,可见其正处于渗透率急剧增加阶段,其卸压增透效果最好。研究结果为被保护层瓦斯卸压增透计算提供了参考。     

急斜煤层开采石门巷道变形的数值模拟分析

三维快速拉格朗日分析程序FLAC3D适用采矿设计分析等工程数值模拟。文章利用FLAC3D软件,模拟急斜煤层开采石门巷道的变形情况。对穿过急斜煤层的石门巷道在回采过程中两帮、轴向和顶底位移变化情况进行了数值模拟分析,获得了急斜煤层开采过程中石门巷道的变形规律,为石门巷道的支护结构设计提供了依据。     

埋深千米综放采场沿空巷道冲击地压防治研究

深井冲击倾向采场的沿空巷道是冲击地压易发难防治区域。针对华丰煤矿埋深千米强冲击缺少了上保护层的开采条件,研究其沿空巷道防冲机制,将下工作面回风巷置于已采上区段运输巷底板下方卸压区域,实现了埋深超千米无区段煤柱开采;通过建立端头覆岩结构模型计算胶结顶板巷道支护强度,采用广义库仑理论计算采空侧压力评估两帮支护匹配性,确定的支护设计确保覆岩、两帮稳定;通过支架承载变形特征阐述其对冲击载荷的有效防冲机制。采用微震、地音、应力在线预警系统和钻屑法监测,实现区域预警→点监测量化验证预警,评价沿空巷道无冲击危险,不需要采取以往繁琐且难以保证解危效果的爆破、大直径钻孔卸压等工艺,且支护效果良好。研究成果对深井防治沿空巷道冲击地压有借鉴价值。     

急倾斜煤层坚硬顶板塌落规律及控制研究

急倾斜煤层坚硬顶板塌落控制已成为煤矿生产中的难点问题,深入研究急倾斜煤层坚硬顶板塌落规律及控制方法对煤矿安全生产具有重要意义。通过现场勘查及室内试验方法分析煤岩层岩体的力学特性,采用室内相似材料模拟实验方法及离散元数值计算方法研究急倾斜煤层坚硬顶板的塌落规律,分析急倾斜煤层坚硬顶板的突变塌落特征及范围,设计坚硬顶板预裂爆破方案,利用离散元方法对坚硬顶板塌落控制方案进行数值模拟计算,并与实际工程中的应用效果进行对比分析。研究结果表明:坚硬顶板岩层具有明显的弹脆塑性破坏特性,采用弹脆塑性应变软化本构模型计算煤岩层接触面的破坏过程,能够合理反映急倾斜煤岩层顶板的破坏特征;3DEC离散元计算结果与相似材料模拟实验结果基本吻合,急倾斜坚硬顶板在短壁开采条件下沿倾向位移不明显,沿走向不易塌落,易在后方采空区形成跨度75～85m的大面积悬顶,并伴有明显的突变塌落特征;提出利用离散元方法计算超前深孔预裂爆破顶板的数值计算方法,计算结果与现场实际应用效果相符,验证了该方法应用在坚硬顶板控制研究方面的可行性。     

输电线路掏挖式基础在倾斜荷载作用下的特性

通过数值模拟对输电线路竖向和倾斜掏挖式基础在不同倾角荷载作用下的承载特性和内力分布进行分析。结果表明,直掏挖基础在小于10°的倾斜荷载作用下竖向承载力变化不大,随着荷载倾角的增加,竖向承载力明显减小。在相同倾角的荷载作用下,正斜掏挖式基础的竖向承载力要大于负斜掏挖式基础,直掏挖基础居中。同时,正斜掏挖式基础的弯矩和剪力均要小于负斜掏挖基础。掏挖式基础的倾角与荷载倾角相同情况下的基础受力最合理,不但可以保证基础承载力,而且基础所受弯矩几乎为零。     

Pullout behavior of inclined steel fiber in an ultra-high strength cementitious matrix

In this study, as a part of research to characterize the tensile properties of steel fiber reinforced ultra-high strength cementitious composites, pullout tests of steel fiber were performed to evaluate the effect of fiber inclination angle on the load direction and an analytical pullout model was derived considering this effect. The fiber inclination angles considered in the pullout tests were 0°, 15°, 30°, 45°, and 60°. From the pullout tests, it was observed that the largest peak load was obtained at an angle of 30° or 45°, and the peak slip increased as the fibers were oriented at a more inclined angle. Based on the experimental results, an analytical pullout behavior model considering fiber inclination was proposed. In order to take into account the effect of fiber inclination in the pullout model, apparent shear strengths (τ_(app)) and slip coefficient (β) were introduced to express the variation of pullout peak load and the augmentation of peak slip as the inclined angle increases. These variables are expressed as functions of the inclined angle (ϕ).     

