干、湿喷混凝土受载力学特性及破坏机制

目前湿喷混凝土正逐步取代干喷混凝土,但相关支护机理及设计依据缺乏研究。为了探究湿喷混凝土的力学特性与破坏机制,基于干、湿喷混凝土的力学试验,采用声发射(AE)装置监测试样的单轴抗压、轴心抗压及巴西劈裂失稳的全过程。获得了试样破坏全过程的声发射能量、撞击数等数据,以及试样破坏点出现的时空特征。根据试验结果,探究干、湿喷混凝土的破坏机制,对比分析了两者不同龄期下的单轴抗压强度、轴心抗压强度和劈裂抗拉强度,并进一步研究了两者AE参数中的应力、撞击数、能量与应变4者之间的关系,通过AE试件定位结果定量分析损伤变量与应变之间的关系,建立干、湿喷混凝土损伤变量的本构模型。结果表明:相对于干喷混凝土,湿喷混凝土的早期和长期力学性能均有显著的提升,且均质性也明显提高。以AE能量表示的损伤变量随应变的增加而增大,在各自特定的应变下试样内部裂纹均开始逐步贯通,但在达到峰值应变前湿喷混凝土损伤变量的增长率较为缓慢,而在达到峰值应变后增长率则较快。通过对比干、湿喷混凝土的试验曲线和计算曲线,表明该本构模型可以适用于干、湿喷混凝土破裂能量的损伤比较。     

采场坚硬顶板沿空巷旁柔性充填留巷试验研究

为了实现坚硬直接顶板条件下沿空巷旁柔性充填体(充填矸石)承载留巷,试验得到了袋装矸石体的单轴压缩特征,结合建立的留巷巷旁侧向覆岩结构模型,定量计算了覆岩运动对巷旁充填体的静载荷;采用动力学的方法研究了顶板结构模型的动力效应,定量计算了动载荷,由此设计充填宽度为2 m时,充填体静载荷为816 kN/m,灰岩在煤壁附近断裂时的动载荷为257.3kN/m,柔性充填体能够满足覆岩静、动载荷支护要求.     

基于系统优化的湿喷工艺在煤矿中的运用

湿喷工艺是将一定配合比的骨料经过各种湿喷机械搅拌并从喷嘴喷射到受喷体上的方法,能克服干喷混凝土的初期强度低,回弹率较大,现场工作环境粉尘多等技术难题,但我国大多数湿喷采用半机械化作业,人工加料和水等,同时,一套完整连续的湿喷装备也不适合我国煤矿井底狭小的空间使用。针对此问题,通过试验室骨料配合比试验,研究了适合优化系统的湿喷混凝土添加剂;通过湿喷装备优化设计,初步实现了湿喷工艺全程机械化定量优化;最后,经过现场观测和取样分析,结果表明优化湿喷系统的巷道施工快速,湿喷混凝土反弹率低,作业空间粉尘浓度大大降低,同时测试现场湿喷形成的岩块力学性能普遍提升,研究成果可以在类似条件下推广运用。     

矸石粒径对矸石混凝土性能影响的研究及运用

矸石混凝土是指以煤矿井下生产产生的废弃矸石为骨料,通过破碎、分级和配合比加工而成的混凝土,矸石作为骨料的混凝土与传统骨料制作的混凝土有比较明显的区别,通过试验室力学试验测试和PFC数值分析双种手段研究得出,骨料最大粒径在12 mm以内时,制作的矸石混凝土早期强度高,后期强度发展也较明显,通过工业试验,进一步验证了此种骨料粒径下的矸石混凝土满足沿空留巷强度要求,同时密闭性强,研究结果可以在类似条件下推广应用。     

湿喷混凝土力学性能试验分析及高应力巷道支护应用

针对目前煤矿深井巷道干喷混凝土易开裂、掉渣问题,结合高应力巷道支护结构高强、高韧的要求,开展湿喷混凝土力学性能试验及工程应用研究.首先对于、湿喷混凝土材料进行了对比,选择了适宜高应力巷道支护的喷混凝土材料,然后通过对比试验,研究试验室配置以及现场喷射干、湿喷混凝土之间的力学性能差异,结果表明:相对于干喷混凝土,湿喷混凝土的抗压、抗拉、抗折、黏结强度都得到显著提高,且第一天强度提高尤其明显,对避免混凝土体开裂、掉渣非常有效.最后经过一段时间试验巷道的观测,干喷混凝土巷道已经出现开裂,而湿喷混凝土巷道依然完好,取得了良好的支护效果.     

矸石充填沿空留巷技术的应用

该文介绍了采用矸石充填采空区的技术进行沿空留巷。采用这种方法后不仅解决了沿空留巷问题,而且保证了矸石在井下的利用和减少了地面下沉。有效的减少了煤炭开采过程中对当地环境的影响,为煤矿的绿色开采积累了宝贵的经验。     

干、湿喷混凝土和湿喷仿钢纤维混凝土强度性能比较分析

针对干、湿喷混凝土支护强度低、黏结强度低与韧性差等问题,对干、湿喷混凝土与湿喷仿钢纤维进行强度试验及柔韧性分析,并将其与干、湿喷混凝土强度与柔韧性进行对比。采用试验的方法,利用RMT力学试验机对干喷、湿喷混凝土及湿喷仿钢纤维混凝土从抗压强度、抗拉强度及抗折强度三方面力学性能进行试验,通过对试验数据的分析,可以得出湿喷仿钢纤维混凝土力学性能优于湿喷混凝土、湿喷混凝土优于干喷混凝土;其中仿钢纤维的掺入使得混凝土的力学性能大幅增强,相较于干喷混凝土抗压强度提升86.3%、抗拉强度提升85.9%、抗折强度提升132.9%;相较于湿喷混凝土抗压强度提升25.8%、抗拉强度提升24.5%、抗折强度提升45.8%;其柔韧性与抗裂性经折压比比较可知有所提高。     

陷落柱及其周边地应力分布研究

通过分析陷落柱柱与周边岩层的相互作用关系,运用弹塑性理论,分析了陷落柱柱体及其周边的应力分布;并采用大型有限元软件ANSYS对陷落柱及其周边的应力分布进行了模拟计算。两者结果吻合,表明陷落柱及其周边存在应力异常。     

综放采场外错布置区段巷道减冲机理与关键技术

针对宽、窄、无煤柱区段巷道防冲存在的问题,提出了沿空巷道外错合理位态减冲设计方法。通过建立覆岩结构模型、底板梁-柱模型,结合现场实测等,分析“应力场特征-减冲”关系、“卸压保护空间尺度-减冲”关系,揭示了外错布置减冲机理。研究成果在华丰煤矿埋深超千米综放采场实施,确定了外错布置沿空区段巷道的合理位态,同步构建了兼顾顶板治理、支护结构减冲、易发火控制、高效掘进及开采、合理验证与预警的系统关键技术,解决了以往沿空巷道防冲难度大、变形大难以控制、难以实现无煤柱开采等相关工程问题。     

特厚硬煤层综放开采合理区段煤柱尺寸研究

 水帘洞煤矿3801综放工作面地质条件极其复杂,合理确定区段煤柱是实际遇到的工程难题。通过采场前后方侧向应力场与位移场在线观测,获得了综放沿空实体煤侧向应力分布规律及变形情况;通过数值模拟得到了不同煤柱尺寸沿空实体煤侧向应力分布变化规律。综合分析得到了合理煤柱留设尺寸,为彬长矿区同煤系特厚硬煤层综放开采确定合理煤柱尺寸提供了科学依据。