锚杆支护金属网力学性能及传力机制试验研究

鉴于目前井下金属网常见的强度及刚度失效2类破坏方式严重制约巷道安全可靠性问题，采用自主研发的金属网静载试验系统对3类金属网进行了测试，得到了3类金属网在垂直载荷作用下的支护强度、刚度及变形破坏方式；借助有限元分析软件Ansys得到了3类金属网在垂直载荷作用下的应力分布规律；采用理论分析的方法得到了3类金属网的传力机制问题，并进一步根据3类金属网的力学响应特征、应力分布规律及传力机制分别给出了结构优化建议。研究结果表明：(1)金属网支护系统在垂直载荷作用下的载荷-位移曲线变化可分为载荷传递阶段、网丝变形阶段及结构破坏阶段3部分。(2)钢筋网具有高刚度支护特征，菱形网具有高强度支护特征，垂直载荷作用下经纬网的网丝错动会大幅度降低其支护强度及刚度。(3)钢筋网及经纬网以中心“十”字型区域内的网丝承受轴向应力，菱形网以中心“X”字型区域内的网丝承受轴向应力。(4)钢筋网支护系统在承载过程中呈现出中心“十”字型传力方式，菱形网呈现出中心“X”字型传力方式，经纬网网丝在外部载荷作用下由高应力区向低应力区滑移。(5)直接决定金属网支护作用的边界网丝，在垂直及水平方向上分别受到剪切及扭曲作用，且绑丝强...     

煤矿千米深井巷道围岩支护-改性-卸压协同控制技术

针对煤矿千米深井、软岩、强采动巷道围岩大变形难题,以淮南新集口孜东矿350 m超长工作面运输巷为工程背景,分析了巷道围岩大变形、支护构件失效原因;采用理论分析、实验室试验和井下试验方法,从围岩物性劣化、偏应力诱导围岩扩容、软岩结构性流变及超长工作面采动影响等方面,揭示了高地应力与超长工作面强采动应力叠加作用下巷道围岩大变形机理。以此为基础提出千米深井、软岩、强采动巷道支护-改性-卸压协同控制理念,采用数值模拟对比研究了无支护、锚杆支护、锚杆支护-注浆改性、锚杆支护-注浆改性-水力压裂卸压4种方案巷道围岩应力、变形及破坏规律,阐述了巷道支护-改性-卸压协同控制原理。研发出CRMG700超高强度、高冲击韧性锚杆支护材料,研究揭示了锚杆受拉、剪、扭、弯及冲击复合载荷作用的力学响应特征;开发出微纳米无机有机复合改性材料及配套高压劈裂注浆技术;研发出分段压裂水力压裂卸压技术与设备,形成了巷道支护-改性-卸压协同控制技术。基于上述研究成果,提出口孜东矿示范巷道支护-改性-卸压布置方案与参数,并进行了井下试验与矿压监测。监测结果表明,巷道围岩协同控制技术应用后,巷道变形量降低50%以上,锚杆、锚索破断率降低90%,工作面采动应力明显减小,有效控制了千米深井、软岩、强采动巷道大变形。最后,对下一步的研究工作进行了展望。     

中国煤矿井下地应力数据库及地应力分布规律

收集了采用井下小孔径水压致裂地应力测量装置获得的煤矿地应力数据，以及其他采用应力解除法、水压致裂法等获得的煤矿地应力数据，共计1 357条。在此基础上建立了“中国煤矿井下地应力数据库”，绘制了中国煤矿矿区地应力分布图。分析了我国煤矿井下地应力分布特征和主要影响因素，取得以下研究成果:① 埋深是影响煤矿井下地应力的重要因素。垂直应力总体上随埋深增加不断增大，但数据存在一定的离散性。最大、最小水平主应力总体上也与埋深呈正相关关系，但数据离散性更大。② 在浅部煤矿，地应力类型主要为逆断型应力状态(σH>σh>σV);在千米深井，主要为正断型应力状态(σV>σH>σh);介于两者之间主要为走滑型应力状态(σH>σV>σh)。③ 水平应力与垂直应力的比值(包括最大、最小水平主应力与垂直应力的比值;平均水平主应力与垂直应力的比值;最大水平主应力与最小水平主应力之差与垂直应力的比值)，埋深越小，这些比值离散性越大，分布范围越广。随着埋深增加，比值的离散性和范围越来越小，并逐渐趋于某一定值。④ 粉砂岩、细砂岩、泥质砂岩和泥岩4类岩性地应力数据统计结果表明，总体上，岩石强度越高，承受的水平应力越大。⑤ 弹性模量较大的岩石，水平应力较高;弹性模量较低的松软破碎岩层，水平应力较低。     

