基于二维数字图像相关技术的块系花岗岩超低摩擦效应实验研究

基于国内外超低摩擦效应的实验研究现状,设计了块系花岗岩超低摩擦效应模拟实验。制作了中心含圆柱形洞室的花岗岩立方体模型试样,运用自主研发的实验设备研究了在静荷载的基础之上施加动态荷载后块系花岗岩的变化特征。实验过程中采用二维数字图像相关测试方法(2D-DIC),获得了试件表面的全场位移信息,依据位移信息求出块体加速度值,利用牛顿第二定律对试件受力分析,求得了块系岩体摩擦力随时间的变化曲线。结果表明:2D-DIC测试技术能够准确的测得石块的位移变化,依据位移变化可以证实伴随着水平向扰动荷载作用,洞口上方岩块左右两侧节理间隙逐步增大,岩块间的摩擦力降低,且摩擦力的变化周期与扰动荷载的周期相同;利用2D-DIC测试技术是有效的,从实验的角度验证了超低摩擦效应的存在。     

煤岩材料变形过程位移场演化研究

为了更为直观地研究煤岩材料变形破坏过程中表面位移场演化的规律,利用VIC-3D(非接触应变测量系统)观测系统研究单轴压缩状态下煤岩试件破坏的全过程,得到了煤岩试件变形破坏过程中表面位移场的演化特征,直观地反应了试件表面的压缩、剥离、膨胀及剥落的过程。研究结果表明:VIC-3D所表现的数字图像技术在煤岩试件的单轴压缩试验过程中具有明显的优势;可以直观地观测煤岩试件破坏过程的位移场、应变场等演化过程。通过VIC-3D分析软件得到了煤岩试件表面压缩、剥离、膨胀具体演化过程的全场位移云图及试验过程中试件表面位移场的变化曲线,并分析了不同应力阶段位移曲线的变化形式。     

巷道掘进围岩纵向变形分析与支护技术

为了研究开挖面空间效应对巷道掘进时的影响,利用Hoek拟合的位移释放系数方程来描述空间效应下的巷道围岩纵向变形规律,建立巷道径向位移与力学模型中虚拟支护力关系的数学模型,导出开挖面空间效应下虚拟支护力与距开挖面距离的关系式。基于Mohr-Coulomb强度准则,推导出巷道开挖时围岩应力、塑性区半径与开挖距离的数学表达式。根据巷道围岩纵向位移以及塑性区半径的变化规律,能够更好地对巷道进行支护设计。结果表明:以巷道开挖面为例,建立的模型计算与FLAC~(3D)模拟分析进行对比,在开挖面处围岩位移释放约为31%,利用开挖面的空间效应及时地对巷道进行支护,能够有效控制巷道前期变形,减缓巷道围岩塑性区的发展。     

深部煤矿采动诱发断层活动规律

根据现场的地质资料,通过二维相似模型实验,利用经纬仪监测到深部采动影响下断层活动的水平位移,并通过数字散斑相关方法(DSCM)及不连续变形方法(DDA)对实验结果进行了分析.实验表明： 当工作面推进到离断层15~40 m时,断层开始活化,并且产生水平位移;当工作面离断层1~2 m时,断层水平位移达到最大值,为2~5 cm.断层附近的水平位移呈现出马鞍形,证实了断层附近发生了滑移错动.      

回采巷道支护技术实践

针对常蒋煤矿3102工作面回采巷道地质条件确定了支护形式和参数,在3102工作面顺槽开口往里90、160 m处设置了两个测量站,用十字布点法进行测量,分别对工作面两帮位移量和巷道顶底板位移量进行监测。监测结果表明:工作面顶底板移近量比巷道两帮移近量小,巷道围岩变形量在一个月内趋于稳定,围岩变形得到有效控制,可以满足工作面安全回采的要求,取得了良好的技术经济效益。     

金属矿深部开采巷道位移监测与围岩稳定性分析

针对新城金矿深部开采过程中出现的巷道围岩稳定性问题,采用深部开采位移监测系统实时监测矿区深部采场和围岩变形,基于监测信息,综合分析了围岩稳定状态,揭示了金属矿深部开采过程中影响巷道稳定性的主要因素和岩体损伤与变形规律：软弱结构面是影响深部开采巷道稳定性的内在因素,开采扰动是影响巷道稳定性的外在因素;岩体损伤破坏经历了“稳定-失衡-再稳定”的过程,巷道变形表现出了“急剧增长-缓慢增长-基本稳定”3个阶段;浅部围岩破碎后巷道变形会急剧增大,应及时支护掘进巷道,充填回采结束采场,提高围岩体的自承力。结果对矿山优化开采及地压管理具有现实指导作用。     

