超声振动在矿山煤岩致裂中的研究进展与展望

为了推动超声振动致裂煤岩体技术的发展,提高矿山煤层气增产及硬岩掘进的效率,回顾了超声波技术的发展历程,综述了超声振动在致裂煤岩体方面的应用现状与研究进展,明确了超声振动在煤岩致裂领域存在的关键阻碍性技术难题及发展趋势。(1)总结了传统技术在矿山煤层气增产和硬岩掘进领域存在的技术问题,介绍了超声波技术的独特优势及应用领域,阐述了超声波发生器和超声波换能器的发展阶段及相应性能;(2)归结了超声振动煤层气促解増渗装置及流程,分析了超声振动煤层气促解增产现状,阐明了超声空化效应、机械振动效应、热效应作用下煤层气降压、加速、位能及动能增加进而促进其解吸増渗的机制;(3)归纳了超声振动破岩装置及流程,阐述了超声振动破碎硬岩的进展,揭示了超声振动产生的机械振动效应与热效应作用下疲劳损伤、微裂纹亚临界扩展、矿物颗粒不均匀热膨胀或矿物相变、岩石物理力学特性劣化导致硬岩破碎的内在机理;(4)针对超声波发生器、换能器及超声振动在矿山致裂煤岩体中的局限度,对未来超声振动致裂煤岩体在现场高效应用的研究重点提出了4点建议：高性能防爆型超声波发生器和换能器的研发,超声振动促解増渗机理的深入分析及管线技术框架设计,多...     

基于岩石表面位移场的超声波振动下花岗岩损伤特性试验研究

超声波振动碎岩技术作为解决硬岩钻进难题的新方法,其技术可行性受到国内外学者的大量验证,但是对于超声波振动下硬岩破碎机理的认识还存在不足。超声波振动下岩石表面径向响应位移与内部损伤状态存在着必然的联系,本文通过监测岩石在超声波振动过程中表面不同深度处的径向响应位移,利用应力波传播理论从能量耗散角度分析了岩石表面不同深度监测点径向响应位移的时空演化与岩石内部损伤发展的关系,得出超声波振动下岩石损伤主要由振动头高频冲击岩石造成的Hertz锥形环状裂纹和超声波振动交变应力产生的疲劳拉伸裂纹造成的,Hertz锥形环状裂纹的扩展深度为10 mm,疲劳损伤裂纹主要在10~20 mm深度处产生,超声波振动下岩石发生局部宏观破碎前存在着明显的径向响应位移征兆,岩石表面径向响应位移可以作为超声波振动下的破坏判据。本文的研究对于丰富超声波振动下硬岩的破碎机理具有重要意义。     

基于分形理论建立低频振动挤压破碎能耗预测模型

矿石低频振动挤压破碎过程中,针对破碎能耗模型描述的复杂性,提出利用分形理论建立破碎能耗预测模型。以板辊式低频振动破碎实验机为研究对象,结合分形理论,分析单颗粒碎后质量分布与破碎能耗的关系,综合考虑振幅、主轴转速、板辊间隙及入料大小,设计四因素五水平正交试验,分析试验数据,在能量平衡的基础下借助最小二乘法建立了破碎能耗分形预测模型。通过试验对比实测值和预测值,验证了所建立的板辊式低频振动破碎实验机振动挤压破碎能耗的分形预测模型的有效性。     

超声波技术在选矿中的应用

对超声波在选矿测试(如粒度分析、物位测量、流量检测和浓度检测)、矿物选别、化学浸出、矿石破碎等方面的应用进行了详细介绍，并阐述了超声波技术在这些方面得以应用的基本原理，指出超声波技术是一种很有发展前景的技术。     

射流结合刀具破碎大洋富钴结壳的机理研究

大洋富钴结壳的破碎是开采钴结壳的重要环节，借鉴刀具切削破碎软岩机理的研究成果，提出水射流与刀具结合破碎大洋富钴结壳的方法。研究了射流结合刀具剥离破碎钴结壳的机理，分析了采用自控水力截齿破碎钴结壳的优越性，为探索新的钴结壳破碎方法提供了理论上的依据。     

静力破碎剂的自制与应用

静力爆破技术其实质是在岩体上钻孔,在钻孔中灌装静力爆破剂,依靠药体的膨胀力使岩石产生裂隙或裂缝,从而达到破碎的目地,可在无振动、无飞石、无噪音、无污染的条件下破碎切割岩石或混凝土构筑物。     

破碎巷道锚网喷支护技术研究

破碎岩体巷道的支护效果关系矿山安全和支护成本,是矿业学界和业界关注和研究的重点。以某铁矿为工程背景,运用破裂区和塑性区理论对巷道围岩破碎岩体变形进行了理论分析,采用超声波仪器对破碎岩体巷道围岩松动圈范围进行了测定。在此基础上,基于松动圈理论提出了锚杆、金属网和喷射混凝土结合的组合式支护方式,并辅以长锚索补强,形成短锚成拱、长锚悬吊的支护方式。通过FLAC3D数值软件分析不同锚杆间排距下的支护效果,结果表明：0.7 m×0.8 m的锚杆支护间距不仅可减少塑性区和变形量,同时能有效缩小自稳时间,支护效果良好。     

