动载应变率对煤岩体损伤的模拟研究

基于HJC本构模型对煤岩体试样进行LS-DYNA有限元数值模拟,分析动载载荷变化率对煤岩体损伤的影响规律。结果表明:相同最大载荷压力下载荷作用时间比载荷变化率更能影响煤岩体的损伤。煤岩体发生破坏的最大能量随载荷变化率的增加而降低,发生破坏的时间随载荷变化率的增加而减少,吸收的能量越大破坏越严重;煤岩体发生破坏时的压力随载荷变化率增加而增大,应变与煤岩体的破坏程度一致。     

纵波模式下的煤岩体动态响应特性与损伤机理

以圆柱煤岩体为研究对象,基于纵波的传播特征与波动控制方程,得出了纵波传播的频率方程,建立了纵波模式下位移、应变、应力、振速与能量动态力学计算模型。仿真计算结果表明:低阶纵波模式下,圆柱煤岩体中应力波的振动较为平缓,可近似认为是准静力载荷作用,煤岩体以剪切破坏为主,而且初始破坏位置主要分布在圆柱煤岩体底面(作用面)且临近表面的区域。高阶纵波模式下,沿圆柱煤岩体径向方向,位移、应变、应力、振速及能量的振动幅值均随着半径无量纲的增大呈现出衰减趋势,大致符合幂函数关系;剪切应力、应变振幅的极值最大,能量衰减速度最快;而且值得注意的是径向、轴向应力/应变振动幅值随着半径无量纲增大逐渐趋于一致,而且方向趋于相反。由此分析可知:圆柱煤岩体在无围压条件下易发生脆性劈裂破坏,主要由拉应力导致;在有围压条件下易发生近似圆锥形破坏,主要属于拉剪破坏;圆柱煤岩体底面(作用面)圆心处的位移、应变、应力、振速及能量动态变化幅值均最大,因此煤岩体损伤破坏的初始位置应为此圆心处。     

单一煤层高位瓦斯抽采巷道布置位置研究

以常村煤矿2103工作面为工程背景,在煤层开采方向,通过分析煤层基本顶的受力状态,建立基本顶岩梁断裂前夕的力学模型,求解出基本顶的周期垮落步距;利用垮落步距,引入渗透率公式,重新建立力学模型,求解岩梁内部渗透率的分布状况,并按照渗透率分类标准,将高位瓦斯抽采巷道布置在煤层透气性较好的区域。在煤层倾斜方向,建立二维模型,确定出剪切破坏带的边界,通过分析将瓦斯抽采巷道布置在剪切破坏带以外。最终确定将瓦斯抽采巷道布置在轨道运输平巷上方27.03 m,与轨道运输平巷内错29.82 m的掘进方案。给出了高位瓦斯抽采巷道实际测得的瓦斯抽采量和巷道的变形特征,表明所设计的高位瓦斯抽采巷道的位置合理,能够保证煤矿安全生产需求。