含预制裂隙类岩石裂隙演化与破裂特征的试验研究

裂隙岩体是自然界中普遍存在的工程岩体,在外力作用下易引起岩体结构破坏失稳而诱发工程故事。为此,基于相似理论制作了含十字交叉裂隙的类岩石试样,利用RMT-150B岩石力学试验机,对含有不同裂隙长度和裂隙倾角的类岩石试样进行单轴压缩试验,分析其裂隙演化规律和破裂特征。研究结果表明:含预制裂隙试样的抗压强度明显低于完整试块;当主裂隙长度一定时,裂隙岩样的峰值应力随次裂隙长度的增大而降低;当裂隙倾角为0°和60°时,裂隙岩样表现为拉伸型翼形裂纹的破坏形式;当裂隙倾角为30°和45°时,裂隙岩样表现为拉剪混合型裂纹的破坏形式,既有翼形裂纹,又有次生共面裂纹。     

采场围岩变形与破坏监测技术研究进展及展望

深部煤炭资源开发面临更多复杂、多变、高难的开采地质问题,采场围岩形态结构是矿井安全生产的重要评价指标之一,开展采场围岩变形与破坏测是判别矿井隐蔽致灾地质问题的重要技术保障。在煤炭工业快速发展的近20余年时间里,围岩体形变监测技术取得了长足的进步,基于矿山采场围岩体变形与破坏的影响因素,按照监测形式对监测技术进行了划分,归纳了当前用于矿山采场围岩变形与破坏监测的钻孔测试技术、地球物理探测技术、光纤监测技术及其他测量技术及其特点,结合煤层顶底板、巷道两帮空间监测的工程应用实例,介绍了不同监测技术的主要进展、优缺点以及适用性,讨论了探测技术的革新趋势和未来矿井安全生产中采场围岩变形与破坏监测技术的发展方向。同时,也认识到现有监测技术虽然已取得显著的监测效果,但是仍不能够满足矿井现代化、智能化生产需要。对于监测技术的进步而言,既需要技术装备的不断优化,更是要跨学科、跨专业科学技术理论的完善与更新。在当前地学大数据、云计算、人工智能新一轮科技创新基础上,今后采场围岩变形与破坏的监测技术必然向多元化、多参数、智慧化、全程监控的方向发展,监测方式也将不断地向可视化、动态化的监测预警模式过渡,融合监测技术发挥多参数的作用将越来越重要。     

微形电机机壳16工步连续级进弯曲模结构设计

针对微形电机机壳采用板料卷圆生产的工艺要求,设计了一种7工位连续冲裁、6工位连续弯曲冲裁、单工位落料的16工步的360°卷圆成形连续级进模。模具整体工序包括连续冲裁、连续弯曲冲裁和冲裁落料3道工序。针对壳件的成形特征,采用1个工位冲出定位孔,6个工位对壳体上的9个特征进行连续冲裁成形及倒角成形;针对壳件的弯曲成形,采用6个工位对冲裁壳体进行连续弯曲成形,工步中设置了3个弯曲成形机构,分别为仿形凹模机构、楔紧块驱动的双侧滑块挤压弯曲机构及接口压入成形机构,来实现壳件的360°卷圆成形;为保证后续弯曲工步载料及内圆成形,将内圆成形件设计成一种可以跟随弯曲凹模做小距离的向上浮动的成形构件。最终成形的壳件由单冲头落料,并由气缸驱动的接件圆柱进行接料转移。模具结构整体布局设计简单合理,机构设置巧妙,可为同类壳件的生产提供有益借鉴。     

深部煤层非充分采动下覆岩裂隙场可视化探测研究

覆岩采动裂隙分布规律与导水裂隙带高度的探测是煤矿安全开采研究的热点问题之一,对矿井水害防治与瓦斯治理具有重要作用,为获得深埋煤层在非充分采动下覆岩裂隙场分布特征及导水裂隙带的发育高度,以济宁煤田某矿为试验矿井,采用传统经验公式、钻孔冲洗液漏失量观测及钻孔电视观测3种方法,进行了理论计算、定量探测和定性分析。探测结果表明:缓倾斜煤层平均倾角6°、埋深538～595 m、条带式非充分采动下,导水裂隙带高度66.0 m,为采高的23.6倍;垮落带高度8.45 m,为采高3.02倍;覆岩采动裂隙主要为NEE向斜裂缝形式,发育在垮落带与裂隙带下部,主要发育范围为采空区底板以上约33.55 m,约为采高的12倍,占导水裂隙带高度的50.8%;采动覆岩裂隙在裂隙带表现出明显的分层性,裂隙带上部裂隙发育强度与宽度有限,虽具有水文意义,但对采空区地表残余变形影响较小;裂隙带下部裂隙发育强烈,存在多处离层,对地下水渗流和采空区地表残余变形均存在一定程度影响;对比分析表明,3种方法在精度上存在较大差异,钻孔彩色电视观测效果最优,可精确探测岩体内部裂隙分布及其产状;钻孔冲洗液漏失量观测效果次之,可以获得较为精确的数据;传统经验公式精度最差,仅能确定大致范围。     

