基于动静组合加载力学试验的深部开采岩石力学研究进展与展望

深部围岩开采前处于高静应力状态,开采(开挖)过程中不可避免承受机械或爆破开挖带来的开采扰动、卸载扰动以及应力调整扰动作用,属于典型的动静组合受力状态。用动静组合加载力学研究深部开采岩石力学问题更加符合深部围岩开采的实际情况。从深部围岩开采受力全过程出发,介绍了"岩石动静组合力学"概念和试验研究的提出过程,阐述了岩石动静组合力学试验研究从一维状态到二维状态再到三维状态的发展历程,并重点介绍了真三轴动静组合加载岩石力学试验系统的研制情况和取得的研究进展。根据对深部开采岩石力学科学认识的不断深入,结合动静组合加载岩石力学试验相关研究结果,揭示了深部岩石在各种动静组合受力状态下的力学响应、破坏特征以及能量规律,科学再现并解释了岩爆、板裂及冲击地压等非常规岩石破坏现象和机理。在此基础上,系统总结了真三轴动静组合加载岩石力学试验机的共同特点,并提出了未来研究的4个重点发展方向:(1)发展能实现"三维高静应力+卸载+冲击扰动"功能的真三轴SHPB动静组合加载试验机;(2)发展大尺寸岩石内部卸荷真三轴试验机;(3)基于三维动静组合加载岩石力学试验聚焦深部围岩发生岩爆灾害的能量机理;(4)开展深部原位保真取芯的三维动静组合加载岩石力学试验。     

MTS815全数字型液压伺服试验机及其应用

对MTS815型伺服试验机的控制系统进行了升级改造。概述了该试验系统的硬件组成和软件功能。利用该试验系统成功地完成了大量的岩石和混凝土材料的力学性质实验。应用表明，经过全数字化升级后的控制系统的技术指标先进、性能稳定，控制功能增强，操作方式简便。     

伺服刚性压力机在岩石力学试验中的几个问题

本文对我院最近从美国引进的MTS815型伺服式刚性试验机的性能作了简要介绍,并将其与普通材料试验机作了比较。对刚性试验机在岩石力学参数测试中遇到的应变控制方式和应变速率控制问题进行了初步探讨。     

小官庄铁矿的岩石力学研究与应用

小宜庄铁矿经过系统的岩石力学研究，查清了矿床开采的岩石力学条件和地压分布规律，并将岩石力学理论应用于开采的各个环节，有效地控制了地压显现。本文简要介绍了该矿岩石力学研究与应用成果。     

裂隙茅口灰岩水力学特性试验研究

利用MTS815多功能岩石力学试验机对茅口灰岩进行一系列不同轴压和围压下的渗流试验.试验结果表明:茅口灰岩裂隙流与Darcy流存在一定差异,表现出非线性时变性即非Darcy流;随着应变的增加,岩石渗透率刚开始下降较快,后期下降较慢.采用Origin专业绘图软件对Darcy流与非Darcy流渗透率数据进行拟合分析发现,幂函数能够很好的拟合二者之间的关系,并提出了可靠又简便的茅口灰岩非Darcy流渗透率计算公式.     

分级加卸载条件下岩石的弹塑性流变特性

利用RMT-150C微机控制电液伺服岩石力学试验机测定了三岔河矿区顶板粉砂岩的各项物理力学指标;采用分级加卸载的方式在RYL-600岩石剪切流变试验仪上进行了一系列的岩石流变试验;分析试验数据,发现该区岩石具有弹性-粘性-粘弹性的流变特性,总结岩石流变特性,对其流变模型进行辨识,发现岩石的流变特性与伯格斯模型性质很相似;利用伯格斯模型对该区岩石的流变特性展开研究,求取了不同应力水平下伯格斯流变模型各项参数,利用伯格斯方程拟合得出岩石的流变理论曲线,理论曲线和实际试验数据吻合较好,说明伯格斯模型能较好地反映三岔河矿区顶板粉砂岩的流变特性.     

焦炉三车连锁系统中PC机与单片机的无线通讯

介绍了一个具体系统中PC机与多单片机的无线数据传输。详细介绍了如何使用无 线模块完成一对多的数据检测,降低CPU工作时间,提高系统的响应速度和单片机的数据接受处 理方法。     

基于双CPU结构的采煤机泵、马达多传感器融合与控制系统

设计了基于ADμC812和TMS320F206的双CPU结构的多传感器融合与控制系统，介绍了该系统的体系机构、硬件配置、接口电路、工作原理和工作流程，实现了传感器信息融合的高速高精度采集、复杂算法的大数据量实时计算以及模拟与开关量并有的多控制通道等功能.系统硬件结构简单.该系统作为采煤机泵、马达综合试验台的子系统，用于泵、马达性能试验.应用表明，该系统具有很好的可靠性和实时性.     

