我国冲击地压分布、类型、机理及防治研究

在对我国冲击地压分布状况进行研究的基础上，将冲击地压分为煤体压缩型、顶板断裂型和断层错动型等三种基本类型，并分别研究其发生机理，提出了通过煤层注水、卸压爆破、机械振动致生岩体裂隙改变煤体性质防治煤体压缩型冲击地压，通过开采解放层、本层煤解放的高压水射流钻孔割缝、留设煤柱改变顶板运动规律防治顶板断裂型冲击地压，通过限制断层移动防治断层错动型冲击地压等有针对性的治理措施。     

地应力分布对冲击地压影响分析与模拟研究

目前我国许多矿井随着开采深度的增加,由地应力引发冲击地压事故的危险性愈来愈大,现已成为我国矿山亟待深入研究的重大课题。本文将结合国内某矿区煤矿开采的实际情况,通过区域地应力构造地质分析、矿区地应力实测、地应力场有限元回归反演,基于实测地应力结果的三维数值分析计算等研究方法,掌握整个矿区的地应力分布规律,进一步揭示地应力与冲击地压的关系及影响程度,为建立岩体力学模型和进行岩石力学计算提供地应力参数,在保证巷道围岩稳定的情况下,提高巷道施工速度,降低巷道施工成本,促进矿井安全高效生产,推进煤炭行业的健康发展。     

阜新矿区深部高瓦斯矿井冲击地压研究

阜新矿区冲击地压的特点是发生冲击地压事故的区域地质构造复杂、深部开采、瓦斯含量高且瓦斯压力大，煤层及其顶底板积聚了大量的弹性势能，当煤体受到采掘活动的扰动时，弹性势能释放而发生冲击地压。进入深部开采后，冲击地压开始频繁发生，说明大采深是冲击地压发生的直接原冈。对于高瓦斯矿井，为避免瓦斯灾害而加大瓦斯抽放量，使煤层中大量瓦斯经解吸、渗流而排出，改变了煤体的物理力学性质，造成由瓦斯灾害向冲击地压事故的转变，冲击地压的频度和强度均明显增加。控制瓦斯抽放量可达到既降低瓦斯突出危险又避免冲击地压发生的目的。在有冲击地压危险倾向的采区，采用煤层注水措施，改善因瓦斯抽放造成的煤体脆性度增加的状况，可以降低冲击地压危险。     

上保护层煤柱引发被保护层冲击机理研究

长城一矿和峻德煤矿所发生的由保护层煤柱引发冲击的案例表明,保护层煤柱影响范围内仍属高应力区,且工作面上方都存在坚硬的顶板。通过分析两起事故中被保护层煤体的赋存条件,探究发生此类冲击的影响因素。研究表明,典型的保护层煤柱诱发冲击主要有以下两种情况:(1)大采深小层间距下,以"高静应力为主,低动应力诱发"型冲击;(2)中等采深大层间距下,以"高动应力为主、低静应力诱发"型冲击。静力系由煤柱传递的应力和层间岩体的自重应力以及保护层采空区的残余支承压力组成,动力系主要是本煤层已开采工作面形成的侧向支承压力。建立了判断发生冲击地压的评估方法,为此类矿井的开采提供理论依据。并提出了工作面位置设计、合理布置巷道、预前卸压、加强监测的防治措施。     

“两硬”条件下孤岛型短煤柱工作面顶板破断形态及灾害防治分析

"两硬"条件下孤岛型短煤柱工作面所采煤层应力高度集中,顶板边界条件复杂,多次采动影响容易引起顶板扰动型围岩动力破坏。为提高该类采场围岩控制效果,采用现场实测、理论分析等研究方法分析坚硬顶板破断形态、工作面矿压显现形式及引发围岩动力破坏的原因。结果表明:孤岛型短煤柱工作面坚硬基本顶发生II类"O-X"破断,仅弧形三角岩板影响工作面矿压显现强度,来压时煤体承受载荷组合形式为高静载、低动载,工作面异常矿压现象以临空侧浅部煤体局部动力破坏为主,不会发生大范围、高危害程度的冲击地压灾害;高储能系数坚硬顶板动力破断引发的冲击载荷经未破碎坚硬顶煤有效传递至下位煤层、侧向顶板结构失稳及高推进速度造成的煤体水平应力快速卸载均可能引发短煤柱工作面煤体动力破坏;基于浅部煤体动力破坏发生机制提出孤岛型短煤柱工作面"坚硬顶煤注水预裂"+"增加割煤高度降低推进速度"+"提高超前支架额定阻力和扩大超前支护范围"的综合防治措施,可有效提高坚硬顶板控制效果,减少煤体动力破坏现象的发生。     

