采矿工程专业材料力学课程教学对应案例分析

材料力学课程是采矿工程专业较重要的专业基础课。收集、整理并讲授与专业相关的教学案例,可以有效提高材料力学课程的教学效果。在科学技术的推动下,中国采矿工程行业蓬勃发展,获得较多优秀成果,同时也有失败的教训。如果将这些成果及教训作为教学案例展示给采矿工程专业大学生,将会使得课堂教学更生动。依据材料力学的章节安排,分别列举与采矿工程专业相关案例,包括:非全长粘结锚杆的轴向拉伸、矿柱的轴向压缩、锚杆托盘的剪切和挤压、巷道穿越断层时的剪切、矿用钻机钻杆的扭转、顶板的固支梁和悬臂梁假说、单轴和三轴压缩条件下岩石的强度理论、掘进机传动轴的组合变形、单体支柱的压杆失稳以及竖井罐笼的坠落事故等,分别对应于材料力学课程各个章节,为授课教师课堂教学提供案例参考。     

基于锚杆轴力实测的综采工作面区段煤柱稳定性分析

为了保障采掘工作的正常接续,实现矿井的高产高效,我国西部矿区综采工作面的区段平巷大多采用双巷掘进方式,巷间区段煤柱先后经历掘进,一次回采及二次回采的扰动影响,矿压显现剧烈。采用锚杆无损检测技术对区段煤柱采动影响区域进行了锚杆轴力实测,进而对区段煤柱锚杆支护体的实时支护状态及其稳定性进行评价,并对区段煤柱超前加固支护设计提出合理建议。研究结果表明,在工作面两端区段平巷里,随测试锚杆距工作面距离增大,锚杆轴力呈先增加至峰值后逐渐减小,直至趋于稳定的总体变化规律;锚杆轴力峰值位置正好对应着区段平巷围岩大量破坏与未破坏的交界区域;通过锚杆轴力变化可以较好地反映工作面前后方的采动影响剧烈范围,为工作面区段平巷超前支护范围及其预防加固措施提供参考依据。     

岩石直剪峰后曲线与抗剪强度参数关系探讨

对多组泥岩、白云岩和灰岩试样进行直剪试验,利用不同法向应力下峰值剪切强度求得其抗剪强度参数(内摩擦角和黏聚力c)。通过对剪应力–剪切位移曲线的进一步分析,发现峰后曲线和抗剪强度参数有以下关系:(1)峰值剪应力与残余剪应力之间的剪应力跌落值近似等于黏聚力c;(2)残余剪应力和法向应力关系可近似用内摩擦角来描述。将2种方法求得的抗剪强度参数进行对比,结果表明:在法向应力满足一定条件时,利用峰后曲线求得的抗剪强度参数可作为岩石的抗剪强度参数的近似值。基于对以上现象的理论分析,提出一种利用峰后曲线计算岩石的抗剪强度参数的近似方法,并给出该近似计算方法的具体计算过程。该方法较直观地解释了岩石直接剪切试验峰后曲线的物理意义。     

盐穴储气库建槽工程实践与顶板极限跨度分析

通过分析金坛盐穴储气库的建槽工程案例,探讨建槽施工中遇到的若干问题,总结经验教训并提出工艺改进方案,进而讨论建槽期工艺设计应考虑的关键问题,阐明确定盐腔顶板极限跨度的必要性,并提出建槽期盐腔顶板极限跨度的确定方法,应用该方法开展基于数值试验的极限跨度分析,获得不同侧溶底角及盐腔高度条件下的盐腔顶板极限跨度,并对其规律进行分析。     

水溶开采盐矿大面积突然沉陷模型与致灾机理

近年来,水溶开采盐矿地表大面积突然沉陷事故屡有发生,引起社会广泛关注.资料表明,上覆岩层在短时间内大面积突然垮塌、塌陷坑轮廓近似为圆形、地表冲出数米高水柱等是事故共同特征.为此,本文构建了2种沉陷模型,分别为上覆岩层整体沉陷的陷落柱模型和松散沉积物沿着通道流入溶腔的漏斗模型.模型参数分析和典型案例表明:1)溶腔内卤水对覆岩底部的浮托力、陷落柱的高度和半径大小、覆岩的岩性和结构等是陷落柱型沉陷发生与否的主要因素;2)联通通道尺寸和地表含水沙土层厚度对漏斗型沉陷的速度和规模具有重要影响;3)卤水顶蚀作用下覆岩的逐层垮塌、关键层的阻隔和卤水压力的突然丢失是沉陷发生的另外几个重要因素.最后,制定了溶腔上部预留盐岩保留层、保持井管密闭性以及严格控制顶板尺寸等预防措施,并给出了预警地表沉陷的几个关键时刻点.     