高突出倾向性煤的力学性质试验及研究

为了研究高突出倾向性煤的性质,通过YAW-3000全自动压力试验机和YAD-2000型微机控制电液伺服岩石压力试验机分别对高突出倾向性煤样进行了巴西劈裂试验、单轴抗压试验和角模压剪试验,得到了高突出倾向性煤的有关力学性质和参数。     

组态王6.5在乳化炸药生产线超限报警系统中的应用

针对以往乳化炸药生产线超限报警系统显示和准确性的不足,选用工业控制计算机和多功能数据采集卡PCL-812pg设计了全新的生产线超限报警系统,并利用组态王6.5完成了数据显示和超限报警等功能,现场调试表明,该套设备具有形象的显示和较高的准确性,报警正确率为100%。     

九仗沟金矿采场岩体稳定性分析及参数优化

为了研究采场稳定性分析方法与参数优化方法,对嵩县山金矿业有限公司九仗沟金矿试验采场进行了工程地质调查、数字摄影、矿岩力学试验等工作,获取了表征矿山岩体质量的多种指标。利用三维数字摄影测量系统（ShapeMetrix3D）对九仗沟金矿100中段进路采场岩体进行现场节理信息采集,分析得到采场岩体结构面产状、节理间距、节理组数、结构面体密度等参数。在此基础上,结合钻孔窥视及岩石力学试验数据信息,采用岩体地质力学分类（RMR）和巴顿岩体质量（Q）分类方法对采场岩体稳定性进行分级。根据获取的指标,利用Mathews图表法对试验采场的跨度进行优化设计,分析认为实际生产中应严格将进路采场跨度控制在7.5 m以下,以保证进路采场稳定性。     

周期荷载作用下盐岩疲劳特性试验研究

利用RMT-150C型岩石力学多功能试验机,针对盐岩进行了单、三轴周期荷载作用下的疲劳试验,研究了盐岩的破坏特征、变形特性及损伤。单轴试验结果表明,盐岩疲劳破坏终点的变形量受静态轴向应力-应变全过程曲线的控制,周期荷载的上限应力和幅值对盐岩的疲劳寿命有着显著影响;轴向应变和损伤都可以分为初始、等速和加速三个阶段;当上限应力小于单轴抗压强度的75%时,盐岩未发生明显破坏,疲劳效应明显弱化,可以认为是盐岩的门阀值为75%。盐岩的三轴疲劳试验表明:不同上限应力和幅值对疲劳寿命起关键作用;盐岩在三轴周期荷载作用下,很快完成初始变形阶段,而很长时间内处于稳定的等速变形过程,这种疲劳特性对储气库的稳定性有利。     

注浆帷幕体渗透特性的试验研究

为了研究注浆堵水帷幕的稳定性,利用MTS815.02电液伺服岩石力学试验系统对注浆帷幕体的渗透特性进行了试验,获得了注浆帷幕体受压破坏全过程的渗透特性。结果表明,随着压力增加,渗透系数逐渐增大,在应变达到某临界值后,渗透系数开始急剧增大,此时裂隙产生。另外,裂隙和注浆结石对渗透系数有明显的影响。     

Composite active control system of roof and side truss cable for large section coal roadway in fold coal pillar area

In order to solve the surrounding rock control problem of large section gangue replacement roadway under complicated conditions, this paper analyzed the impact to the roadway controlling produced by the geological conditions such as high ground stress, folded structure tilted roof asymmetry and soft wall rock, and built the tilt layered roof structural mechanics model to clarify the increase span mechanism of the weak coal instability. Then, we proposed the combined control system including roof inclined truss cable, coal-side cable-channel steel and intensive bolt support. And then by building the structural mechanics model of roof inclined truss cable system, the support principle was described. Besides, according to this model, we deduced the calculation formula of cable anchoring force and its tensile stress. Finally surrounding rock control technology of large section roadway in fold coal pillar area was formed. Field practice shows that the greatest roof convergence of gangue replacement roadway is 158 mm and coal-side deformation is 243 mm. Roadway deformation is controlled effectively and technical support is provided for replacement mining.     

