不同高径比岩石单轴抗压强度尺寸效应试验研究

尺寸效应是影响岩石单轴抗压强度的重要因素,本次制备了花岗岩和灰岩两类硬岩试件进行室内单轴抗压强度试验,通过数据采集、整理、分析,开展了4种不同高径比岩石单轴抗压强度的尺寸效应研究。结果表明:随着高径比的增大,岩石单轴抗压强度呈现先减小后增大并趋于稳定的规律,其破裂形式也由复杂劈裂破坏向剪切破坏转变。试验成果丰富了岩石强度尺寸效应的基础数据,并为实际工程中岩石力学数据分析和参数选用提供了参考。     

高径比差异条件下花岗岩动态冲击能量耗散及破碎特征

为研究不同高径比岩石在动态冲击中的能量特性和破碎特征,采用SHPB在冲击速度18.01 m/s条件下对不同高径比花岗岩进行动态压缩试验,结合岩样破坏形态,从破坏过程中的能量角度出发,分析高径比对透射能、反射能及岩样破碎块度的影响。结果表明：高径比为0.5～1的应力-应变曲线出现“双峰”,次峰表现出明显的塑性特征,高径比越小越明显;透射能随高径比增大而减小,反射能随岩样高径比增大而增大;高径比为0.5～0.9的岩样反射能大小基本一致。不同高径比岩样能量耗散率在44.9%～56.1%,能量耗散严重。单位体积岩石破碎耗能随高径比增大而减小,且单位体积岩石破碎耗能大小与分形维数呈正相关,不同高径比花岗岩分形维数在1.94～2.536。在强冲击载荷下花岗岩呈劈裂破坏,岩样破碎块度尺寸随高径比增大而增大。     

岩石高径比效应对其声发射影响的数值模拟研究

对6种不同高径比岩石试样进行数值模拟研究,讨论了不同高径比值下声发射之间的关系,得出了声发射的时间序列特征和空间分布的规律:H/D1时,达到应力峰值前,声发射频度及能量极少,且弥散、随机的过程较长;当达到峰值时,声发射频度和能量达到历史最大,主要分布在试样中部。H/D≤1时,在初期声发射已有出现,达峰值应力前有声发射突跃,且能量也较大,出现声发射带;达到峰值应力和在峰值过后仍有几次频度较高的声发射。这些特征为用压力机做实验时,控制一定高径比尽量避免岩石试样破裂过程受垫板干扰提供了参考依据,对预测岩石破裂来临及位置具有一定的参考意义。     

基于卸加载响应比的煤岩变形破坏研究

基于加卸载响应比理论,克服加卸载响应比的不足与局限,提出卸加载响应比的基本概念,推导卸加载响应比与弹性模量之间的关系。从损伤力学的基本理论出发,结合材料的弹性模量与损伤变量之间的关系,建立卸加载响应比与损伤变量之间的关系模型。然后,利用WE-100型万能材料试验机,对煤试样进行了单轴应力试验研究,结合煤试样的应力-应变曲线,计算卸加载响应比值并分析其变化趋势,从而得到在卸加载过程中煤试样的损伤情况。因此,基于煤岩的单轴应力试验,研究由煤岩变形破坏的应力-应变关系定义的卸加载响应比及其演化规律,用于预测煤岩的变形破坏程度是可行的。     

基于不规则煤柱应力场特征的冲击地压防治研究

针对近距离煤层群开采过程中上煤层开采遗留大量不规则煤柱严重影响下煤层开采的问题,以济三煤矿183_下05工作面为研究对象,利用FLAC^3D数值模拟软件建立三维数值模型,对上煤层工作面遗留不规则煤柱应力场进行深入研究,分析上煤层遗留煤柱形成高应力区对183_下05工作面的影响,研究结果表明：在采空区侧向支承压力叠加影响下,三角煤柱区和窄煤柱区应力集中程度较高;随着煤柱宽度减小,应力集中程度进一步增大,冲击危险性相应增加,煤柱易失稳诱发冲击地压;3_下煤层工作面开采期间,受3_下煤层工作面超前支承压力与侧向支承压力影响,煤柱支承压力增高,并将会引起3_下煤层局部应力升高程度进一步升高,煤体将会处于高承压状态,并且工作面开采侧煤柱应力集中程度明显高于采空区侧。通过采取煤体大直径钻孔卸压和顶板超前预裂爆破两种卸压措施,有效降低了该区域的冲击危险性,实现了安全开采。     

不同采留比条带开采底板应力特征研究

为了预测条带开采工作面底板突水和煤柱尺寸合理留设情况,建立了底板应力计算模型,并以淄博矿区埠村煤矿为例,应用解析法对条带开采条件下煤柱底板岩层应力应变规律的分布进行研究,改进了开采方案,结果表明:不同采留比条件下煤层底板采动变形破坏程度存在明显差异,采20 m留20 m的开采工艺较安全,回采率可提高7%。     

