基于统一强度理论的非均匀应力场圆形巷道围岩塑性区分析

基于统一强度理论，推导出非均匀应力场的巷道围岩塑性区边界线方程式，可用于预测不同侧压系数时地下深埋隧洞的塑性区大小及形状.当不同程度地考虑中间主应力的影响时，围岩塑性区形状和大小有较大不同，且随水平应力与垂直应力差异性的增大，这种影响趋于明显.     

山西煤矿地应力分布特征及其应用研究

随着开采强度的逐年增加,山西煤炭开采深度不断延伸,矿井地应力不断增大,对围岩的破坏与影响越加突出,给煤矿安全生产和顶板支护产生巨大威胁。研究发现,山西煤矿地应力南北差异较大,但总体地应力方向和山西NNE-NEE的区域现在构造应力场方向一致,部分地区受区域性地质构造的控制和影响较大,发生扭转。山西煤矿矿区水平应力总体上随深度的增加而增加。浅部水平应力的增加速度大于垂直应力,深部与垂直压力逐渐接近。地质构造复杂区、煤岩结构突变带、开采扰动区和不稳定煤柱等煤矿应力集中地带是山西煤矿地应力集中的高危区域,冲击地压发生可能性较大。     

金属矿山充填体强度分布规律实验研究

西藏甲玛铜多金属矿二期工程首采地段采用充填采矿法进行开采。由于在充填过程中充填料浆的离析分层等原因致使形成的原位充填体具有不均匀性,其强度与实验室充填体标准试块的强度也有很大差异。通过建立大比例尺三维立体仿真物理模拟实验系统,研究采场内充填体强度的分布规律。结果表明：在水平方向上充填体强度随料浆流动方向上呈先增大后减小的趋势,高灰砂比的充填体强度波动程度较小,且在下料口位置附近充填体强度与标准充填体试块强度相当;在竖直方向上充填体强度随深度的增大而增大,且高灰砂比的充填体强度增幅较大。通过对充填体样本进行电子扫描显微镜实验观察其微观结构,从本质上解释不同位置充填体强度差异的原因。     

锚杆支护组合构件对钢筋网加固作用试验研究

针对深井高地应力巷道因围岩大变形导致金属网严重破坏引发支护失效的问题,对高地应力巷道支护常用的钢筋网配合单体锚杆、钢筋托梁、W型钢带3种组合系统在垂直载荷作用下的力学性能进行实验室测试,分析了锚杆支护组合构件对钢筋网支护系统峰值强度、承载刚度、残余强度及卸压程度的影响规律,得到了锚杆支护组合构件对钢筋网支护效应的加固特征。借助Ansys Workbench软件分析钢筋网支护系统在垂直载荷作用下的整体位移变形量,得到了锚杆支护组合构件对钢筋网横向、纵向股线的位移约束差异性。基于锚杆支护组合构件对钢筋网的不对称加固特征及边界网丝概念的提出,探讨了锚杆支护组合构件对钢筋网支护系统的加固机理。结果表明:①钢筋网支护系统在垂直载荷作用下的承载性能可分为峰前承载区与峰后卸压区,W型钢带对钢筋网支护系统的强度强化作用是钢筋托梁的1.5倍,刚度强化作用是钢筋托梁的3倍。②锚杆支护组合构件对钢筋网的横向股线加固作用大于纵向股线加固作用,横向股线抗变形阻力分为垂直和水平两个分量,垂直分量由边界网丝与锚杆支护组合构件提供,水平阻力大小取决于边界网丝及焊接点剪切强度。③锚杆支护组合构件通过提高垂直约束作用、护表面积及护表区域内系统的抗变形能力增加钢筋网的支护强度与刚度。     

山体浅埋煤层覆岩的应力分布规律

为了掌握山体浅埋煤层原岩应力场的分布规律,运用数值计算的方法,研究了山体浅埋煤层原岩垂直应力与水平应力的分布特征、上覆岩层的垂直应力分布特征、应力梯度的变化。垂直原岩应力分布形式与地表形态非常相似;水平原岩应力在埋深较大处的岩层软弱面结合处有应力集中现象。山体浅埋煤层及断裂带老顶上的垂直原岩应力呈线性变化;在埋深较大处,应力值较大,埋深较小处,应力值较小;沿煤层倾斜方向垂直原岩应力变化梯度较大。研究结果可为类似条件下工作面的支护参数的选取提供借鉴。     