松软破碎围岩巷道巷修支护研究与应用

为解决潘二煤矿-530m西一运输大巷高地应力条件下松软破碎围岩巷道持续变形的问题,通过对松动圈测定、加上理论分析、并结合现场观测的方法对巷修支护进行研究,采用钻孔窥视仪观测技术确定顶板离层情况,采用了锚喷网、注浆锚索、U型钢支架等复合支护技术。通过对巷道变形量观测表明:复合支护技术提高了围岩的整体强度,实现了主动支护与被动支护相结合,可有效解决破碎围岩的变形问题。     

静态破碎剂膨胀机理及可控性的研究

本文分析了影响静态破碎剂（简称ＳＣＡ）破碎性能的因素，建立了ＳＣＡ结构模型。在此基础上研究了ＳＣＡ的膨胀机理，提出了增加膨胀力即靠增加膨胀剂的途径。分析了喷孔的原因并提出了杜绝喷孔的理论。新模型完善了ＳＣＡ理论，为开发和研制新型高效无喷孔ＳＣＡ提供了一种方法。通过实验研究诸因素对ＳＣＡ性能影响的基础上，采用正交实验研制了两种无喷孔的高效岩石ＳＣＡ。在分析了ＳＣＡ适用温度范围的基础上研制出解决全温破碎的温度控制计，实现了ＳＣＡ在低温下的破碎，并提高了低温、控制、同步破碎的精确度。     

矿物加工工程振动破碎技术与理论

振动破碎技术是实现破碎作业节能降耗的有效方法,可以处理高硬度成分复杂的难处理物料,是矿物加工领域高效粉碎工艺的研究热点。介绍了几种在矿物加工领域有显著应用价值的振动破碎技术;分别阐述了设备的工作原理与工作特性,并论述了相应振动破碎系统的动力学问题。针对应用于振动破碎系统中的转子振动自同步、反共振、控制同步等几种典型的振动理论,总结了设计振动破碎系统的关键理论,展望了振动破碎系统设计理论模型的研究方向。     

石灰基静态破碎技术研究现状与发展趋势

静态破碎技术具有安全性好、效率高、成本低等优点,在岩土、矿山等领域得到了广泛应用。在文献调研的基础上,调研了2000年以来该领域的主要研究内容及研究方法等热点问题,梳理了静态破碎剂的配方、静态破碎技术机理、静态破碎致裂效果及影响因素、静态破碎应用等方面的研究成果。静态受控破裂及符合实际工程环境的实验模型,是今后的研究重点和发展趋势。     

振动破碎技术及其动力学问题

振动破碎机利用刚性机械部件的高频振动，对物料进行高频冲击，破碎比可达20以上(一般破碎机为4～5)，且无需保险装置结构简单、造价较低l2l，是实现超细破碎技术的理想机型，成为目前国际破磨领域的研究热点之一。     

落石连续冲击下废弃混凝土垫层缓冲特性大型现场试验研究

国内建筑垃圾产量逐年递增，处理成本也急剧增加。为了探究废弃混凝土材料在冲击态荷载作用下的动态响应，通过大型现场70 kJ连续落石冲击试验，研究废弃混凝土垫层在连续冲击荷载作用下的缓冲性能。结果表明，采用废弃混凝土垫层后，第1次、第3次和第6次冲击力峰值与无防护情况相比分别减小了76.7%、41.2%和18.2%；垫层缓冲性能存在劣化现象，6次冲击后，冲击力峰值比第1次冲击时增加了3.5倍。随着冲击次数的增加，垫层孔隙率呈降低趋势，且降低趋势逐渐变缓，垫层颗粒平均球度降低，颗粒相对破碎率随装样深度的增加而降低。研究结果可为落石灾害防护提供理论和实践指导。     

我国建筑垃圾处理研究的热点表征——基于CNKI可视化分析

建筑垃圾处理作为一项复杂的社会系统工程，是当今社会广泛关注的焦点，构建无害化、互惠型的建筑垃圾处理模式迫在眉睫。对CNKI近20年建筑垃圾处理文献的高频关键词、主要主题、次要主题、研究作者、研究机构进行可视化分析。同时，绘制关键词图谱和时间分布图谱，发现目前研究主要集中在资源化、减量化、无害化和产业化方面，研究内容呈现多元化、学科属性强的特点。最后，分析了研究存在的不足与建议。     