深部锚网巷道力学状态解算与现场监测研究

为了根据受力、变形参数对深部锚网巷道稳定性进行分析和预测,基于等效变换后深埋圆形断面巷道应力状态和位移力学分析模型,开发了适用于不同断面巷道受力状态和位移解算软件。以大屯煤电公司孔庄矿7432工作面轨道巷为研究对象,对其受力状态、位移进行了解算分析,并与现场在线监测结果进行对比分析,巷道支护体受力、变形与力学模型解算结果相差处于合理范围内,反映了力学模型的理想化假设与实际工程的差别。实践表明,通过等效变换后的深埋圆形巷道应力状态和位移力学模型,在分析、预测深部锚网巷道稳定性方面有效、可行,编制的力学模型解算软件准确、可靠。     

动态扰动诱发嗣后充填采场灾变事故分析

为了明确某矿阶段嗣后充填采场破坏事故原因,结合事故现场工程实际及调查结果,采用相似模型、数值分析及现场监测手段,研究了阶段嗣后充填采场围岩变形特征、破坏模式、巷道表面变形规律。结果表明:开采活动对嗣后采场围岩及周边工程影响具有明显的区域特性;不同分段的开采活动对采场顶板位移影响程度不同,第2分段开采导致顶板最大位移增量最多,而第3分段开采时加剧了矿柱应力集中,致使矿柱发生沿近似60°的结构面发生剪切滑移破坏;同时也使位于矿柱内部邻近空区的巷道侧壁发生垮塌。通过对比分析数值模拟与现场监测的结果,证明了相似模型试验的结论。研究结论不仅全面认识了该矿阶段嗣后充填采场破坏事故原因,还明确了阶段嗣后充填采矿方法采场安全潜在危险源,可为其他类似矿山提供安全借鉴。     

利用近景摄影测量技术监测红旗沟排土场边坡位移变形

介绍了基于近景摄影测量技术进行露天矿山边坡位移变形监测的基本方法,详细分析了近景摄影测量技术在边坡位移变形监测中的应用流程。以金堆城钼矿红旗沟排土场边坡为例,讨论了利用近景摄影测量技术获取点云数据、边坡变形量的流程和方法,测量误差分析表明,近景摄影测量技术可对边坡进行高精度监测,为矿山边坡维护治理提供数据支持。     

不同尺寸含裂缝岩样动态破坏特征的实验研究

为研究不同尺寸含预制裂缝岩样遭受动态冲击过程中的变形和破坏特征,采用直径分别为50,100,150,200 mm的中心直裂缝巴西圆盘(CSTBD)试件,在压杆直径100 mm的SHPB系统上对试件进行相同速度下的径向动态冲击实验,结合应变片和数字图像相关监测系统(DIC)对圆盘2个平面的应变和位移的变化进行了监测,分析了加载过程中压杆上的波形、圆盘试件两端的应变、裂纹的起裂时间和圆盘表面的位移场等.研究表明:加载过程中试件两端的变形存在差异,预制裂缝前后裂尖起裂时间不一致,且这些差异随着圆盘直径的增大而增大;尺寸较小的试样更容易实现应力平衡,试件尺寸越大,应力平衡性越差.试件的破坏主要由拉应变引起,且预制裂缝的裂尖先于试件端部起裂,试件起裂之前的孕育时间、主裂纹的扩展时间与试件尺寸正相关.     

钻孔数字测量系统在七五煤矿中的应用

煤矿巷道围岩松动圈的存在是一个普遍现象,随着煤矿开采深度的增加,巷道开挖后出现围岩松动圈不可避免。以研究全景数字钻孔摄像系统测量围岩松动圈厚度值为目的,结合V isualBasic6.0编程语言,采用数字图像处理技术及其方法,研制了围岩松动圈裂缝检测系统,建立了围岩松动圈厚度值的全景钻孔数字摄像测量系统,成功地将钻孔数字摄像测量系统应用于现场工业性试验中。     

数字图像测量技术在膏体材料变形试验中的应用

为了改善膏体材料压缩性能试验传统变形测量方法的弊端,基于变形性能试验在预测膏体充填材料密实性和强度控制地基沉陷程度上的重要性,提出了一种研究膏体充填材料单轴抗压强度和变形性能的数字图像测量技术,利用数字图像原理测量膏体试件在压缩过程中的变形参数,主要包括图像的采集、灰度化、二值化、边缘识别及轮廓提取等,目的在于不扰动试件和变形,保证实验精度的前提下,实现对膏体试件横、纵向变形的同步直接测量,同时研究了该项技术中存在的问题及误差修正方法,并对测量精度进行了分析,最后通过实例证明了该技术的可行性与正确性。     

大阶段嗣后充填采场围岩破坏规律及其巷道控制技术

以和睦山铁矿为工程背景,通过数值软件模拟和现场地压显现调查,分析了大阶段嗣后充填采场围岩破坏规律及周边巷道破坏失稳原因;在各分段巷道关键部位,布置了12个变形监测点和4个应力监测点,采用数显收敛计和应力计对巷道表面变形和应力变化进行了监测,总结了巷道变形破坏特征;提出了增加初次支护强度,采用锚索喷锚网和U型钢可伸缩支架联合分级支护控制措施方案。实践证明：围岩稳定性是大阶段嗣后充填法运用的关键因素;优化后支护方案有效地提高了巷道稳定性,减少了二次支护率。     

