冲击地压高应力回采巷道支护改革技术的研究与应用

通过改变传统巷道支护理念,优化巷道支护方式和工艺,解决冲击区域高应力与强卸压大蠕变巷道的主动支护技术难题,规范巷道支护材料、施工机具和巷道支护效果监测,降低巷道翻修率,保障矿井采掘接替正常,为巷道支护提供参考和理论依据,同时进一步完善冲击区域煤层开采巷道支护技术,也为煤炭资源的开采最大化和经济效益最大化提供科学依据和技术保障。     

垂直矩形窄通道启动过程壁温变化特性研究

以去离子水为介质，对竖直矩形窄通道在启动过程中壁面温度的变化规律进行了研究。将一次启动与二次启动时壁面温度的变化特性进行了对比，并改变入口温度，研究了入口温度对启动壁面温度的影响。结果表明：一次启动时壁面温度经过三个阶段，即急剧上升阶段、缓慢升高阶段、缓慢上升至最高壁面温度后又缓慢降至稳态饱和沸腾阶段；二次启动时产生的沸腾滞后现象较一次启动时明显；提高入口温度可增加饱和沸腾段，减少壁面温度的波动，在一定程度上可避免壁面温度过冲对换热器的损坏。     

水力旋冲钻井工具破岩影响因素模拟及应用

常规的冲击钻井工具不能满足井眼轨迹控制要求、使用寿命有限、缓解脱压不显著等问题,影响了在定向井钻井中的推广应用。建立ø215.9 mm PDC钻头和岩石的有限元模型,分析钻井参数对破岩效率的影响规律,结果表明:冲击频率为17.5 Hz和35 Hz时,破岩效率最优; 破岩效率随钻压增大而增加,而后变化逐渐平缓; 破岩效率随钻头转速增大而增加; 破岩效率随冲击载荷的增加变化平缓。据此研制了新型水力旋冲钻井工具。现场试验表明,该工具符合定向水平井“一趟钻”工艺要求,使机械钻速提高56%,使用寿命达150 h,MWD信号正常。     

垂直冲击试验机的研制

为满足简便检测塑料产品抗冲击强度的需求,研制了垂直冲击试验机。对垂直冲击试验机的结构进行了设计,基于力学原理进行了受力计算,并对工作原理与相对基准设定问题进行了分析。介绍了垂直冲击试验机的操作方法,并进行了规格校验。     

冲击地压应力波作用机理

针对动载扰动下大型冲击地压的发生及演化过程难题,分析了采场动载应力波的产生机制,研究了动载应力波与静载耦合作用下煤岩体冲击破坏规律,从应力波的产生、传播与致灾过程详细解释了大型冲击地压演化机理。研究结果表明,采场高位坚硬顶板断裂与深部应力集中区煤体破断所产生的动载应力波幅值随着煤岩体强度增大而升高,应力波持续时间随着破断尺度增大而增大,说明在煤矿开采过程中,顶板或煤体强度越高、破断尺度越大,越容易产生大能量的动载应力波;动静载耦合冲击破坏实验结果证实,高静载、高动载应力波、静载与应力波耦合加载条件均能使煤岩体发生冲击破坏,且随着轴向静载的增大,试样发生冲击破坏所需的临界动载应力波强度先增大后减小,其上升段与下降段的分界点约为单轴抗压强度的50%。当静载达到该临界点时,煤体发生冲击破坏所需的动载应力波强度急剧减小,说明高地应力环境煤岩体受到动载应力波的影响更为显著;现场大尺度模拟分析表明,动载应力波作用下,采场煤岩体塑性破坏区范围逐渐增加并主要集中在巷道两侧,且随着应力波幅值和持续时间增加,塑性破坏区范围不断扩大;研究提出了冲击地压应力波作用机理:动载扰动下冲击地压是静载、动载应力波与煤岩体结构耦合作用的结果,采场煤岩体大尺度破断产生高能量动载应力波,应力波与地应力耦合作用导致采掘空间围岩发生大范围破坏,最终形成冲击地压灾害。     

激光冲击喷丸对2195铝锂合金组织结构及抗应力腐蚀性能的影响

研究了激光冲击喷丸(LSP)对2195铝锂合金组织结构及抗应力腐蚀性能的影响。研究结果表明激光冲击处理后,2195铝锂合金表层晶粒细化到纳米量级,多次冲击能使表层晶粒进一步细化。残余应力测试结果表明激光冲击喷丸能够引入残余压应力,多次冲击后残余压应力数值更大。此外,应力腐蚀实验结果表明激光冲击喷丸能够有效提升2195铝锂合金的抗应力腐蚀性能。在应力腐蚀环境中,激光冲击喷丸诱生的表层残余压应力和晶粒细化层能够阻碍裂纹的萌生和扩展,防止应力腐蚀断裂。     

六边形形状记忆合金蜂窝材料面内变形特性的研究

采用数值模拟方法建立六边形蜂窝材料模型,以形状记忆合金作为基体材料,研究了六边形形状记忆合金蜂窝材料在面内冲击载荷作用下的变形响应特性。重点讨论了冲击速度和温度对变形模式的影响。研究结果表明,在低速和中速冲击条件下,六边形形状记忆合金蜂窝材料表现出均匀的变形模式,温度对六边形形状记忆合金蜂窝材料变形模式的影响可以忽略。