充填膏体蠕变损伤模型研究

为研究充填膏体的蠕变特性,对以水泥、粉煤灰、煤矸石制备的充填膏体试件进行分级加载蠕变试验,试验结果表明,充填膏体具有较大的瞬时弹性变形,变形值随应力水平的提高而增加;蠕变阶段表现为明显的减速蠕变阶段和等速蠕变阶段,蠕变变形随应力水平的提高而增加。根据实验结果,确定用Burgers模型描述充填膏体的蠕变过程,并采用一种新的损伤模型的建立方法,推导出基于Burgers模型的蠕变损伤方程,建立蠕变损伤模型。使用Origin软件对试验结果进行拟合以确定模型参数,结果表明,建立的模型曲线与试验结果吻合良好,该蠕变损伤模型能够较好反映考虑损伤的充填膏体的蠕变特性。     

条带充填法隔水层稳定性数值模拟分析

以运河煤矿7311工作面为工程背景,运用FLAC~(3D)数值模拟软件分别模拟条带置换充填开采及条带法开采下的覆岩破坏规律。结果表明:导水裂隙带发育高度与开采宽度呈线性关系;条带置换充填开采与条带法开采都能有效控制导水裂隙带的发育高度,抑制覆岩破坏;基于安全生产和合理开发资源的目的,条带置换充填开采方式更适用于实际工程。     

非等宽复合柱采区中部遗煤开采可行性分析

选取非等宽复合柱采区中部遗煤的开采为研究对象,采用数值模拟、相似模拟和理论分析相结合的方法,从遗留煤柱稳定性、围岩应力分布环境及岩体结构稳定性3个角度出发,系统分析了非等宽复合柱采区中部遗煤开采的可行性.结果表明:复合采动影响下残采区遗留宽煤柱的稳定性强于窄煤柱,中部遗煤开采过程中超前支承压力会与遗留煤柱内集中应力相互叠加,导致窄煤柱发生超前失稳,并强化宽煤柱的应力集中程度.复合柱式开采后采场会形成"遗留煤柱-上位控制层"倒置连续梁岩体结构和"下位承载层-遗留煤柱"连续梁岩体结构.中部遗煤开采过程中,上位层间岩层中的"控制层"结构会逐步发生破断失稳,尤其在通过宽煤柱时会发生切落式失稳,引发"遗留煤柱-上位控制层"倒置连续梁耦合承载结构的破坏,并导致强矿压显现;"下位承载层-遗留煤柱"连续梁耦合承载结构在中部遗煤开采过程中能够保持整体稳定.晋华宫煤矿非等宽复合柱采区中部遗煤开采可行性良好,当工作面通过复合柱采区重叠式遗留煤柱对应的高应力区域时,需要采取柱旁充填、煤柱预裂或切顶卸压等超前防控技术来削减采场强矿压.本研究可以为非等宽复合柱采区中部遗煤的安全高效开采提供良好的理论支持.     

遗留群柱中关键柱判别方法与软件

关键柱局部失稳会诱发煤柱群(简称"群柱")体系的链式失稳及其围岩的联动破坏.关键柱位置的判别是柱式采空区煤岩体链动失稳科学防控的基本前提.首先界定了遗留煤柱最小等效宽度的概念,提出了 4种确定不同形态遗留煤柱最小等效宽度的方法,优化了遗留煤柱自身强度的计算方法;其次,引入应力扩散的最大距离L,改进了遗留煤柱承担载荷的计...     

含隐伏断层的煤层底板破坏深度的数值模拟

针对含隐伏断层煤层底板采动破坏过程及导水通道的形成过程,根据岩-水关系法理论并利用COMSOL Multiphysics软件进行数值模拟,分析了不同水压力下底板破坏深度,研究了在高承压水影响下,随着工作面的推进,底板破坏区域沟通断层导致突水的过程,研究得出随着含水层水压的逐渐增大,底板下方岩层裂隙中水压也呈现逐渐增加的趋势,而岩层中水压的增大会导致工作面与采空区涌水量增加以及底板破坏深度的增加,同时会影响到突水原因的变化,使得突水更具有隐蔽性,更不容易被探测和规避。     

硫酸盐侵蚀对煤矿充填膏体强度影响的试验研究

为分析煤矿矿井硫酸盐侵蚀对充填膏体耐久性的影响,进行了浓度为10%、20%、30%的Na_2SO_4和MgSO_4两种溶液对充填膏体的侵蚀试验,探讨了硫酸盐对充填膏体的侵蚀机理,构建了充填膏体在不同浓度硫酸盐侵蚀作用下强度变化的数学模型。结果表明:充填膏体在不同硫酸盐溶液侵蚀下,其强度均出现先增大后减小的趋势;受SO_4~(2-)、Mg~(2+)侵蚀作用的影响,且侵蚀速率与溶液浓度正相关;7d前,同一浓度下的硫酸钠作用强于硫酸镁;7d后,侵蚀作用相反;构建的模型与试验数据基本吻合,能够反映充填膏体受侵蚀后的强度变化规律。     

化学激发水泥-粉煤灰充填膏体胶凝性实验研究

为提高粉煤灰在矿山膏体充填中的利用率,采用控制变量法及力学分析法,分别研究了掺量为2%、4%和6%的硫酸钠和硅酸钠对水泥-粉煤灰基充填膏体的标准稠度用水量、初终凝时间以及各龄期单轴抗压强度的影响效果,使用扫描电镜分析激发后胶结体的微观结构。结果表明,两种激发剂都能增加胶凝体系的标准稠度用水量;硫酸钠可促进胶结体的早凝,且其后期强度提升显著,掺量为4%时效果最佳;硅酸钠的早凝作用优于硫酸钠,其对胶结体强度的提升主要表现在早期,最佳掺量为2%。扫描电镜结果显示,掺硫酸钠的胶结体反应前期水化产物以水化硅酸钙为主,后期针状钙矾石产量增多,充填在胶结体孔隙中;掺硅酸钠的胶结体水化前期生成大量絮状水化硅酸钙,后期基本没有新的物质产生。     

FRP包裹对煤充结构体劈裂破坏特征的影响

柱旁充填中煤柱与充填体共同组成具有协同承载作用的煤充结构体，二者之间的界面为煤充结构体薄弱环节。界面失稳会诱发煤充结构体的整体失稳，FRP包裹可以用于增强界面稳定性。本文开展不同界面角度情形下煤充结构体的3组巴西劈裂试验(不进行FRP包裹、FRP包裹1圈和FRP包裹2圈)，结合DIC和声发射监测技术，研究FRP包裹对煤充结构体劈裂破坏特征的影响。结果表明：(1)煤充结构体界面上所受荷载超过界面抗拉强度或界面抗剪强度时会产生界面裂纹；煤体元件或充填体元件所受荷载超过其抗拉强度时会产生拉伸裂纹；FRP包裹后，煤充结构体能够承受的荷载增加，积聚的能量不能通过界面分离释放，使得煤体元件上出现集中破坏区。(2)随着界面角度增大，界面裂纹由拉伸裂纹转变为剪切裂纹；FRP包裹后，界面裂纹的发育程度显著降低，且其脆性特征也会减弱。(3)煤充结构体应变带的扩展方向包括沿着加载方向扩展和沿着界面方向扩展2种；FRP包裹会增大煤充结构体界面的抗拉强度和抗剪强度，使得界面稳定性增强。(4) FRP包裹可以提高煤充结构体试样的AE计数，并削减试样最终发生失稳时的损伤程度。(5)FRP包裹后煤充结构体的AF–RA...