电气工程自动化节能环保技术分析

随着我国市场经济的快速发展，高新技术与节能环保之间的矛盾日益突出。大量的资源作为高新技术的实验材料被开发利用，在处理与之不匹配材料过程当中出现了浪费严重的情况，这样就阻碍了经济的快速发展。电气工程自动化研究过程当中节能问题日益突出，相关的技术人员相继对节能设计进行了深入探讨。为了能够更好地保证电气工程自动化技术的发展，需要对节能技术进行深入研究，在有效保障电气自动化系统功能的基础之上实现资源的最大化利用。     

煤层气井解堵技术研究

针对煤层气井采气通道堵塞引起的产气效果不佳问题，分析了国内部分地质条件好的区域内低产井主要原因及目前常用解堵技术手段，提出了高能流体解堵技术方法。并进行了高能流体压裂、疏通、清理工艺技术过程研究，取得了工艺过程中所采用参数的匹配、解堵效果评价等基础资料。通过对高能流体解堵技术方法的实际应用，对个别低产井有一定的增产效果，为解决当前煤层气井低产的现状提供了资料。     

难采煤岩的高效破碎方法研究

针对我国难采煤岩比例日渐上升,传统煤岩开采方法效率低下的问题,开展了难采煤岩的高效破碎方法综述研究。首先按照工作原理分类,将现有的煤岩高效破碎技术分为纯射流破煤岩、射流辅助机械破煤岩、冲击截齿辅助破煤岩、碟盘刀具破煤岩、激光破煤岩、钻孔胀裂剂破煤岩,阐述了各煤岩破碎技术的工作原理,并初步总结了各技术的优势。其次综述了各煤岩破碎方法的研究现状,对当前国内研究基础进行了概括,并根据现有研究分析了各技术的局限性,通过建立的局限度指标,对不同煤岩破碎技术的局限性做出了评价,其中射流破煤岩局限度最低,激光破煤岩最高,冲击截齿辅助破煤岩、碟盘刀具破煤岩与钻孔胀裂剂破煤岩,在忽略理论局限指标基础上与射流破煤岩的局限度相同,具有同样的工程应用价值与理论研究价值。最后对我国难采煤岩破碎技术的未来发展趋势进行了分析,在考虑到国内煤岩地质条件向深部开采与难采煤岩发展的趋势基础上,提出了“高地应力的克服或利用”“黏性煤岩的黏度预防或黏度失效”2个发展构想,另外考虑到我国物联网的发展与智能化开采的不断完善,提出了我国难采煤岩破碎技术的未来发展趋势与传统技术发展过程不同,是多种煤岩破碎技术并存且相互联合的构想,从而实现薄煤层、硬质煤层、高瓦斯煤层等其他复杂赋存条件下各种煤岩破碎技术的联合工作。     

基于倾斜摄影测量技术的农房不动产测绘方法研究

针对传统的农房不动产测绘方法繁琐低效、成果单一的问题，以河南省西华县小杜庄村为研究区，通过倾斜摄影测量技术建立三维模型，采用三维测图方法采集农房不动产线划图，重点对基于建筑物立面散点正交原理的屋檐改正算法进行解析，最后将线划图与全站仪实测数据进行对比分析。研究结果表明，线划图的平面中误差为±0.048 m，房屋面积中误差为±0.39 m2，满足农房不动产测绘要求，对于大比例尺地形图生产方法的改进具有重要意义。     

复杂地质煤巷快速掘进技术研究

随着我国经济的快速发展，其对煤的需求量越来越大，带动了我国煤矿业的快速发展。机械化的加入加快了煤的开采，但在开采过程中出现了巷道易片帮等问题，研究分析了控制片帮的解决办法，并对其施工工艺进行优化，在解决巷道片帮的问题中，使用的方法为短掘短支，该方法既快捷又简单，解决了煤巷快速掘进技术中的不足，但该方法也仍旧存在着一些需要改善的地方。     

大型机械化作业下固体废物充填处理超大型采空区

针对超大型采空区传统处理方法具有成本高、技术难度大、安全风险大、效率低等不足，将固废资源利用与采空区处理有机结合，利用固体废弃物对大型采空区进行充填处理，并研究了充填工艺及安全控制方法。以福建龙岩某矿山为例，首先采用Mathews稳定性图解方法对该矿3个超大型采空区的稳定性进行了分析，认为采空区具备了进行大规模机械化充填作业的条件；然后对废弃物充填材料的性质及合理配比进行了试验，得到了建筑垃圾与尾矿砂的最佳配比（体积比）为5∶2；最后应用FLAC3D模拟方法分析了充填后的采空区对下部铁矿开采的影响，开采后顶板位移为5～8 mm、两帮位移为 2～4 mm，变形较小，采空区较稳定，通过对采空区处理费用及消纳建筑垃圾收入的综合分析，所提采空区处理方法的平均成本约9.13 元/m²，远低于其他采空区充填法。研究表明：采用大型机械化作业充填固体废物处理超大型采空区，有助于解决超大型采空区稳定问题，降低采矿成本，提高作业效率，满足非煤矿山超大型采空区处理和固体废物资源利用的实际需要。