仰斜开采覆岩移动及对地表坡体稳定性的影响

以鲁班山南矿烂田口边坡为研究对象,以相似模拟试验和数值模拟为手段,对缓斜多煤层地下开采对覆岩移动规律及顺层边坡稳定性的影响进行了研究。结果表明:倾斜地表对水平移动的影响较大,对下沉影响较小;重复开采将加剧覆岩移动且导致采空区范围逐渐扩大,移动盆地在范围、深度上逐次增大;边坡顶面因受拉应力影响产生了开采裂缝,其余部位受压应力为主;垂直方向最大应力主要位于坡体下部,靠近坡顶垂直应力逐渐减小,水平方向应力在坡体中部变化较大;煤层开采结束后的一段时间内,顶板出现了整体垮塌、地裂缝扩张;在遇降雨条件下,地表水将通过裂缝渗入软弱夹层并将其软化,滑面的力学强度将大大降低,更易因山体失稳而产生滑坡。     

基于矿井巷道围岩地质力学特性的实测分析

本文拟定采用水压致裂法与钻孔触探法,测试了3条巷道的地应力参数或煤岩强度,对比分析了矿井地应力变化特征。测试主要结果为,ZF201回风巷测站最大主应力为16 MPa左右,属于中应力区;两个测点的垂直应力均小于最小水平主应力,应力场为σ_H>σ_v>σ_h型;与矿井6年前数据相比,因煤层顶板结构发生改变,导致最大水平主应力相差较大,其中测站1顶板以上0～5.3 m为4煤,其平均围岩抗压强度强度达到16.07 MPa,泥质砂岩深度为5.3～10 m,其平均围岩抗压强度强度达到40.43 MPa,测站2顶板往上0～9.7 m为4煤,其平均围岩抗压强度强度达到20.19 MPa;本试验数据可为本矿巷道支护设计提供依据。     

大采高综放开采顶煤运移规律的数值模拟研究

采用FALC3D软件模拟研究了塔山煤矿8105工作面在不同采高、不同支护强度下顶煤水平、垂直位移与距煤壁距离间的变化规律。模拟结果表明采高加大顶煤始动点前移、位移量增加,有利于顶煤的破碎;加大支架支护强度对下位顶煤位移量影响较大,有利于下位顶煤的破碎。     

松软厚煤层回采工作面前方煤体不同分层应力变化特征的数值模拟

应用ANSYS软件建立了松软厚煤层回采工作面前方煤体力学几何模型,分析了沿回采方向煤体顶、底分层的水平、垂直和剪切应力变化特征及其差异性;并通过与我国煤矿常见煤岩抗压、抗剪强度特征的对比分析,分别探讨了煤体不同分层应力变化特征对其破坏裂隙程度的影响。所得结论可指导针对松软厚煤层回采工作面前方不同距离、不同分层煤体制定有效、可行的"卸压增透"技术措施,并为进一步探讨松软低透气性厚煤层瓦斯抽采理论提供新的思路和方法。     

倾倒滑移滑带的形成机理和参数选取方法

说明倾倒滑移滑带形成的特殊性及其力学参数不易获取,强调必须研究其形成机理,并在此基础上形成参数选取的新方法。倾倒滑移滑带的形成通常具备两个条件:第一,岩体自身或上覆堆积层的重力弯矩足够大,第二,边坡岩体的底部有临空面。将倾倒滑移滑带的工程地质条件归纳为3点:(1)反倾边坡底部坡角较陡,岩体自重较大或上覆有一定厚度的堆积;(2)顺坡向节理面发育,岩体层面强度和抗弯拉强度较低,遇水后强度下降明显;(3)边坡顶部或上覆松散堆积层自然坡角较小,有一定的汇水面积。并将其演化过程划分为3个阶段:第一,卸荷回弹阶段;第二,反倾岩体弯曲、根部折裂阶段;第三,折裂面、节理面贯通阶段。根据倾倒滑移滑带的形成过程,选定边坡在倾倒前和倾倒后的两种状态,并给定两种状态下的安全系数和层面强度,然后运用Sarma法联立得到关于滑带力学参数c和φ的二元非线性方程组,并据此解得c和φ。     