复采煤层L型工作面末采煤柱留设及加固技术研究

以2-106B复采工作面为研究对象,对复采工作面末采阶段合理煤柱宽度及巷道支护技术展开研究,对2-106A2巷补强采用锚索+单体液压支柱支护,两根锚索+工字钢梁悬吊5架工字钢梯形棚。结果表明:2-106B工作面停采保护煤柱采取加固措施后留设宽度可取20m,在满足工作面安全回采的同时,多回采60m煤柱,技术及经济效益明显。     

不同水固比富水充填材料失稳破坏特征研究

为探讨在开采扰动作用下不同水固质量比富水充填材料失稳破坏时的特征与临界条件、水固质量比对富水充填材料变形特性的影响,通过蠕变、应力-应变等试验,研究了不同应力条件下不同水固质量比富水充填材料的蠕变性能及应力-应变特征,并得到了不同水固质量比充填材料失稳破坏的临界荷载。结果表明：富水充填材料在应力水平较小时,蠕变曲线有衰减阶段和稳定阶段2个阶段;当应力水平达到临界荷载时,蠕变曲线表现出3个阶段,衰减阶段、稳定阶段和加速阶段;水固质量比为1.7、2.0和2.5的充填材料失稳破坏的临界荷载分别为其28 d抗压强度的92%、90%和85%,临界荷载随着水固质量比的提高而降低;应力-应变关系曲线宏观上有4个阶段：初始变形阶段,弹性阶段,塑性变形阶段和破坏阶段;弹性模量随着水固质量比的提高而降低。     

煤岩受载变形破坏声电信号时域特征的实验

受载煤岩变形破坏会产生声发射和电磁辐射信号,利用声电信号前兆在时间上和空间上的变化特征可以预警由大范围煤岩失稳引起的煤岩动力灾害。如何将声电信号的时域特征与煤岩变形破坏过程联系起来,关系到煤岩动力灾害声电预警的效果。利用煤岩单轴压缩变形破坏声电效应实验系统,测试了单轴压缩条件下煤岩试样变形破坏过程的电磁辐射和声发射信号,统计并分析了不同加载阶段电磁辐射和声发射信号的能量、脉冲等参数的变化特征。研究结果表明,受载煤岩声发射和电磁辐射的脉冲数和能量值均具有良好的时域特征;煤样的声电信号随着加载时间的进行而增大,在破坏阶段达到最大值;岩样的声发射信号在破坏阶段达到峰值而电磁辐射信号在弹塑性阶段达到峰值。     

煤层开采覆岩变形与破坏试验研究

顶底板赋存含水层的煤系地层在采煤影响下可能因导水裂隙的发育而导致突水危险。采用平面模拟的方法，通过实验室相似模拟试验，对某井田采煤过程中覆岩变形与破坏规律进行了模拟试验研究，获得了上覆岩层应力的分布以及随开采面推进的发展规律，结果表明，在本模拟条件下煤层开采导致上部覆岩破裂带触及上部含水层，因此需采取必要措施，以确保安全生产。     

基于PFC2D的不同倾角组合孔洞岩石力学特性及破坏特征

天然岩体中存在不同几何形状的裂隙和孔洞缺陷,这些孔洞缺陷改变了岩体的力学特性,是引起围岩失稳的关键因素,对复合孔洞缺陷模型进行研究,有助于围岩的稳定性控制。鉴于此,本文采用二维颗粒流（PFC2D）软件对不同倾角组合孔洞缺陷的岩石进行单轴压缩试验,研究了其对岩石力学特性和破坏特征的影响。结果表明：孔洞缺陷的存在降低了岩体的单轴抗压强度、峰值应变、起裂应力和损伤应力,加速了裂纹的产生,促进了岩石的破坏。不同倾角对试样的力学性能和损伤程度的影响不同,随着倾角的增大基本呈先降低后升高的趋势。裂纹产生前,各模型的拉应力集中区分布在孔洞的上、下端部,压应力集中区分布在孔洞的左右两侧;模型破坏后,压应力集中区域沿孔洞的左右端部转移至模型的左右两侧。 关键词：PFC2D;组合孔洞;力学特性;破坏特征     

应力路径对煤岩渗透率影响实验研究

依据煤岩体在巷道开挖后应力出现重分布特征,利用CGMS煤层瓦斯气液相对渗透率测试系统,对屯留煤矿煤样施加不同应力组合以研究三轴加载条件下渗透率与应力、温度之间的耦合关系。实验结果表明,渗透率随应力、温度的增加而减小,各个方向的应力对渗透率的影响程度不同,且差别较大;与应力相比,温度对渗透率的影响相对较小。得出了渗透率与三轴应力和温度之间的关系,并对温度和应力对渗透率的影响进行了理论分析。     