采场三维充水结构地质建模及动态可视化实现

为了精细刻画采场水文地质结构和跟踪充水要素的动态变化信息,提高矿井水害监测预警技术水平,笔者提出了三维充水结构可视化概念。三维充水结构由静态模型和动态可视化模型组成,静态模型是实体模型,动态可视化模型是在静态模型基础上嵌套充水水源和充水通道时空变化信息的可视化模型。静态模型依据地质、物探、水文地质等勘探数据,在三维开源几何内核Open CASCADE与DSI离散光滑插值算法、克里金插值算法相结合基础上构建而成的,用来展示采场尺度水文地质结构体的静态特征。动态可视化模型是根据工作面推采过程中水压、水温、应力-应变、视电阻率、破裂范围等动态信息,形成水压导升面、破坏深度包络面等动态衍生信息,在静态模型上嵌入上述动态衍生信息,实现充水要素(充水水源与充水通道)时空展示功能,该模型对数据更新响应时间少于10～20 s;以底板"下三带"理论为基础,提出依据"水压导升面"与"破坏深度包络面"是否叠置作为建立突水预警判据的技术思路。以葛泉矿东井11916工作面为例,通过采集地质、物探、水文地质、采掘工程信息,并融合传感器、网络连续电法、微震等充水要素动态监测信息,构建了采场三维充水结构可视化模型,将其应用于底板突水综合监测预警工程实践中,为11916工作面底板水害监测工程设计及智能化预警提供了新的技术平台。     

水泥改性加筋土的筋-土界面剪切特性试验研究

为了研究水泥改性加筋土的筋-土界面抗剪强度特性,基于大型直剪试验获取了土工织物与水泥土界面的应力-应变曲线,并分析了水泥掺量对土工织物-水泥土界面强度的影响特点,同时结合SEM照片对加筋土的抗剪强度改性机理进行了初步探讨.结果 表明,水泥改性加筋土的筋-土界面应力-应变曲线都经过了线弹性、弹塑性和应力软化3个不同变形阶段,界面的剪应力与应变为应变软化关系;水泥掺量对加筋土强度有明显影响,筋-土界面的摩擦角、黏聚力均与水泥掺量成线性上升关系,且黏聚力受影响的程度明显更大;根据土工织物的破坏形式与SEM微观形态,发现土工织物内部纤维在剪切过程中受拉应力作用,在土工织物-水泥土界面起到阻止或减少水平位移的效果.     

半煤岩巷道支护分析与优化研究

半煤岩巷道是井下重要的一种巷道形式,由于其巷道围岩的复杂性及巷道支护方式的不确定性,造成半煤岩巷道支护过程中存在一定的冗余或不足。通过对半煤岩巷道力学模型的建立,得到了半煤岩巷道破坏规律主要为剪切破坏,并运用Mohr-Coulomb准则建立了该种巷道的破坏准则;通过FLAC3D软件建立的巷道数值仿真模型,对两种不同支护方案进行仿真分析,得到了较优支护方案。     

采区煤柱受采动影响应力及破坏规律数值模拟研究

本文以经坊煤矿11#煤层首采工作面为背景,采用数值模拟的方法,对采区煤柱受采动影响的应力及破坏规律进行了研究。研究表明:单侧工作面开采后煤柱内应力呈单峰状分布,煤柱右侧4m区域内为塑性破坏区,煤柱右侧基本不受开采影响。两侧工作面回采后煤柱内应力呈对称双峰状分布,峰值应力达到40MPa,煤柱两帮塑性变形深度大约6m。煤柱在工作面开挖过程中,帮部围岩变形可分为变形缓慢增加、变形急剧增加、变形减速、变形稳定四个过程。其中变形急剧增加为煤柱主要变形增加阶段,是煤柱片帮事故的多发阶段。