基于声发射的坚硬煤断裂韧度测试与应用

为解决采煤机在坚硬煤层开采过程中安全高效问题,基于现场开采煤层的赋存条件,采用点荷载仪结合声发射进行5-2煤断裂韧度测试并获取相关物理力学参数,优化确定采煤机单滚筒截割功率为1051kW,总功率为2583kW,满足生产要求。这为后续采煤机参数优化确定提供值得借鉴的方法和依据。     

辉长岩断裂面损伤度与断裂韧度的关系

利用ＣａｍｂｒｉｄｇｅＱｕａｎｔｉｍｅｎｔｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ９００图像分析仪，对不同加载率ｋ（＝１００～１０６ＭＰａｍ１／２ｓ－１）条件下断裂的辉长岩短棒试件断裂面附近的损伤度（单位测量面积内裂纹所占面积百分比）进行了测量。结果表明，在静态或准静态加载条件下，辉长岩的损伤度近似于一个常数，但在动态（冲击）加载时（ｋ≥１０５ＭＰａｍ１／２ｓ－１），损伤度随ｋ的增加而增加。这一结果与辉长岩断裂韧度随ｋ的变化规律一致。根据所得结果，发现辉长岩断裂韧度与断裂面损伤度有着良好的线性关系。     

岩石断裂韧度的加载率效应的分形研究

本文对不同加载率（Ｋ＝ｌ０￣０～１０￣６ＭＰａｍ￣（１／２）ｓ￣（－１））条件下断裂的辉长岩短棒试件的断裂面进行了分维测量。结果表明，在静态或准静态加载条件下的断裂面分维数近似为一个常数，但在动态（冲击）加载时，分维数随着加载率的增加而明显增加。这与辉长岩断裂韧度随加载率的变化规律一致。由比发现辉长宕断裂韧度与断裂面分继数有良好的指数函数关系。这说明通过辉长岩断裂面的分维数测量与分析，有可能直接获得断裂韧度值以及断裂时经受的加载率等数据。     

基于凯瑟效应的小厂坝矿区地应力分布规律研究

正确掌握矿区地应力分布规律对于深井开采过程中如何合理选择巷道布置方式、巷道断面形状、采场推进方向、支护形式、支护参数、开采顺序、顶板管理方法等有重要意义。本文采用AE法对小厂坝深部地应力进行了测量,掌握深部地应力的方向、大小和分布规律,测量结果显示:小厂坝矿区深部地应力较大,属于高应力状态,地应力随开采深度的增加呈增大趋势,在深部矿体开采过程中,应加强地压监测,合理布置采矿工程。     

松藻矿区羊叉滩井田煤层气赋存特征研究

为了研究煤层气资源赋存情况并探讨合理利用煤层气的有效模式,基于煤田地质勘探、矿井生产资料和实测煤层甲烷等温吸附数据,对松藻矿区羊叉滩井田煤层气的赋存特征进行了综合分析研究,指出井田内不仅煤炭储量丰富,而且煤层气赋存条件良好,煤层气资源丰富,具有良好的综合开发利用价值,但鉴于煤层气渗透率低,建议采用地面抽采与井下抽放联合开采模式.     

不同赋存深度煤的物性特征

浅部矿产资源日益枯竭,深部地下开采将成为常态。因此,对不同赋存深度,尤其是超千米深煤岩开展系统研究具有重要的工程意义。现有研究大多通过改变围压、温度等条件来模拟岩体所处的外在环境,并未采用真实赋存深度样品开展研究,同时忽略了原位岩体初始结构、物质组成和性质的差异。对取自平顶山矿区已组煤层300,600,700,850和1 050 m五个不同深度的煤岩开展系统试验,研究不同赋存深度煤岩成分、细观结构、瓦斯吸附及声学特性。测试结果表明:随着赋存深度增加,煤的组成和结构发生改变,变质程度增大,结构更为致密,瓦斯吸附能力增强,超声波在其内传播发生散射和折射的几率减少,损耗能量降低,纵波波速增大。该成果可为后续开展不同赋存深度煤岩宏观力学特性相关研究提供借鉴。     

神东矿区短壁机械化开采工艺研究

针对神东榆家梁煤矿42216回采工作面,从巷道布置、设备配套、巷道掘进、巷道支护、煤柱设计、回采工艺、顸板管理、通风系统等方面,对短壁机械化开采工艺进行研究回采率发现:使用短壁机械化开采工艺能够大大提高回采率和人员工效.     