立井穿越深部煤层时瓦斯突出的力学机理

通过深部立井围煤的受力分析,以及地压和瓦斯压力的研究,揭示了立井穿越深部煤层时瓦斯突出的力学机理,对于含瓦斯煤体的结构提出了不同与过去观点的气球爆炸新假说。文章强调了深部围煤塑性区域的形成和发展,以及煤与瓦斯突出的临界状态。整个研究涉及弹塑性理论,材料的强度理论以及岩土力学中的某些相关理论。研究结果不仅可用来预测立井穿越深部煤层时瓦斯的突出,而且可以为立井揭煤过程中煤与瓦斯防突措施的研究奠定理论基础。     

FX和MK模型在细粒土土-水特征曲线中的应用

土-水特征曲线(SWCC)是非饱和土力学研究的重要组成部分,同时它也是预测分析非饱和土渗透参数和剪切强度参数的重要基础。因而在众多的SWCC模型中,确定一个合适的模型来描述不同种类土的SWCC是至关重要的。鉴于此,为了比较FX(Fredlund & Xing)方程和MK(Modified Kovács)模型在描述细粒土SWCC时的效果和差异,选取了3类典型的细粒土,即黄土、冰碛土和残积土,采用最小二乘回归分析的方法对试验数据进行了拟合,并特别关注了残余基质吸力(ψr)在两类模型中的获取方法。结果表明,这2个模型在描述细粒土的SWCC时均有较好的效果,但FX方程整体上优于MK模型。     

煤炭开采沉陷区典型复垦工艺的土壤压实度分析

通过对典型复垦样地土壤压实的多角度分析,揭示了煤炭开采沉陷区典型复垦工艺的土壤压实规律,建立了不同复垦工艺的土壤压实模型,同时进行了压实度的空间分析。未复垦地土壤的压实度明显表现出从地表向下逐渐递增的趋势。泥浆泵复垦地的土壤压实度在垂直方向上向下为非线性递减。铲运机复垦地的压实度在垂直方向上无明显差异。泥浆泵、铲运机工艺与未复垦田块的土壤压实度差异显著。     

定向水平井封堵薄灰残余出水点技术研究与实践

针对牛儿庄矿56603工作面大青灰岩残余出水点确切位置不定且较分散、井下封堵不具备施工条件以及地面立井封堵探查效率低、工程量大的难点,提出采用地面定向水平井技术进行探查封堵并成功实施,堵水率100%。实践表明,应用地面定向水平井技术对薄层灰岩出水点进行探查封堵,提高了钻孔对薄层灰岩内导水裂隙、断层等导水通道的探查效率,解决了过去立井堵水对导水通道探查效率低、工程量大的问题;通过对揭露的薄层灰岩导水通道进行注浆封堵,能够实现对残余出水点的截流堵源,从而实现对薄层灰岩残余出水点的有效封堵。     

柔性垂直阻隔技术在危废污染应急治理项目中的应用

通过江苏省靖江市一危废污染应急治理项目,对比刚性垂直阻隔,采用柔性垂直阻隔可更好地阻断场地内填埋污染物与周边土壤及地下水的水力联系。柔性垂直阻隔具有防渗性能好、抗变形能力强、使用寿命长等特点,并重点阐述了其技术原理、施工工艺及施工要点,可为后续类似工程提供参考。     

排渗盲沟布置型式对某尾矿坝渗流稳定性影响的模拟分析

为探索不同排渗盲沟布置型式对尾矿坝渗流稳定性的影响,以某尾矿库为例,通过开展无盲沟、尾粉砂中布置水平向盲沟、尾粉砂中布置垂直向+水平向排渗盲沟、尾粉土中布置水平向盲沟、尾粉土中布置垂直向+水平向排渗盲沟5种布置型式下坝体渗流场、孔隙水压力及稳定性的模拟分析。研究结果表明：尾粉土中布置垂直向+水平向排渗盲沟对坝体浸润线埋深及安全系数影响最大,并给出了不同布置型式对尾矿坝渗流及稳定性影响的大小比较,为尾矿坝排渗设计提供参考依据。     