不同裂隙角度岩石相似试样力学特性及声发射特性研究

为了研究岩石相似材料在不同倾角预制裂隙影响下的力学特性的变化规律,利用河沙、水泥、石膏等材料制作岩石相似试样,并对制作成功的岩石相似试样制作不同角度的裂隙,最终对含不同倾角的试样进行单轴压缩试验,研究其力学特性的变化规律。研究得到含有预制裂隙试样的峰值强度随裂隙倾角的增大呈对数关系增长;同时其峰值应变随裂隙倾角的增大呈指数关系增长;含预制裂隙试样的AE事件累计数及能量强度大致变化趋势相近,可分为压实萌生阶段、弹性稳定增长阶段、破坏剧烈增长阶段;AE事件累计数随着预制裂隙倾角的增大不断增大,能量强度也随着预制裂隙倾角的增大不断增大。     

煤泥水浓缩沉降的试验研究

选煤厂的煤泥水中微细粒含量多，且微细粒难以自然沉降。分析了用合适的凝聚剂絮凝剂促使煤泥水中微细粒沉降的作用机理。通过试验，确定了凝聚剂和絮凝剂的最佳药剂配比，以加速煤泥水中微细粒在浓缩机中的沉降，降低溢流浓度。生产应用表明，该方法简单，处理效果好，可满足洗水闭路循环清水洗煤的要求。     

矸石膏体充填材料力学特性试验

以淄博矿业集团岱庄煤矿膏体充填为研究背景,在对煤矸石、粉煤灰等充填材料物化性能研究的基础上,通过均匀试验得出了膏体充填材料最优配比,同时对养护28 d后的膏体材料力学性能进行了系统研究并与所置换的煤的力学性能做了对比分析。研究结果表明膏体充填材料在有围压作用下有较高的残余强度,表现出明显塑性强化特征,同时得出膏体材料的内摩擦角和黏结系数;与充填置换的煤的力学性能对比表明膏体材料塑性变形比煤更显著。     

不同加载条件下原煤力学渗流特性试验研究

以潞安集团常村煤矿煤样为研究对象,利用WYS-800微机控制电液伺服三轴试验装置研究不同加载条件下原煤的力学渗流特性。结果表明,三轴压缩煤样的极限抗压强度和弹性模量均大于单轴条件下的相应值;随着围压的不断增大,煤样抗压强度和弹性模量也会增大,且弹性模量呈现很好的线性;循环加卸载轴压应力-应变曲线在一定程度上受制于常规三轴压缩试验相应曲线,峰值强度降低;煤岩应力-体应变曲线,在低围压试验下表现出扩容机制;在高围压条件下,从峰前至峰后,煤样体积始终呈压缩状态。三轴压缩条件下含瓦斯煤的渗透率与轴向应变呈斜"V"字型走势;循环加卸载轴压试验,随着加卸载次数的增加,煤样渗透率整体降低,但降低梯度减小。     

不规则煤岩的力学特性试验研究

以马兰选煤厂煤岩为研究对象,进行了不规则煤岩力学特性试验。试验表明不规则煤岩强度具有离散性,且煤岩强度受煤岩粒度影响较大,随煤岩粒度减小,煤岩点载荷强度逐渐增加,且离散性逐渐升高。另外,煤岩强度具有明显的层理效应,垂直于层理面的点载荷强度明显高于平行于层理面的点载荷强度。随浸水时间增加,不规则煤岩点载荷强度先减小后趋于稳定。不规则煤岩点载荷强度随灰分增加逐渐升高,并且在高灰阶段增幅更大。     

含瓦斯煤体力学特性实验研究

应用了胡少斌博士建立的含瓦斯煤体力学特性测试系统,进行了含瓦斯煤全应力-应变实验和含瓦斯煤吸附膨胀实验。实验结果表明,在有效围压一定的条件下,含瓦斯煤体的力学特性的影响与其瓦斯压力有关,瓦斯压力越大,煤体的弹性模量越低,抗压强度越低,抵抗变形的能力越弱;煤体中冲入吸附性越强的气体,对煤体力学特性影响越大,煤体抵抗变形的能力越弱;在固定轴向载荷和有效围压的条件下,煤体内瓦斯压力越大,煤体膨胀变形的速率越快,并且达到最终破坏的形变量也越小;吸附瓦斯和游离瓦斯的存在加速了裂纹劈裂破坏,使煤体更容易发生剪切滑移破坏。     

兴隆庄煤矿煤层底板破坏特征研究

以兴隆庄煤矿10302综放工作面开采实际为背景,采用数值模拟和现场超声成像测试相互验证的方法,对采动条件下煤层底板破坏特征进行综合对比研究。数值模拟研究表明,工作面垂直应力呈"马鞍形"分布,剪应力大致呈"蝶状"分布;现场超声成像探测表明,10302综放工作面煤层底板下16 m范围内裂隙发育较为明显,但16 m以后裂隙发育相对较少;综合分析得出该面采动底板变形破坏深度为16 m,研究结果为兴隆庄煤矿煤炭资源安全开采及矿井水害防治提供参考依据。