煤炭深部开采与极限开采深度的研究与思考

从分析开采深度的增加导致一系列工程灾害如岩爆、煤与瓦斯突出、顶板垮落、底板突水等日益严重的特点入手,阐述了国内外关于深部、浅部差异的量化界线。进一步针对煤炭科学开采对资源储量和开采技术发展水平的要求,从工作面环境温度、巷道变形控制以及采动岩体能量聚集灾变等方面,论述了极限开采深度的概念,给出了极限深度范围。     

神东矿区无煤柱开采关键技术及应用研究

为了进一步提高煤炭资源回收率,减少矿井掘进队伍数量,降低巷道掘进进尺,提高掘进率,消除由于区段煤柱留设带来的采空区遗煤自燃隐患和集中压力影响,神东矿区研究应用无煤柱开采技术,通过理论设计和现场实践应用相结合的方法,持续优化施工工艺,研究得出了适合神东矿区开采条件的柔模混凝土和切顶卸压沿空留巷工艺,研发了沿空留巷液压支架、内嵌式锚索、恒阻锚索等关键创新设备,应用结果表明在神东矿区近水平、浅埋深条件下采用沿空留巷和沿空掘巷无煤柱开采工艺是完全可行的,有限提高了掘进效率,缓解了接续紧张,保证了顶板安全。     

神东矿区回撤阶段调节巷适用的合理埋深研究

针对神东矿区补连塔煤矿12401,12402工作面在回撤阶段调节巷易诱发工作面端面冒顶的问题,采用FLAC3D三维有限元软件就埋深对调节巷交叉点围岩稳定的影响进行了数值模拟研究。结果表明:基于煤体稳定时调节巷适用的极限埋深为213~318 m,基于围岩变形可控时调节巷适用的极限埋深为165~229 m,最终确定神东矿区调节巷适用的合理埋深应小于165 m。并得到了补连塔煤矿12405和12406、大柳塔煤矿52304和52303工作面的回采验证,为神东矿区类似条件下综采工作面的快速安全回撤提供参考。     

Mode I rock fracture toughness with different types of brazilian disc

According to the results evaluated by researchers for mode I rock fracture toughness measurement, a series of comparison tests with different types Brazilian discs were conducted in order to search for the simplest geometry specimens by which accurate,comparable and consistent mode I rock fracture toughness could obtain.     

不同岩石巴西劈裂强度的尺寸效应

通过对3种厚度在20～50mm不等的圆柱形岩石试样进行巴西劈裂试验,采用统计和回归的方法分析了试样厚度对岩石劈裂强度的影响,得出单轴抗压强度越大的岩石,巴西劈裂强度的尺寸效应越明显;不同岩石劈裂强度的尺寸效应各有不同,白色大理石劈裂强度随试样厚度增加呈线性减小,硅质砂岩劈裂强度随试样厚度增加呈线性增大,炭质泥岩劈裂强度随厚度增加呈指数增大.拟合这3种岩石劈裂强度与厚度关系的函数,相关系数都在0.99以上.试验结果还表明,不同岩石劈裂时横向应变和轴向应变也受试样厚度的影响,存在明显的应变尺寸效应.     

不同侧压下沉积岩石变形与强度特征

基于沉积岩石类型,系统地研究了在不同侧压条件下不同岩性岩石的力学特性。研究表明,沉积岩的变形和强度以及破坏机制与其所承受的有效侧压大小有关,不同岩性岩石的刚度和强度均随侧压的增大而增大;不同岩性岩石的应变软化性态和破坏机制也均随侧压的增大而发生转化。     

神东矿区不同埋深弱胶结砂岩的孔隙结构特征研究

为了研究神东矿区不同埋深弱胶结砂岩的孔隙结构特征,以布尔台煤矿4种不同埋深弱胶结砂岩为研究对象,运用低场核磁共振测试仪对4种不同埋深试样进行了测试,分析了不同埋深弱胶结砂岩的T2谱特征、孔径分布和孔喉分布.研究结果表明:4种不同埋深弱胶结砂岩(92.14～94.30 m,118.40～120.69 m,242.27～2...     