上下柱式开采对中部残煤采场岩层应力分布时空演化的影响

针对上下柱式多重采动影响下中部残煤的安全开采,根据白家庄煤矿复合刀柱式残采区中部7号残煤的赋存状况,采用相似模拟和数值模拟相结合的方法,研究了上下柱式开采对中部残煤采场岩层应力分布时空演化的影响,揭示了复合刀柱开采后中部残煤的应力分布特征。研究结果表明:1下部煤层柱式开采时,刀柱煤柱/柱采区域采场煤岩层会逐渐演化为应力增高区/应力降低区,二者在水平方向上交替显现;上部煤层柱式开采时,采场煤岩层的应力集中程度/卸压程度会进一步增强。2多重柱式采动影响下,采场煤岩层的应力分布呈现"原始平衡—初始波态平衡—新波态平衡"的演化特征,不仅揭示了支承压力在刀柱煤柱采场煤岩层中的时空叠加效应,而且证实了柱采区域采场煤岩层的复合卸压效应。3复合刀柱开采后,中部残煤的应力分布表现出明显的波态特征。     

立井井壁竖向附加力的反演统计分析

立井井壁单位外表面积竖向附加力的数值较难准确确定,相关规范中仅注明了可根据具体条件按试验数据或经验选取。本文基于16个已破裂立井案例,通过破裂断面上的强度关系反演推算得到附加力的有效均值。计算结果表明:同一煤矿中不同立井的附加力值较为接近,不同煤矿的附加力值相差较大。预制混凝土结构与土体的接触不够紧密,故预制井壁的竖向附加力值较小。附加力的大小并不取决于立井的深度,而与地质条件有关。影响竖向附加力大小的因素众多,仅依照地质资料要准确确定某一矿井的竖向附加力取值是非常困难的。分析表明:若新建矿井的地质条件与本文反演计算中的矿井类似或相近,其竖向附加力可选相近矿井的相应值做参考。     

基于竖向位移差的块系岩体超低摩擦效应理论分析

深部块系岩体在强冲击扰动下其相对压紧程度会随时间变化,引起超低摩擦效应,而块体间竖向位移差是表征块体间相对压紧程度的直观指标。以块系岩体为研究对象,建立了考虑上覆岩层压力的岩体动力模型,推导得出垂直冲击作用下新的块体间竖向位移差公式并与试验结果进行了对比,验证了理论公式的正确性。最后分析了块体间阻尼、块体质量、垂直冲击幅值和频率等影响因素对相邻两块体间竖向位移差影响规律并以其最小值变化判断超低摩擦效应发生难易程度。竖向位移差最小值越小,超低摩擦效应愈趋显著。研究表明:块体模型受垂直冲击扰动作用时,块体在时间尺度上依次发生强迫振动和自由振动,而其运动过程按竖向位移差变化可分为超强挤压、强挤压、弱挤压和相互脱离4个阶段,相互脱离阶段和弱挤压阶段是超低摩擦效应易发阶段;块体质量、结构面阻尼变化对竖向位移差幅值及周期有明显影响,块体间竖向位移差最小值随块体质量增加以对数规律递增、随块体间结构面阻尼增加以线性规律递增;块体质量和结构面阻尼越小,超低摩擦效应更易发生。垂直冲击频率和幅值亦对块体间竖向位移差影响显著,竖向位移差最小值随垂直冲击载荷幅值增加而线性递减,随垂直冲击频率增加以对数规律递增,即低频、强冲击扰动更易诱发超低摩擦型冲击地压。     

正交设计方法在铸铁质量中的应用

主要介绍利用正交设计方法,通过对较少的生产数据进行分析、统计,从而全面、系统 地分析矿用高强度铸铁抗拉强度与主要化学成分之间的关系,有利于铸件的生产和提高铸件质量。