亭南煤矿软岩巷道底臌机理及控制对策研究

 摘要：亭南煤矿软岩巷道底臌剧烈,最大底臌量达500mm,严重影响巷道的正常使用。本文运用工程地质学、软岩工程力学等多学科理论,采用现场工程地质条件分析、室内实验与理论分析相结合的方法,以西翼轨道大巷为例,对软岩巷道底臌变形机理及破坏过程进行了深入研究。结果表明,水平构造应力和膨胀性粘土矿物吸水膨胀是巷道底臌的主要原因,变形机理是塑性挤出型和膨胀型综合作用的复合型底臌,提出了反底拱+底角锚杆耦合支护技术结合防治水措施的底臌控制对策。现场应用效果良好,有效控制了巷道底臌。     

软岩特大断面硐室卸压支护技术研究

 为了解决软岩特大断面硐室变形大、围压大、难支护的问题,以沙吉海煤矿仓顶硐室为工程背景,根据其工程地质条件和围岩自身的特点,借助FLAC3D有限差分程序进行了传统支护下的数值计算,结合软岩工程力学理论及室内物化试验结果,深入分析了仓顶硐室的破坏机理,提出了恒阻大变形锚网索+刚柔层+底角锚杆耦合支护的力学控制对策。通过恒阻大变形卸压锚杆+刚柔层支护的双重让抗体系,以适应围岩产生的大变形,卸掉过高的非线性膨胀能,同时支护系统又具有足够的工作阻力,限制围岩产生破坏性变形,进而达到围岩—支护变形协调、保证工程稳定的目的。实践表明,该支护技术有效地控制了软岩特大断面硐室围岩的大变形破坏,取得了良好的支护效果。     

千米深井软岩巷道挤压变形力学特性及控制研究

 为了研究千米深井软岩巷道挤压变形力学特性及控制对策,以淮南朱集煤矿-906m东翼轨道大巷为依托工程开展研究,该巷道为典型的千米深部高地应力软岩巷道,开挖后围岩产生强烈的挤压变形。通过现场地应力测试获取地应力值和室内岩石力学试验获取围岩力学参数,根据Hoek挤压变形等级曲线判断出该巷道变形为非常严重的挤压变形;通过Phase2有限元数值仿真软件分析了该巷道的围岩稳定性,计算结果表明巷道开挖后围岩变形破坏严重,拱顶位移和底臌量大,与现场情况吻合。基于深部岩石巷道围岩稳定性控制理论和“分步联合支护”理念,针对该巷道的挤压变形特点制定了相应的支护方案,其主导思想是增强围岩自身强度和支护结构的抗变形能力,尤其重视底板支护。通过有限元数值软件计算分析和现场监测验证、评价了该支护体系的强度,结果表明所提出的支护方案取得了良好的效果,能够有效的控制围岩挤压变形。     

基于数字钻探的岩石c-φ参数测试方法

岩石黏聚力c和内摩擦角φ(以下简称c-φ参数)的准确测试是进行地下工程支护设计优化及信息化施工的基础。传统的岩石室内试验方法测试步骤繁琐,周期长、成本高,无法进行原位测定。数字钻探技术为现场准确测定岩石力学参数提供了新的途径,实现该技术的关键在于建立随钻参数与岩石c-φ参数间的定量关系。基于此,本文根据岩石切削破碎特征,建立了一种不预设破坏面的岩石切削力学模型,弥补了现有岩石切削力学模型将破坏面假设为平面,从而与岩石受切削时实际的破坏面特征存在差异的不足。基于滑移线理论推导了岩石极限切削力,得到了随钻参数DP(Drilling Parameters)与岩石c-φ参数关系式(DP-cφ关系式)。将利用自主研发的岩体数字钻探测试系统开展室内试验所得到的随钻参数与理论计算得到的结果进行对比分析,两者平均差异率为8.44%,验证了所建立的岩石切削力学模型和DP-cφ关系式的合理性和正确性。在此基础上,提出了岩石c-φ参数数字钻探测定方法,并通过室内试验进行了该方法与传统三轴试验方法测定结果的对比分析,结果表明:两种方法得到的岩石黏聚力和内摩擦角平均差异率均小于10%,证明了本文所提出的数字钻探测定方法的有效性和可行性。该方法实施方便、快捷,可实现现场工程岩体c-φ参数的原位测定。