冲击地压机制的细观实验研究

在国内外现有研究成果的基础上，总结冲击地压发生特征，结合我国最新冲击地压案例，分析冲击地压的诱发因素。基于非平衡态热力学和耗散结构理论，阐述冲击地压孕育过程中“煤体-围岩”系统内能量集聚及耗散特征：同时，研究煤体细观结构参数及有机组分分布等因素与煤体冲击倾向性的内在关系。通过煤样断裂过程的细观实验，探讨煤岩体在采动等外界因素影响下内部微裂纹快速成核、贯通、扩展进而诱发煤体整体失稳的机制。     

煤矿常见隐蔽致灾因素及其探查技术分析

煤矿隐蔽致灾因素是影响当前煤矿安全生产和生产效率的主要因素之一,查明影响煤矿安全生产的各种隐蔽致灾因素是煤矿地质工作的主要任务,也是保证煤矿安全生产的关键。通过对煤矿隐蔽致灾特点、灾害分布以及常用探查方法技术的分析,发现:煤矿隐蔽致灾因素具有极强的隐蔽性、时变性、突发性,但在宏观上具有一定的区域性和继承性,进行排查时必须全面收集区域致灾因素资料,综合考虑。采空区积水、底板突水、煤与瓦斯突出、顶板冒落、冲击地压是煤矿较为常见的五种致灾因素。其中,采空区积水主要发生在在掘进工作面,底板突水是由断裂构造引发,地质构造、煤层赋存条件、应力集中是煤与瓦斯突出常见致灾因素。支护系统不合理是顶板冒落事故的常见原因。岩性条件、地质构造、工作面“见方”和煤柱应力集中是煤矿冲击地压发生的常见原因。地面调查-物探先行-化探跟进-钻探验证-综合探测是煤矿隐蔽致灾因素的常见探查方法。其中调查主要用来定性和半定量判断,地面物探和井下物探是隐蔽致灾最常用的探查手段,前者主要在矿井建设过程中,后者主要为煤矿安全生产服务。化探和钻探主要用于对物探结果进行验证。     

华丰煤矿煤柱冲击地压发生规律及防治

煤矿冲击地压是世界采煤国家面临的共同难题，介绍了华丰煤矿煤岩体的地质条件和历年冲击地压的发生情况，描述了华丰煤矿发生的几次煤柱冲击地压的过程，分析了冲击原因和冲击特征，提出了在巷道掘进期间和工作面回采期间防治煤柱冲击地压的措施，并在现场应用中取得了较好的效果。     

特厚煤层掘进工作面冲击地压综合监测预警技术研究

以近年来特厚煤层掘进工作面冲击地压事故为工程背景,通过事故现场勘查对其发生冲击地压的机理进行研究,提出了基于围岩动态结构演化的掘进工作面冲击地压事故分区:即迎头区、塑性圈动态演化区、塑性圈稳定区。通过研究各区域冲击地压发生机理和可监测特征,提出了采用"围岩震动、围岩应力动态、锚杆锚索支护力和煤体钻屑量"进行四位一体的监测预警特厚煤层掘进面冲击地压实时危险性的学术思想,并通过现场实践得出了工程上监测预警特厚煤层掘进工作面冲击危险性的方法和指标。将研究成果分别应用于陕西、河南等矿区特厚煤层工作面掘进期间的冲击地压监测预警,有效预警了掘进期间的冲击危险并及时采取了卸压解危措施,保证了工作面的安全开采。     

深井突水诱发静压冲击机制研究

冲击地压发生的根源是围岩支承压力分布规律的改变,以郓城煤矿1301工作面为工程背景,为研究冲击区域受采动影响较小的情况下,冲击发生的根源,采用理论分析、现场检测、工程试验等方法研究水仓围岩应力的分布规律及岩性的改变,研究内容为:(1)新型冲击地压类型"静压冲击",以及"静压冲击"发生的机制;(2)水仓围岩应力的分布规律;(3)通过煤岩体浸水试验揭示水仓周围煤岩体浸水一个月岩性发生的变化。从而揭示了郓城煤矿1301工作面"1·8"事故演化的过程:水仓煤柱失效,顶板由"θ"型结构向"O"型结构转变,水仓围岩应力重新分布,再加上煤岩体浸水导致煤岩体岩性特别是煤岩体的单轴抗压强度由原来的16.7MPa降低为10.63MPa,进而得出郓城煤矿1301工作面"1·8"事故发生的根源,该方法对于类似条件工作面的防冲具有重要的参考意义。     