气液爆轰控制合成多晶纳米二氧化钛

以氢气、氧气和四氯化钛为混合前驱体,通过气液爆轰法合成了多晶纳米二氧化钛.研究了不同摩尔比例的前驱体和初始反应压力对纳米二氧化钛晶相结构的影响.采用X射线衍射及透射电子显微镜对产物的纳米结构、成分、颗粒大小和形态进行了表征.结果 表明:获得的二氧化钛存在纯净的锐钛矿相、纯净的金红石相和混合相,其中混合相的球形或者类球形...     

采动矿压与锚杆轴力变化关系的实测研究

采用锚杆轴力无损检测技术,对采动影响区域锚杆轴力随工作面推进变化情况进行了大量现场测试,发现锚杆轴力变化与采场超前支承压力分布具有明显的对应关系。以淮南某矿回采工作面运输平巷锚杆轴力实测数据为例,检测结果表明：在距采煤工作面0~20 m范围内,受采动影响严重,锚杆轴力变化较大;在距工作面5 m范围之内,存在支承压力减压区,此区域内锚杆轴力降低;在距工作面5~20 m范围内,对应着支承压力增压区,此区域内锚杆轴力增加,且锚杆轴力峰值位于距工作面煤壁10 m左右;在20 m以外区域,受采动影响较小,对应着支承压力稳压区,此区域内锚杆轴力变化不大。在基本顶断裂后,位于减压区内的顶板锚杆轴力急剧下降,同时,位于增压区内的锚杆轴力峰值明显下降且位置向前发生跳跃前进。研究结果表明,采动支承压力分布与锚杆轴力变化存在良好的对应关系,基本顶断裂可在锚杆轴力动态响应上得到有效体现。     

土木工程专业材料力学课程教学典型案例分析

在材料力学的教学中,案例教学是一种行之有效的方法,可以激发学生学习的兴趣和主动性。当今主流的材料力学教材均以机械相关的结构或构件为教学背景,很少涉及土木工程案例。历史悠久的土木工程学科,拥有众多的建设成就,也存在众多的失败案例。如果作为教学案例展示给土木工程专业的学生,不仅可以让材料力学的课程教学充满活力,还可使学生更快接触专业知识。依据材料力学课程安排,列举了与土木工程相关的几个典型案例,分别对应材料力学课程中的相关章节,可为课堂教学提供参考。     

软硬互层盐岩变形破损物理模拟试验研究

 针对我国盐岩地层的地质赋存特征,开展一系列物理模拟试验,探讨倾角、夹层和界面对软硬互层盐岩变形破损的影响规律。试验结果及理论分析表明：(1) 软硬互层盐岩的单轴抗压强度随倾角变化呈两边高、中间低的U形变化规律。(2) 软硬互层盐岩的破坏模式：层面倾角θ＜30°时,为脆性硬夹层主控的整体破坏;45°＜θ＜75°时,为弱夹层或弱界面主控的剪切滑移破坏;85°＜θ＜90°时,为硬夹层劈裂破坏,局部弱夹层剪切破坏。(3) 沿弱夹层和弱界面的剪切滑移破坏是软硬互层盐岩单轴抗压强度呈现U形变化规律的内在原因。因此,设定储气库的运行压力时,需要着重考虑腔壁肩部和腰部弱夹层和界面的抗剪强度,防止其达到破坏强度而导致腔体破损,从而避免因气体泄漏而引发事故。     

煤层厚度与层间岩性对上保护层开采效果的影响研究

采用数值分析的方法,建立了保护煤层开采厚度、被保护煤层赋存厚度及层间岩性对上保护层开采保护效果影响的计算模型。结果表明,当上保护煤层开采厚度增加但小于下部被保护煤层赋存厚度,或者上保护煤层开采厚度不变而被保护煤层赋存厚度增加时,保护效果逐渐增加;但当上保护煤层开采厚度大于被保护煤层赋存厚度时,保护效果基本一致。同时,当上保护煤层与下部被保护煤层间的岩层岩性越硬时,被保护煤层煤体单元的塑性变形量和应力减小量越小,保护效果越差。在实体煤岩内,岩性差异大的区域内水平应力降也较大。采空区下方不均衡分布的垂直应力的垂向挤压与水平应力的横向剪切作用,是底板煤岩体单元发生偏心失稳进而产生塑性变形和破坏的重要原因。