岩石强度对于组合试样力学行为及声发射特性的影响

为研究岩石强度对煤、岩体整体失稳的影响,测试并研究了不同组合煤岩试样单轴压缩过程的破裂形式、应力应变特性、试样强度、声发射特性等规律,分析了岩石强度对于组合试样力学行为的影响。结果表明:组合试样应力-应变曲线位于煤体和岩石之间,更加靠近煤体;随着岩石强度的升高,组合试样从屈服到达峰值的速度越来越快;煤体相同条件下,岩石的强度较低时,组合试样裂纹会向岩石内扩展,同时岩石发生拉伸破坏,岩石强度较大时,破裂主要发生在煤体内;组合煤岩试样屈服点和峰值的应力比值相差不大,屈服点和峰值的应变比值随岩石强度的升高不断升高,两者比值和岩石强度呈线性关系;组合试样峰值应力处声发射信号能量值和脉冲值随岩石强度的增加呈线性升高。     

预制双圆形孔洞砂岩强度与变形破坏特征

岩石材料由于其天然形成过程的复杂性,内部赋存了大量的微裂隙、孔洞等缺陷。为研究岩石孔洞之间的相互作用机制及孔洞对岩石力学行为的影响,分别对不同次孔洞直径和不同孔洞几何布置的双圆形孔洞砂岩试样进行单轴压缩试验,以获得其强度、变形及破裂演化规律。试验结果表明,随着孔心连线与水平方向倾角α的增大,试样峰值强度和弹性模量均呈先减小后增大的趋势,在α为30°和90°时分别达到最小值和最大值;随着次孔洞直径d的增大,峰值强度和弹性模量均呈逐渐减小的趋势。双圆形孔洞砂岩的破坏形式受到倾角α和次孔洞直径d的影响,主要表现在起裂形式、主孔洞破裂形式及主次孔贯通模式三个方面。随着倾角α的增大,主次圆孔间的相互作用先逐渐增强后又有所衰减,而随着次孔洞直径d的增大,主次圆孔间的相互作用逐渐增强,这在双圆孔的贯通模式上得到了很好的印证。     

掺早强剂充填体在不同加载速率下裂隙破裂特性

与传统采矿法相比充填采矿法具有环保、安全等特点而在矿山生产中广泛使用,但充填过程中充填体会受到灰砂比、级配、料浆浓度等内在因素的影响,还受早强剂、加载速率等外在因素的影响。通过不同加载速率对掺早强剂与未掺早强剂充填体进行单轴压缩试验及声发射试验,对其力学性能和声发射特性进行研究。结果表明,充填体强度在不同加载速率下会呈现先增后减的趋势,且早强剂掺量不同时充填体的强度增幅也是不同的。而基于声发射特征参数RA和AF发现,随着加载速率的增加,剪切裂隙占比减少,在达到临界加载速率后随着速率的增加剪切裂隙增加。未掺早强剂充填体与掺早强剂充填体相比,在同等速率下加载所产生的剪切裂隙占比较多。     

岩石Ⅰ型断裂韧度估算及其影响因素分析

岩石的I型断裂韧度K_(IC)与抗压强度σ_c之间存在相关性,可根据二者之间的经验关系通过σ_c估算岩石的K_(IC)值,但其估算结果会因测试方法和岩性的不同而有所差异。为了获得更合理准确的岩石K_(IC)估算值,在试验数据统计回归的基础上,建立了不同K_(IC)测试方法和岩性条件下的K_(IC)与σ_c经验关系,并分析了其差异和适用性。结果表明,4种K_(IC)推荐测试方法均可获得良好的K_(IC)与σ_c线性关系,但差异明显,建议使用"V"形切槽巴西圆盘(CCNBD)方法所得经验关系估算岩石的K_(IC)值;结果还表明,利用经验关系估算K_(IC)值的方法更适用于均质各向同性岩石。需要说明的是,估算方法并不能代替实验室测试,并且通过实验室测试建立经验关系是间接获取K_(IC)值的必要前提。     

煤体破裂声发射的频谱特征研究

对受载煤体声发射的频谱特性及变化规律进行了测试及研究分析，结果表明，煤体受载破裂时，其声发射信号的频谱不是一层不变的，而是随载荷及变形破裂过程而发生变化，基本上是随着载荷的增大及变形破裂过程的增强，声发射信号增强，主频带增高．煤体声发射的频谱特征变化与煤体变形破裂过程密切相关．