Effizienzsteigerung von Textilbeton durch Einsatz textiler Bewehrungen nach dem erweiterten Nähwirkverfahren

Textilbeton ist ein neuer, effektiver und sehr innovativer Baustoff zur Verstärkung von Tragwerken. Im Rahmen der laufenden Forschung stehen die weitere Verbesserung des Verstärkungsverfahrens und die stetige Weiterentwicklung der Faser‐Matrix Kombination im Mittelpunkt der Untersuchungen. Aufgrund der hohen Garnzugfestigkeiten sind bei Verwendung textiler Bewehrungen aus Carbon sehr effektive Verstärkungen herstellbar. Bei ungünstiger Konfiguration der textilen Bewehrungen können jedoch verbund‐ und festigkeitsschädigende Rissbildungen innerhalb zugbeanspruchter Textilbetonbauteile auftreten. Diese Rissbildungseffekte werden in Abhängigkeit von der Belastung maßgeblich durch die wirkenden Verbundkräfte und die verarbeitungsbedingte Garnwelligkeit beeinflusst. Dabei ist die Gefahr eines Verbundversagens durch Delamination besonders in den Bereichen der Lasteinleitung in die textile Bewehrung, wie z. B. Endverankerungen und Übergreifungsstößen, kritisch. Dies führt zu einer Reduzierung der nutzbaren Zugtragfähigkeit der textilen Bewehrung im Gesamtbauteil. Um die Effizienz der textilen Bewehrung zu erhöhen, wurde daher ein verbessertes Textilherstellungsverfahren auf Basis der Nähwirktechnik entwickelt. Dadurch wird die ungünstig wirkende Garnwelligkeit deutlich reduziert. Der vorliegende Aufsatz beschreibt vergleichende Untersuchungen der Verbund‐ und Festigkeitseigenschaften zugbeanspruchter Textilbetonbauteile. Die Ergebnisse zeigen, dass mit der Entwicklung des erweiterten Nähwirkprozesses ein maßgeblicher Schritt im Hinblick auf eine weitere Verbesserung der Eigenschaften des Textilbetons erreicht werden konnte. Efficiency Increase of Textile Reinforced Concrete by Use of Textile Reinforcements from the Extended Warp Knitting Process The composite material textile reinforced concrete (TRC) is a new, effective and very innovative method for the strengthening of load bearing structures. Apart from further improvements to the strengthening methods, a continual further development of the fibre‐matrix combination is at the centre of ongoing research. Due to the high tensile strengths of textile reinforcements made of carbon, it enables very effective strengthening of concrete constructions. However, if the textile fabrics are unfavourably configured, bond and strength damaging crack formations within TRC members can occur. Depending on the load, these crack formation effects are substantially influenced by the bond and the size of yarn undulation, which depends on the processing of the fabric. The danger of bond failure by delamination, which particularly occurs in areas of concentrated load introduction into the textile reinforcement, such as final anchorages and overlaps, is especially critical. It results in a reduction of the usable tensile load bearing capacity in the entire member. For this reason, an improved textile manufacturing method based on warp knitting technology was developed. By means of this method, yarn undulation can be reduced considerably. The article on hand describes comparative examinations of the bond and strength properties of tensile loaded TRC elements. The results show that the development of the extended warp knitting process was a substantial step toward a further improvement of the properties of TRC.     

