朱集矿千米深井巷道支护与加固技术

对朱集矿千米深井软岩巷道的支护形式进行了研究,通过对锚网喷索注联合支护的机理、锚网喷索联合支护下巷道的破坏原因的分析,以及通过对巷道注浆、架棚加固效果的分析,并结合巷道收敛位移监测结果、巷道破坏形态观测,得出千米深井软岩巷道仅仅采用锚网喷索联合支护方式不能适应高应力软岩巷道压力和变形的需要,必须再进行注浆加固。     

高温石灰岩纵波波速的实验研究

通过对石灰岩试件常温至800℃高温过程中的物理特性及声学特性进行实验研究．结果表明,高温后由于水分的挥发、矿物水化物、有机物的分解石灰岩试件的质量逐渐减少．石灰岩试件尺寸的变化主要是物理变化以及部分化学变化引起的．随着温度升高,石灰岩试件的纵波波速逐渐减小,纵波波速的衰减在500℃以前较小,在500℃以后衰减增大．因为500℃以前石灰岩结构较密实,孔隙的直径、数量较少,对纵波的影响较小,纵波速度衰减也较小;500℃以后结构较疏松,孔隙数量增多、长度加大,纵波衰减也较大．500℃是石灰岩试件尺寸、质量、纵波衰减变化的一个分界点．     

高温及双向约束下岩石膨胀应力测试装置的研制

关于高温及双向约束下岩石的膨胀力的研究并没有完善的、现成的仪器设备可以用,为研究煤炭地下气化炉项、底板岩石在高温下的膨胀力与温度的关系,本文研制了双向约束框架．文中主要结合高温及双向约束下岩石试件的膨胀特点进行了岩石试件膨胀力计算,对框架结构进行了参数选取、计算模型简化、变形验算、强度验算,并按照机械设计规范对双向约束框架的某些部件选取规格,此装置和静态应变仪、压力传感器结合使用可以用来测试高达900℃时岩石的双向约束下的膨胀力．     

高温双向约束条件下石灰岩的组构分析

为了研究高温双向约束条件下的石灰岩的组构特征,利用带能谱分析仪的扫描电镜对其化学成分和微观结构进行了测定,结合石灰岩组构、化学成分随温度变化的规律,分析了高温后石灰岩裂纹扩展的原因.试验结果表明,随着温度的升高,石灰岩颜色逐渐变浅;300℃后石灰岩试件颗粒间开始出现裂纹,500℃后裂隙呈现贯通状,700℃后有烧结的流体状凝结物出现,800℃后大多数的颗粒已破坏碎裂,并有密集的气孔出现;石灰岩中Ca,Mg元素的含量随温度的升高而增加,C,O的含量远远多于其他元素,试件中含有较多的有机物及其他杂质;石灰岩高温后内部裂纹以沿颗粒边界裂纹为主.     

高温石灰岩膨胀应力的试验研究

为保证高温过程中岩石工程的稳定性和安全性并解决煤炭地下气化过程中气化炉围岩的维护问题,采用高温加热炉和扫描电子显微镜研究了高温双向约束条件下石灰岩膨胀应力的变化规律.试验结果表明:石灰岩的膨胀应力随温度的增加逐渐增大,恒温结束时石灰岩的膨胀应力为刚达到该温度时初始值的1.2～1.7倍;各温度段之间石灰岩膨胀应力和加热温度近似呈线性关系,并且各温度段的曲线斜率逐步增大,恒温60 min后膨胀应力趋于各温度水平的稳定值;高温过程中,石灰岩膨胀应力经历了3个阶段:加热升温阶段、恒温膨胀应力增大阶段、膨胀应力稳定阶段;高温过程中石灰岩膨胀应力的变化与其微观结构变化密切相关.     

平顶山天安二矿石灰岩膨胀应力的试验研究

为了保证高温过程中岩石工程的稳定性和安全性,采用高温加热炉和扫描电子显微镜研究了高温双向约束条件下石灰岩膨胀应力的变化规律.试验结果表明,加热过程中石灰岩的膨胀应力随加热时间的增加而增加,各温度段之间呈现明显的线性关系,曲线斜率依次增大,不同温度水平曲线的转折点不同.随着温度的升高,石灰岩的膨胀应力不断增加,500℃后增加速度加快.恒温后,膨胀应力和加温时间关系曲线的斜率逐渐减小,但曲线仍平缓上升.高温过程中石灰岩膨胀应力的变化与其微观结构变化密切相关.     

深部巷道锚索拉剪破断机理及防护技术研究

在深部复杂应力环境巷道支护工程中开始出现了不同程度的锚索破断弹射等问题，给锚索支护巷道可靠性和安全性带来重大系统性风险。采用数值模拟方法研究了巷道顶板围岩大变形特征以及支护体受力状态关系，巷中两侧锚索受拉剪复合应力显著，岩层层间错动是锚索软剪切破断的主要原因。建立了锚索拉剪复合作用下的弹性势能计算模型，计算得出了锚索自由段破断时瞬时弹射速度为296 m/s,且锚索破断载荷仅为391.1 kN,是沿空巷道等复杂应力环境巷道锚索易发生破断的根本原因。通过弹射吸能装置研发，形成了锚索破断弹射被动防护技术，是深部巷道锚索主被动综合防护技术体系的重要组成部分，选择朱集东煤矿1161(1)工作面轨道巷开展了井下工业试验，有效消除了锚索破断致灾威胁，显著提高了巷道支护安全性。