新元煤矿破碎煤体单轴抗压强度快速测定方法研究及应用

单轴抗压强度(UCS)是衡量煤岩体力学性能的基本参数之一，破碎煤体UCS一直是煤矿工程师面临的一个难题。以新元煤矿为工程背景，提出了一种基于原位钻孔触探法快速测定破碎煤体UCS的方法，为构建破碎煤体单轴抗压强度现场测定方法提供了一个新的思路。首先通过优化探针直径和改进动力源，现场对破碎煤体进行原位钻孔触探强度测定，然后采集破碎煤样进行实验室点载荷强度测定，同时根据钻孔触探法和点载荷法2种测试方法将测试数据分为两组，得到对应测试结果威布尔分布相关参数，其次运用数理统计软件SPSS分别对回归方程和回归系数进行显著性检验，建立临界载荷(Pc)与点载荷强度指数(Is50)的关系，在此基础上借助Is50与UCS的经验关系，建立破碎煤体UCS与Pc的关系，实现破碎煤体UCS的原位快速测定。研究结果表明:钻孔触探法与点载荷法测试数据对应的威布尔分布形状参数分别为:4.02,4.12，即2种测试方法的测试结果分布函数形状基本一致;新元煤矿破碎煤体钻孔触探临界载荷与点载荷强度指数的关系为:Is50=0.066Pc-0.002;新元煤矿破碎煤体UCS与钻孔触探临界载荷的关系为:UCS=0.807Pc+1.726;新元煤矿破碎煤体钻孔触探临界载荷为1.55~3.48 MPa，UCS为2.97~4.53 MPa;新元煤矿破碎煤体UCS测定结果与现场估算较为接近，表明所提出的破碎煤体单轴抗压强度测定方法切实可行。     

爆破地震荷载作用下建筑结构的动力响应分析

建筑结构在爆破地震荷载作用下的动力响应,是爆破安全设计和建筑物防护的重要依据。以某次爆破工程实测地震波为基准输入参量,采用ANSYS/LS-DYNA构建数值分析模型,分析了4层建筑结构在不同爆破震动速度和主频下的动力响应特性。结果表明:结构的振动速度和位移均随爆破震动速度的增大而增大,结构底部的应力和应变高于上部,结构各部分振动速度随高度的增加具有不同程度的放大作用;爆破震动主频与结构固有频率越接近,结构物的振幅就越大。     

基于FPGA的独立轴运动控制系统设计

独立轴运动控制系统在机床与检测上都有应用,尤其是在CT中的径向、层厚和插值等部分。当前独立轴控制系统结构复杂、可扩展性差、成本高、响应速度慢、电路板面大,本文依此提出基于FPGA的独立轴运动控制系统,应用VHDL编程方式在FPGA中实现。系统开发成本低、可靠性高、扩展性强,能够有效进行系统控制,可应用于各需要独立轴运动控制的系统。     

基于UDP的工业CT数据传输系统

目前工业CT探测采集传输系统探测器数量多、传输距离长、数据量大,传统的数据传输系统很难低成本地同时满足远距离传输和高速传输。文中设计了一种数据传输系统,将UDP协议用verilog编程的方式在FPGA中实现。在兼顾低成本的同时又很好地协调了远距离传输和高速传输之间的矛盾。     

松软破碎硐室群围岩应力分布及综合加固技术

采用现场试验与测试、理论分析、数值模拟相结合的研究方法,开展了山西潞安屯留矿井底车场松软破碎硐室群围岩应力分布与综合加固技术研究。硐室群围岩属于中等地应力场下的松散破碎节理化软岩;围岩应力分布特征表现为：在硐室交叉处和拐角处,出现应力集中与二次叠加,应力峰值达到原岩应力的2～3倍;高压注浆后进行高预应力、强力锚杆与锚索支护是松散破碎围岩有效的综合加固方式。高压注浆可充填和黏结裂纹,提高节理化岩体的完整性与强度,并可提高锚杆与锚索锚固力,有利于支护阻力的传递与扩散。高预应力、强力锚杆与锚索能在围岩内形成拱形的压应力加固区域。井下试验表明：综合加固技术有效控制了松软破碎硐室群围岩变形,保持了其长期稳定。     

基于“顶板-煤壁-支架”综合评价的大采高支架工作阻力研究

针对6.0 m特大采高综采工作面支架适应性评价与工作阻力确定难题,基于大采高采场覆岩"悬臂梁-层间岩层-砌体梁"结构模型,对6.0 m特大采高综采工作面支架合理工作阻力进行了确定,通过数值模拟和大比例尺采场相似模拟实验对支架与围岩控制适应性进行了验证和评价。研究结果表明,大采高综采支架工作阻力的确定要以满足顶板、煤壁等采场围岩控制为前提,并需确保支架良好的位态。支架工作阻力不仅要能支撑垮落带关键层"悬臂梁"破断长度内的岩层载荷,还要能给断裂带下位岩层"砌体梁"结构以平衡力。模拟结果表明,当工作阻力低于10 000 k N时,支架处于满负荷运转状态,活柱下缩量较大,顶板及煤壁变形显著;当工作阻力高于11 000 k N时,采场围岩及支架工况显著改善,据此确定支架合理工作阻力为12 000 k N。生产实践表明,试验工作面支架循环末阻力8 340~10 247 k N,安全阀开启率低于5%,煤壁完整性较好,支架工作阻力满足顶板支护及安全生产要求。     

基于量纲理论的爆破振动持续时间分析

爆破振动持续时间是评价爆破危害的重要指标,探究影响爆破振动持时的各种因素具有重要的理论价值和工程意义。采用量纲分析的方法,探讨了爆破振动的产生和传播问题,推导了与萨道夫斯基公式类似的爆破振动持时预测方程,并进行工程验证。研究结果为爆破振动危害控制提供了参考依据。