Feuchtesensoren in der Bauwerksüberwachung

Die Bestimmung des Wassergehalts und insbesondere der orts‐ und zeitabhängigen Feuchteverteilung in Baustoffen hat in der Forschung, Baustoffentwicklung, Bauwerksdiagnose und Bauwerksüberwachung einen besonderen Stellenwert. Bei der Untersuchung von Schadensursachen muss an Bauwerken in der Regel die Baustofffeuchte mit bewertet werden, da sowohl wesentliche Baustoffeigenschaften als auch die Dauerhaftigkeit von Bauwerken in entscheidendem Maße von deren Wassergehalt abhängig sind. In jüngster Zeit werden Feuchtesensoren eingesetzt, um die Funktionsfähigkeit und Dauerhaftigkeit von Instandsetzungs‐ bzw. Schutzmaßnahmen zu kontrollieren. Dies soll es dem Bauherrn ermöglichen, rechtzeitig Maßnahmen einleiten zu können, bevor Schäden infolge von Wasser‐ bzw. Chloridzutritt auftreten können. Condition Assessment with Moisture Sensors The determination of the water content in construction materials and in particular with regard to its depth and time dependent distribution is of high interest in the area of research, material development and condition assessment of structures. The assessment of the reason of damages mostly require to regard the moisture content of structures, because the moisture content basically affects material properties and the durability of structures. Recently moisture sensors have been used to control the functionality and durability of repair and protection measures. This enables the owner to carry out accurately timed measures to prevent damages due to the ingress of water and chlorides.     

Umlagerungsverhalten von Plattentragwerken aus Stahlfaserbeton

Das Tragverhalten von Platten aus Stahlfaserbeton ist von starker Nichtlinearität durch Rissbildung und großen traglaststeigernden Umlagerungen geprägt. Für ihre Berechnung und Bemessung wird ein nichtlineares Verfahren vorgestellt. Es basiert auf einer elasto‐plastischen Schädigungsbeschreibung des Faserbetons mit eingebetteter Betonstahlbewehrung und einer Finite Elemente Diskretisierung des Stabstahls und der Platte mit regularisierter Verschmierung der Rissbildung im Elementnetz. Das Verfahren wird an einer punktgestützen Stahlfaserbetonplatte eines Großversuchs angewendet und verglichen mit anderen gängigen Methoden, nämlich einer linear‐elastischen Schnittgrößenermittlung bzw. der Bruchlinientheorie. Zur Bemessung erweist es sich als sehr geeignet, allerdings – ähnlich den beiden anderen Verfahren – abhängig von der angenommen Rissbildung, der Nachrisszugfestigkeit und geometrischen Größen. Redistribution Effects of Steel Fibre Reinforced Concrete Slabs Numerical Computation and Design The bearing behaviour of steel fibre reinforced concrete (SFRC) slabs is mainly affected by nonlinearity due to cracking and redistribution effects leading to an increased bearing capacity. A nonlinear approach for structural analysis and design of such structures is presented. It is based on an elasto‐plastic damage theory to model material behaviour of SFRC and allows for additional embedded rebars. By adopting a finite element discretisation of the slab structure a regulated smeared modelling of cracking is achieved. Further the nonlinear model is applied to a full scale test of a SFRC flat slab structure and results are compared to alternative already well established methods, namely a linear elastic analysis and the yield line theory. The proposed method is proven to be very suitable for design but – alike the alternatives – depends on assumed crack patterns, residual tensile strength of the SFRC and geometrical parameters.     

Beurteilung des Tragverhaltens von Spannbetonbrücken mit spannungsrisskorrosionsgefährdetem Spannstahl

Die Beurteilung des Tragverhaltens von Spannbetonbrücken, die in den 1960er und 1970er Jahren in Deutschland und Österreich gebaut wurden und für deren Herstellung vergütete Spannstähle Verwendung fanden, ist seit vielen Jahren Gegenstand der Forschung mit starkem Praxisbezug. Im vorliegenden Beitrag werden nach einer theoretischen Erläuterung des Tragverhaltens die praxisrelevanten Fragestellungen wie das Vorgehen bei der Beurteilung sowie weiterführende Untersuchungen erörtert. Zudem werden aktuelle Entwicklungen in der Forschung zur Beurteilung von gefährdeten Spannbetonbrücken aufgezeigt und diskutiert. Assessment of Load Bearing Behaviour of Post‐Tensioned Concrete Bridges Equipped with Prestressing Steel Susceptible to Stress Corrosion Cracking Basics, Practical Application and Current Developments Due to extending lifetime of infrastructure in general and posttensioned concrete bridges in particular the importance of durability aspects increases. Especially older prestressed bridges built in the 1960s and 1970s in Germany and Austria are subject of these investigations. Some of these post‐tensioned concrete bridges consist of quenched and tempered prestressing wires with high susceptibility to stress corrosion cracking as we know nowadays. This article deals with recalculation, assessment and evaluating methods for post‐tensioned concrete bridges including further analytic for endangered bridges. The procedure is shown by an example of an existing multi girder bridge and furthermore, future prospects are given.