复合顶板大断面煤巷围岩稳定性试验研究

为探讨复合顶板大断面煤巷围岩渐进性破坏机理,以晋城煤业集团赵庄煤矿为工程背景,采用石膏单元板等相似材料,进行了煤巷开挖掘进、锚杆与锚索一体化支护相似模型试验研究。研究结果表明：分级加载条件下,以泥岩和砂质泥岩为主的复合顶板大断面巷道围岩底臌严重,围岩两帮移近量相对较小,顶板整体下沉较大;围岩底臌属挤压隆起型,两帮属脆性压裂破坏,顶板破坏呈现出离层破坏特征;顶、底角处的围岩受到水平应力为主的双向应力,其破坏均为剪切型挤压破坏。     

冲击载荷下双预置裂纹三点弯曲梁动态断裂实验

采用数字激光焦散线实验系统,对双预置裂纹三点弯曲梁进行了动态冲击实验,分析了双预置裂纹对试件裂纹尖端扩展速率和动态应力强度因子值的影响。实验结果表明:1双预置裂纹三点弯曲梁在动态冲击实验中,B裂纹作为开裂裂纹,其起裂时间和扩展速率峰值受到冲击载荷加载点与其预置位置之间水平距离值的影响,距离越小,起裂越快,扩展速率峰值越大;2试件开裂后,裂纹的裂纹扩展速度和动态应力强度因子值随时间的变化曲线均具有快速上升然后波动下降的规律;3B裂纹起裂所需能量随着A、B裂纹间距a值减小而增大。     

风积沙充填开采应用现状及材料性能研究

风积沙充填开采可实现就地取材、变废为宝,实现煤矿开采与风积沙治理的协同处理。目前,风积沙充填主要应用于公路下伏采空区充填、煤矿充填开采及金属矿充填开采;在充填工艺方面,开发了采空区注浆投沙、固体充填开采、高水充填开采以及胶结充填开采等;在充填技术方面,采用了长壁式充填开采、条带式充填开采和巷式充填开采等。关于风积沙胶结材料性能研究集中于料浆流动性与充填体强度方面。通过分析不同配比与养护时间下风积沙胶结料浆的流变特性,以及采用聚丙烯纤维对风积沙充填体进行韧性改良,发现风积沙胶结料浆流变参数随养护时间而增加,纤维的加入显著改善了风积沙充填体的脆性特征。     

静态破碎剂作用下裂纹扩展行为的动态分析

为了研究岩石静态破裂机理,采用高速摄像技术,对静态破碎剂作用下混凝土模型的破坏过程进行了物理模拟试验。试验研究表明,圆柱体单孔混凝土模型在静态破碎剂作用下,其破坏不是像方形单孔混凝土以三条主裂纹的形式破坏,而是在对称连线上产生两条基本对称的主裂纹;裂纹扩展过程中,裂纹扩展速度和加速度的变化基本是呈现先增加后降低再增加的变化趋势;裂纹的萌生、扩展到最后的失稳过程非常明显。研究结果为静态破碎剂在实际工程中的应用提供试验依据。     

爆炸载荷作用下相向裂纹扩展行为的实验研究

采用数字激光动态焦散线实验系统,研究爆炸载荷作用下两相向扩展裂纹的动态特征及其相互作用关系。结果表明:相向运动裂纹的扩展过程分为3个阶段:独立扩展、相互排斥、相互吸引,最终形成彼此勾连的形态,在实验范围内不受两裂纹初始竖向距离的影响而改变;裂纹在扩展过程中发生相互作用时其扩展速度发生突跃,此时两裂纹尖端的水平距离随裂纹初始竖向间距的增大而减小;随着两裂纹初始竖向间距的改变,两裂纹开始相互作用时其裂尖距都在56~70 mm之间;两裂纹竖向偏移距离最大位置对应于裂纹尖端水平距离为0的时刻,两相向运动裂纹初始间距越大,裂尖在竖向方向的偏移距离越小。     

爆炸水袋长径比对水爆炸抛撤成雾运动特性的影响

采用高速摄像法记录水在爆炸作用下的抛撒过程，研究了不同爆炸水袋长径比对水爆炸抛撒成雾运动的影响。通过对实验记录数据的分析，获得了在不同的长径比条件下，水爆炸抛撒过程中的径向半径、径向速度以及水雾轴向高度与时间的关系曲线，同时还对水雾运动的特性和形状做了定性分析。结果表明：水袋长径比对抛撒水雾的径向半径、轴向高度影响不大，但长径比是影响水雾径向抛撒初速度的重要因素。     

装药结构对切缝药包爆破效果影响的研究

为了研究装药结构对切缝药包爆破效果的影响,采用新型数字激光动态焦散线测试系统和数值模拟相结合的方法,对比分析了切缝管内耦合装药与不耦合装药方式下切缝药包的冲击动力学行为和爆生裂纹的动态力学行为。研究结果表明:切缝药包定向爆破效果显著,爆生主裂纹的扩展形式以拉伸断裂模式为主,爆生气体的楔入作用是裂纹持续扩展的重要驱动力;切缝管和透射压力波均对孔壁造成冲击破坏,在炮孔周边产生与切缝方向成一定角度的"X"交叉型次裂纹和微小的密集裂隙区,耦合装药比不耦合装药所成角度更大,裂隙数量更多;采用不耦合装药结构爆破时,爆生主裂纹的扩展距离更长,扩展速度和动态应力强度因子更大;数值模拟结果显示,不耦合装药结构使得爆轰波对炮孔壁的冲击作用降低,爆生气体的准静态作用加强。与耦合装药相比,能够增大试件在切缝方向的应力集中程度,提高爆生主裂纹的断裂力学参数。     

断续节理介质爆生裂纹扩展的动焦散实验研究

应用动态焦散线测试系统,模拟断续节理岩体断裂爆破过程,进行了有机玻璃（PMMA）模型透射式动态焦散线实验,研究了无充填和充填断续节理对切缝药包断裂控制爆破裂纹扩展规律的影响和裂纹扩展的机理．结果表明：切缝药包爆炸应力波到达无充填断续节理面后,在节理的两端产生了两条翼裂纹,翼裂纹基本沿原爆生裂纹方向继续扩展,最长达2．5cm,翼裂纹尖端复合应力强度因子呈由小变大再变小连续波动变化的趋势,裂纹扩展速度和加速度变化趋势与应力强度因子变化类似;爆炸应力波到达充填断续节理面后,同样在节理两端产生了两条翼裂纹,翼裂纹向两侧偏移很大,翼裂纹最长达4cm,翼裂纹尖端应力强度因子KI^d呈由小变大再变小连续波动变化的趋势,动态应力强度因子K☆则呈由大变小连续振荡变化的趋势,而且翼裂纹扩展过程中具有起裂时间早、裂纹扩展速度和加速度峰值大的特征．     

切缝药包空气间隔装药爆破的动态测试

为了研究不同装药结构的爆破效应，利用超动态应变测试系统，研究了水泥砂浆中切缝药包空气间隔装药爆破介质的动态响应。研究结果表明:采用空气间隔装药后，与连续装药相比，试件内同一位置应变峰值降低，空气柱起到了缓冲和储能的作用；切缝药包爆破中，切缝方向应变衰减速度较快，而随着距炮孔距离的增加在平行和垂直切缝方向的应变值则越来越接近；轴向不耦合系数在1.5～2.0之间爆破效果较好，间隔长度过大时，切缝方向和垂直切缝方向应变的比值有降低的趋势，影响定向爆破效果。研究结果为实际工程爆破提供了实验依据。