塑料套管现浇混凝土桩倾斜对承载性能影响的模型试验研究

 通过模型试验研究竖直桩与倾斜角度为5°,8°,10°和15°倾斜桩的承载性能,分析倾斜对塑料套管现浇混凝土桩(以下简称TC桩)单桩承载力、桩顶沉降、桩身水平位移、桩身弯矩、桩身轴力及侧摩阻力和端阻比的影响。模型试验结果表明：(1) 当TC桩倾斜度不大于8°时,对承载力和桩顶沉降影响不明显,对于倾斜10°,15°的桩,承载力明显降低;(2) 倾斜桩桩身水平位移和弯矩主要发生于1/3桩长范围内,且均随着荷载和倾角的增加而增大;(3) 竖直桩及各倾斜桩的侧摩阻力随深度的增加呈先增大后减小的趋势,随着倾角的增大桩极限侧摩阻力的平均值略有增大,侧摩阻分担比较大;(4) 端阻力和端阻比基本随荷载的增加而增加,随倾角的增加而减小。采用Origin软件应用Sigmoidal函数拟合,得出模型桩极限承载力随桩体倾角的计算公式,并根据现场实测数据,给出现场应用时修正系数的取值范围。     

Fatigue Crack Tip Plasticity for Inclined Cracks

The evaluation of the crack tip deformation is essential to the estimation of crack growth under either static or cyclic loading. A 3-D elastic–plastic finite element analysis was developed to simulate the crack tip deformation along mixed mode inclined edge cracks in a steel plate subjected to either monotonic or cyclic loading at selected R-ratios. In this paper, two types of crack configurations were investigated: inclined cracks with equal inclined lengths (EICL) and inclined cracks with equal horizontal projection length (ECHP). The development of the monotonic (Δm) and cyclic (Δc) crack tip plastically zones and the monotonic (CTOD) and cyclic (ΔCTOD) crack tip opening displacements were traced to find the effect of the crack inclination angle, which significantly affected the size and shape of the crack tip plastic zone. The finite element results compared well with the analytical results based on modified Dugdale’s model. It was observed that Mode II has a significant effect on the plastic zone in the case of equal inclined crack length (EICL), i.e., Mode II increases as the crack angle decreases. Also, it is interesting to note that for the EICL case, the magnitude of Δc is delayed to appear with decreasing the inclination angle, for example, for θ?=?90° the cyclic plastic zone appeared at Δσ?=?103.32 MPa, while for θ?=?45° the cyclic plastic zone appeared at Δσ?=?132.84 MPa. Whereas, the variation of monotonic and cyclic plastic zone size in the equal crack horizontal projection (ECHP) case is not affected by the crack inclination angle. Furthermore, it was observed that the static crack tip opening displacement (CTOD) and the cyclic (ΔCTOD) are independent of the crack inclination angle in case of ECHP, due to such cracks take into consideration the effect of inclination angle through its length.     

广东河台金矿滑痕线理与金矿体的关系及成矿意义

为了确定河台金矿的成矿动力学机制,文章研究了河台金矿滑痕线理与金矿体的关系。研究表明,两组滑痕线理均与金矿体有伴生关系;滑痕线理的两组侧伏角(10°~35°和42°~70°)与金矿体的两组侧伏角(20°~29°和45°~70°)一致;可能与滑痕线理形成有关的两组时间(187~192Ma和(141±6)~(157.1±1.0)Ma)与金矿体的两组形成时间(169~(175±4.3)Ma和(121.9±14.1)~(152.5±3.1)Ma)一致。以上研究表明,滑痕线理与金矿体有成因联系。结合前人研究成果,提出河台金矿沿滑痕线理发生滑动的减压过程中,很可能引发含金热液沿滑动方向的泵吸作用与减压沸腾成矿作用,进而决定了滑动方向控制了金矿体的延伸方向。脆—韧性剪切成矿期缓侧伏角的滑动作用(10°~35°)控制了缓侧伏角的矿体(20°~29°);热液成矿期陡侧伏角的滑动作用(42°~70°)控制了陡侧伏角的矿体(45°~70°)。     

Experiments on channel columns with inclined simple edge stiffeners under compression loading

