不同采高下深埋厚煤层综放采场的数值模拟研究

为了研究不同采高对采场顶煤与顶板运动规律的影响,采用UDEC数值模拟软件,研究了不同机采高度条件下,煤岩体中超前支承压力、剪切应力和塑性区的分布规律。结果表明:随着采高增大,顶煤和机采煤中超前支承压力峰值位置均向煤层深部转移,剪切应力集中分布区域和煤壁上方顶煤中的最大剪切应力也均会增大。     

套筒压裂作用下岩石细观裂隙与能量演化规律探究

为从细观层面揭示不同围压作用下套筒压裂岩石破坏机理及能量运移规律,基于套筒压裂试验以及膨胀力测定试验构建了PFC^3D数值模型,采用离散元法对套筒压裂过程开展数值模拟,结合声发射信息探究了套筒压裂过程中不同围压对岩石细观裂隙及能量变化的影响规律,并依据弹性力学揭示了套筒压裂力学机制,研究结果表明：(1)套筒注液过程存在压力损失,依据注液压力损失率可将注液过程大致划分为充填阶段、增压阶段、快速增压阶段。注液压力与套筒膨胀力呈线性关系,其修正系数为0.678。(2)基于PFC^3D所构建的数值模型能够较好的反映套筒压裂过程中岩石力学性质与变形破坏特征,岩石压裂过程以张拉破坏为主。围压决定着裂缝的扩展路径,并对岩石内部微裂纹的生成起抑制作用。随着应力差的逐渐增大,岩石内部剪切裂纹数量及占比均逐渐增大。(3)声发射信号可分为平静期与活跃期,累计裂缝数目曲线呈现阶梯状上升。无围压条件下,声发射特征呈现单峰值分布;有围压条件下,声发射特征呈现多峰值分布,压裂过程存在多个破坏阶段。(4)套筒膨胀力作用范围有限,环向拉应力作用范围与套筒膨胀力呈现对数关系。切向应...     

综放面导水裂隙带最大高度理论分析与探测研究

 综放采场一次采出空间大,上覆岩层回转下沉量大,导水裂隙带发育高度明显增加。利用离散元模拟的方法,分析了综放采场上覆岩层的运动特征,根据覆岩位移及应力变化规律,确定了覆岩的导水裂隙带高度。通过现场实测验证,表明数值模拟所得裂隙带高度与现场结果相吻合,说明利用数值模拟的方法确定综放面覆岩导水裂隙带高度是可行的。     

近水平煤层综放面导水裂缝带最大高度分析及其研究

在近水平煤层条件下,利用离散元模拟的方法,分析了综放采场上覆岩层的运动特征,根据覆岩位移及应力变化规律,确定了覆岩的导水裂缝带高度.通过现场实测验证表明,数值模拟所得的裂缝带高度与实测结果相吻合,说明利用数值模拟的方法确定综放面覆岩导水裂缝带高度是可行的.     

孔隙率对混凝土力学性能及能量耗散的影响研究

为了探究海绵城市建设中孔隙率变化对混凝土材料力学性能和能量耗散的影响,设计了孔隙率分别为12%、15%、18%、21%的混凝土,并利用万能试验机对4种孔隙率混凝土进行单轴压缩试验,得到应力-应变曲线。试验结果表明:随着孔隙率的增大,混凝土的弹性模量、峰值应力、泊松比逐渐降低,峰值应变逐渐增大,混凝土的总吸收能和弹性能逐渐减小,耗散能呈现先减小后增大的趋势。     

深井巷道掘进围岩演化特征模拟与扰动应力场分析

 深井巷道围岩扰动应力场与开挖扰动区的形成密切相关。然而,受现场地质条件和监测技术制约,尚难以准确获得围岩扰动应力的演化过程。为此,首先通过原位监测得到深井巷道围岩开挖扰动区的演化特征;然后,基于监测结果利用反分析的方式构建能较为准确地模拟围岩开挖扰动区演化特征的数值模型;最后,通过这一模型分析了深井巷道掘进过程中围岩扰动应力场的演化特征。研究结果表明：当工作面未掘进至监测断面时,由于工作面前方岩体空间约束,测点应力值基本没有变化;当工作面掘进过监测断面后,巷道帮部、顶底板的主应力大小和方向均发生了变化;通过对比扰动应力场与原位监测得到的开挖扰动区的演化特征,发现两者的部分演化特征较为相似。     