水力压裂切顶技术在巷道超前支护中的应用研究

为了解决干河煤矿2-2092回采巷道在临近采空区影响下巷道变形严重，超前维护量大的问题，采用水力压裂切顶技术削弱岩层的整体性和稳定性，降低集中应力，以达到使巷道处于低应力区域的目的。分析临空动压对超前段巷道的作用机理及水力压裂切顶机理，并根据2-209工作面实际条件，对水力压裂有关参数进行设计，并开展工业性试验，监测数据结果对比分析表明，水力压裂后2-2092巷的底鼓量、顶板下沉量和两帮移近量降低，减小了巷道变形对掘进和回采的影响，节约了支护成本。     

海州露天煤矿边坡变形监测系统

为及时掌握露天矿边坡变形规律,基于GPS监测技术、网络通讯技术和计算机等技术,建立了一套实时动态反映边坡变形的自动化监测系统。系统采用高精度GPS获取监测点的三维坐标,利用GPRS通讯模块将数据打包发送至计算机,并通过软件处理自行解算成图,实现边坡变形的自动化监测。以海州露天矿北帮为监测对象,经过一段时间的监测,监测结果表明:边坡平均水平位移变形为52.6 mm,平均垂直位移变形为17.3 mm,平均水平位移速率为0.33 mm/d,平均垂直位移速率为0.11 mm/d。边坡变形监测系统的构建实现了边坡变形的高精度、自动化监测,为灾害的动态预警和安全决策的及时制定提供了有效的技术支持。     

层次注浆工艺在切顶留巷围岩加固工程的应用

针对沿空切顶卸压留巷巷道受断层影响大变形、无法进行常规支护等问题,对巷道表面位移、顶板离层进行监测,得到巷道围岩破碎后变形规律和围岩结构情况|并根据工程需求研发一种以新型无机注浆材料和注浆工艺为核心的层次注浆技术,对留巷巷道进行注浆加固治理。工程实践结果表明：经过层次注浆加固后,围岩变形得到快速控制,顶板下沉量控制在25mm之内,顶板离层量仅为2mm左右|顶板淋水问题得到解决,围岩裂隙得到有效充填加固,留巷巷道变形进入稳定阶段,能够满足后期使用要求。     

深部厚顶煤巷道大型地质力学模型试验系统研制与应用

为研究深部厚顶煤巷道围岩应力演化规律与变形特征,研制了大型地质力学模型试验系统。该系统由反力装置、柔性均布压力加载装置、数字智能液压控制系统和高精度多元实时监测系统组成,具有可自由拼装、模拟空间大、荷载集度高、边界加载均匀和模拟精度高等特点。以赵楼煤矿3302工作面运输巷为工程背景,通过大量的相似材料配比及力学参数测试,确定了两种不同系列的材料分别模拟砂岩和煤层;设计制作了预应力锚杆（索）、箱型支护梁、钢带及托盘等相似构件;对让压型锚索箱梁支护系统进行了大比尺模型试验研究,得到了深部厚顶煤巷道开挖支护过程中的围岩内部应力演化与变形规律。结果表明,该系统能够较好地进行深井煤巷及其他大型地下硐室开挖支护全过程的模型试验研究。     

黔西高瓦斯工作面沿空留巷“卸-支-护”技术研究

为解决黔西高瓦斯工作面沿空留巷效果不理想的问题,以新田煤矿1404工作面为工程背景,提出了沿空留巷“卸-支-护”技术及其具体内容。针对沿空留巷的不同参数进行数值模拟,综合分析得到了适用于1404工作面沿空留巷的最优参数。基于模拟得到的结果在该工作面进行工业性试验,并进行持续监测验证了“卸-支-护”技术应用效果良好。研究结果表明：(1)沿空留巷“卸-支-护”技术在三者共同作用下,有效的控制了巷道的变形,留巷效果良好；(2)通过确定合适的切顶角度和柔模袋宽度,根据顶板情况确定切顶钻孔深度可以有效改善切顶和留巷的效果；(3)现场观测结果显示,留巷的顶底板最大移近量414mm,两帮最大移近量211.4mm,巷道变形量可控,能够满足留巷后期的使用需求。表明通过沿空留巷“卸-支-护”技术能够有效切顶卸压,承载顶板变形,从而有效的控制沿空留巷的巷道变形,保障了留巷的正常使用,降低了后期维护的费用。     

急倾斜煤层锚网索巷道围岩活动规律研究

针对急倾斜煤层巷道支护现状，提出采用锚网索支护新技术对试验巷道进行支护改革．通过对试验巷道表面位移、围岩深部位移和锚杆（索）受力的现场监测，分析了试验巷道矿压显现活动规律，掌握了试验巷道在锚网索支护下的围岩变形规律，得出了在急倾斜煤层巷道采用锚网索支护是可行的．这为锚网索支护在急倾斜煤层巷道的推广应用和支护参数设计提供了科学依据，对改善急倾斜煤层巷道的维护有着积极的意义．