In order to investigate the compression behavior of pin-ended cold-formed channel columns with inclined simple edge stiffeners, a total of 30 pin-ended cold-formed channel columns with three sections (sloping lip stiffener turned at 45°, 90°, and 135° to the flange, respectively) and three different lengths (500 mm, 1 250 mm, and 2 000 mm) were tested. It was found that the inclination angles and loading positions have an obvious effect on compression ultimate load-carrying capacities and failure modes. All three sections have certain post-buckling strength, and the failure modes of most of the specimens contained distortional buckling. The capacity of the specimens with 45° inclined angle for bearing compression is appreciably higher than the other two types of specimens with 90° or 135° inclined angles at the same negative eccentricity, but obviously lower than the other two at the same positive eccentricity. Furthermore, tests were simulated by finite element analysis. Results from the analysis are in great agreement with the experimental data. __________ Translated from Journal of Building Structures, 2006, 27(3): 1–9 [译自: 建筑结构学报]     

地下采空诱发陡倾层状岩质斜坡失稳机制研究

 我国西南灰岩山区的褶皱山体经长期强烈的地质抬升运动与河流侵蚀,山体呈现出中上部厚层-巨厚层灰岩地层陡峭,下部页岩、泥岩地层平缓的“靴状”地貌形态,加之下部煤层、铝土矿层的开采,成为我国大型层状岩质崩滑灾害的高发区。本文以重庆武隆鸡冠岭陡倾层状岩质斜坡滑动为例,采用FLAC3D模拟分析了地下采空诱发陡倾层状岩质斜坡“弯曲变形-层间错动-采矿加速倾倒变形-下伏岩体阻滑-下伏岩体剪切破坏-整体失稳”的渐进失稳过程,认为鸡冠岭山体滑动是一类层状岩体的倾倒-滑移失稳的复合破坏模式。模拟结果表明：(1) 陡倾临空的斜坡在长期重力作用下,坡体沿山梁方向发生蠕滑变形,坡体逐渐产生拉裂缝;同时由于该斜坡位于背斜核部附近,应力集中导致上覆层状岩体呈现出弯曲变形的特征;(2) 长期岩溶作用加速坡体裂缝的发育与扩张;(3) 斜坡下部煤层开采时,导致鸡冠岭山梁发生应力发生重分布,上覆层状岩体逐渐发生层面分离,层状岩体下部产生裂缝,岩体强度逐渐降低;(4) 当斜坡下部煤层逐渐采空后,上覆层状岩体变形急剧增大,发生倾倒破坏,挤压矿层下伏稳定岩体,发生剪切滑移,最终从临空处剪出形成高速碎屑流。因此,对于西南灰岩褶皱山区,认识长期地下采空对层状山体的扰动作用,对大型灰岩山体防灾减灾与风险区划具有重要的现实意义。     

抚顺西露天矿北帮边坡治理工程效果初步评价

分析了抚顺西露天矿北帮在水压影响边坡变形特征,对抚顺西露天矿北帮西区W200～W600高陡边坡倾倒滑移变形机理进行了数值模拟分析,并对采取的抗滑桩加固工程和疏干减压工程效果进行了评价,为边坡整治工程设计提供了技术指导和依据。分析结果表明,边坡向斜南翼顺层滑移变形主要集中在第1,2层,采取相应的治理工程之后,边坡变形明显减缓。否则,倾倒滑移体的变形深度将深入到第5层,可能产生沿第5层直到地表的整体滑移。最后介绍了部分治理工程实施后的初步实际效果,希望能够对类似边坡的失稳预测及变形控制研究起到一定的借鉴价值。     

深厚冲积层高强钢筋混凝土井壁力学特性研究

 通过实验和理论计算,对在均匀荷载作用下高强钢筋混凝土井壁的力学特性进行分析。实验结果表明：高强钢筋混凝土井壁具有很高的承载力,影响其承载力的主要因素依次为混凝土的强度等级、厚径比和配筋率;在均匀外荷载作用下,混凝土强度提高10 MPa,井壁的极限承载力提高4 MPa左右,配筋率对井壁的极限承载力影响很小;高强钢筋混凝土井壁结构破裂时,环向钢筋沿破坏面发生塑性弯曲,混凝土破坏面与最大主应力方向的夹角为25°～30°,属压剪破坏。理论分析时,采用线性软化本构模型以及符合混凝土强度特性的Mohr-Coulomb强度准则,推导出高强钢筋混凝土井壁极限承载力的理论计算公式,并且其计算结果得到实验验证。