深井巷道层状围岩变形破坏特征及机制研究

层状岩体变形破坏特征与均质岩体存在很大差别,深入揭示层状围岩在掘进过程中的变形破坏特征和机制,对于确保矿井安全生产具有重要的理论意义。本文通过进行层状岩石室内试验,建立了横观各向同性应变软化力学模型,通过掘进全过程的现场监测和数值模拟结果揭示了深井层状围岩的变形破坏特征和机制,采用相似材料试验揭示了预应力锚杆支护结构对层状围岩变形破坏的控制作用。学位论文完成的主要工作有:(1)分别开展了不同层理角度时的互层状砂岩三轴压缩试验、岩样破裂面的电镜扫描和巴西劈裂试验。分析结果表明:层状岩石强度随层面角度增大呈U型分布规律,层状岩石的各向异性程度随围压增大而降低;层状岩石破坏形式由围压、层理角度和岩石细观结构共同控制;竖直层理岩样弹性模量大于水平层理,倾斜层理岩样最小,这主要是由不同层理倾角时层状岩石的承载方式决定的;岩样抗拉强度随线荷载与层面角度增大而增大,其机制为岩样破坏由层理面的剪切破坏演化为穿过层理面的剪切–拉伸破坏,并最终过渡为基质的拉伸破坏。(2)针对现有横观各向同性力学模型未考虑单元应力状态的不足,基于互层状砂岩压缩试验结果,提出了考虑体积应力的塑性内变量表达式,并以此为基础分别研究了基质和层理的应变软化规律,建立了考虑体积应力的横观各向同性应变软化力学模型。基于该模型编制了相应的岩石变形破坏有限差分程序,并通过试验结果进行了检验。结果表明,无论从曲线的变化规律还是定量描述上,数值计算结果和试验曲线均体现了很好的一致性,说明利用该模型可以较好地反映层状岩石的力学特性和变形特征。(3)采用单因素分析方法对建立的横观各向同性力学模型的参数进行了敏感性分析,确定了对围岩变形敏感的参数;通过设计基于粒子群(PSO)优化算法的参数反演程序并将其嵌入FLAC3D程序中,建立了对变形敏感的力学参数的反演方法,为深井巷道层状围岩开挖模型参数的确定奠定了基础。(4)以济宁三号煤矿深井层状围岩为研究对象,通过布置超前监测断面,首次获得了煤矿深井巷道掘进全过程的变形规律,将巷道围岩变形划分为缓慢增长、迅速增加和变形稳定三个阶段,得出其演化机制主要与围岩的瞬间卸荷及应力调整有关。通过掘进面后方收敛变形的监测,将巷道表面收敛变形划分为失稳破坏、持续变形和变形稳定三个阶段,得到围岩变形的空间效应主要集中体现在第一阶段,而时间效应则主要体现在第三阶段。(5)基于深井巷道围岩深部位移实测数据,采用前文确定模型参数反演方法,得到了对变形敏感的七采区层状围岩力学参数。将所建立的横观各向同性应变软化模型应用于深井层状围岩巷道的分步开挖过程的模拟,获得了围岩的应力、塑性区和变形等参数随掘进面推进的演化规律,并给出了相应的巷道支护建议。通过相似材料试验分别模拟了未施加锚杆和施加预应力锚杆后含人工预制层理试样的变形破坏特征,揭示了预应力锚杆支护结构对于层状岩体变形破坏的控制作用和效果,为现场施工及支护设计提供了理论支撑和依据。     

采场顶板控制理论在沿空留巷中的应用

由于沿空留巷与采场在顶板控制方面存在一定的相似性,将沿空留巷看成是一个小范围的采场,从而将采场顶板控制理论应用到了沿空留巷支护领域,研究了沿空留巷支护体的"给定变形"和"限定变形"2种工作状态。通过对沿空留巷支撑体系进行详细的力学分析,建立了支撑体系力学方程,得出了沿空留巷顶板下沉量和巷旁支护充填体压缩量,从而限定了支护体的有效作用条件。通过对工程实例进行理论验证和现场实测,证明了采场顶板控制理论在沿空留巷中应用的可行性,研究结果一定的指导意义。     

国内外动力电池标准体系比较分析

动力电池是电动汽车的重要组成部分与关键技术点,而我国在动力电池上的标准仍然与发达国家相差甚远。因此,动力电池标准已成为制约我国电动汽车发展的重要因素。本文以国内标准为研究对象,从电动汽车与动力电池的实际生产应用出发,以每种类型电池的多种性能作为分类依据,提出了动力电池标准的体系框架。     

综掘巷道循环前移式临时支护系统研制

针对当前悬臂式掘进机掘进工作面掘、锚不能平行作业，临时支护、永久支护及各工序转换占用时间长、掘进机开机率低等问题，设计研制了一种循环前移式巷道门式支架机械手搬运临时支护系统。介绍了临时支护系统结构、工作原理及现场工业性试验情况。采用前掘后锚掘锚平行作业配套技术装备，使掘进巷道的时间和空间得到充分利用，并且减少了锚杆钻机和管线来回移动等工序，使循环作业时间大大缩短，掘进机开机率、掘进单进和工效大幅度提高。