级配饱和破碎岩石压缩变形与分形特性试验研究

综合利用MTS816.03试验系统与自制的破碎岩石压缩装置进行了不同岩性饱和破碎岩石的压缩试验,分析了岩性、轴向应力、粒径配比和加载速率4种影响因素下试样的压缩变形与分形特性。得出以下结论:1)矸石、泥岩和砂岩试样的压缩过程相似且可分为2个阶段,即为0~4MPa的快速变形阶段和4 MPa后的缓慢变形阶段;而灰岩试样的压缩过程变形速率均匀。2)在相同粒径配比条件下,随着轴向应力的增大,砂岩分形维数单调增大,岩石颗粒破碎程度加剧。轴向应力与分形维数之间关系可用指数函数拟合。3)在试样压缩过程中,Talbol幂指数越大,试样轴向位移越大;加载速率越大,试样轴向位移越小。4)在12 MPa轴向应力下,Talbol幂指数越大,试样压缩后的分形维数增量越大,被压碎的岩石颗粒越多;加载速率越大,试样分形维数越大,破碎程度越低。     

基于CT图像的煤吸附甲烷细观变形分形特性研究

为了定量化研究煤吸附甲烷过程细观变形的各向异性特征,通过ACTIS-CT扫描实验系统,开展了恒定温度下方型无烟煤吸附甲烷过程的吸附变形CT扫描实验;根据CT图像,采用质点追踪应变计算算法定量计算了吸附过程中煤内部细观结构的应变变形,讨论了其变化规律。在此基础上,提出了一种基于CT技术煤吸附气体细观变形的非均质性定量化研究方法,应用盒计数维数法计算了分形维数,定量评价了煤细观变形的非均质性,并基于分形几何和细观应变变形分布的物理描述,讨论了分形维数和甲烷吸附各向异性变形特性的关系。研究结果表明：煤吸附气体膨胀变形首先挤压孔隙或裂缝以获得更大的膨胀空间;煤吸附甲烷后引起的细观变形,其非均质性符合分形特征;分形维数与煤吸附甲烷后的膨胀变形率呈负相关性关系,膨胀变形率值越高,分形维数越低,即煤吸附甲烷后越膨胀,煤整体的非均质应变变形的不规则程度越低;相反,膨胀变形率值越低,则分形维数越高,煤整体的非均质应变变形的不规则程度越高。     

外部荷载作用下混凝土构件表面裂缝发展的分形特性研究

通过混凝土四点弯曲梁的物理实验，验证了混凝土梁表面裂缝具有明显的统计意义上的分形特性，表明了采用分形手段研究混凝土表面裂缝的可行性。采用分形手段来研究混凝土构件表面裂缝的发展情况，并得出了梁表面裂缝的分形维数与梁跨中挠度存在明确的定量关系。将分形理论应用于描述混凝土裂缝的发展情况，为混凝土结构的设计和维护提供了理论依据。     

崩塌堆积体变形分形分区研究

在对129个监测点的24 692期监测数据进行详细分析处理后,运用混沌与分形理论,通过相空间重构,计算出反映小湾电站饮水沟崩塌堆积体变形系统动态特性的关联维数;提出了运用关联维数对堆积体边坡变形进行分区的方法.     

分形理论在金属切削加工中的应用

介绍了分形理论的基本概念,论述了分形理论在加工表面质量评定、刀具磨损、加工设备状态监测中的应用现状,对分形特征进行了数学描述,并提出了分形维数,关联维数的意义和计算方法。     

外部荷载作用下混凝土构件表面裂缝发展的分形特性研究

通过混凝土四点弯曲梁的物理实验,验证了混凝土梁表面裂缝具有明显的统计意义上的分形特性,表明了采用分形手段研究混凝土表面裂缝的可行性.采用分形手段来研究混凝土构件表面裂缝的发展情况,并得出了梁表面裂缝的分形维数与梁跨中挠度存在明确的定量关系.将分形理论应用于描述混凝土裂缝的发展情况,为混凝土结构的设计和维护提供了理论依据.     

地质断裂面分形性研究

通过现场勘察发现，地质断裂面的几何形态表现为粗糙起伏的不规则性质，这种性质可以用分形几何学描述。以阜新矿区刘家沟Ｆ１号地质断裂露头为窗口，研究断裂面的分形性质，研究表明，断裂面具有各向异性分形特征。     

煤矿安全事故分布分形特征和时间序列研究

本文根据分形理论对我国煤矿安全事故进行分析,研究了煤矿安全事故分布的分形特征以及煤矿顶板事故时间序列的分形特征.通过盒子数计算了我国煤矿2001～2005年之间安全事故的分形维数,数据拟合发现,煤矿安全事故的分布具有双分形特征,即安全事故的分布具有两个无标度区间,且两个无标度区间分界点是110km,说明分界点的两个无标度区间受到不同安全因素的控制.应用R/S分析法对2003-2005年我国煤矿顶板事故时间序列进行分析,发现煤矿顶板事故时间序列具有分形特征,且赫斯特指数H＞0.5,这说明顶板事故的发生具有正相关性,通过对顶板事故的统计可以看出,从2003～2005年,我国煤矿顶板事故开始逐年减少,因H＞0.5,可以预测未来顶板事故的发生具有减少趋势.     

水布垭地下厂房围岩应力分析研究

应用ＲＯＣＫＹ分析程序对清江水布垭水电枢纽地下厂房区围岩原始应力场及开挖地下空间后的应力场进行了有限元非线性数值模拟,所得结论已成为水布垭设计的依据。     

电解机械复合抛光表面的分形特性研究

在对机械加工表面的分形特性研究的基础上,利用触针式轮廓仪对电解机械复合抛光表面进行了测量,并利用分形理论分析了不同工艺参数对表面分形维数D和表面粗糙度Ra的影响。研究结果表明,在电解机械复合抛光中电流密度对分形维数D的影响不大,分形维数D与表面粗糙度Ra有一定的对应关系。     

综掘巷道超前支护装置及其应用研究

为了解决巷道掘进面事故频发,超前支护越来越得到重视,而传统的临时超前支护方式存在诸多弊端,如支撑力不足,支护面积小,作业耗时长、工人劳动强度大、作业安全无保障,已不能适应当前巷道围岩变形特点,本研究将应用新研制的超前支护装置,结合现场工业性试验以及FLAC数值模拟进行验证。结果表明,该新型超前支护装置结构设计合理可靠,易操作,对于提高巷道开挖后第三向应力水平具有积极的作用,并且该装置可以实现在巷道开挖后“无支护-临时超前支护”等工艺过程的无缝衔接过渡,显著地提高了采煤正规循环率,同时应用该装置的工作面,不仅增强了工人的安全感,也提高了工作效率。超前支护装置在王庄煤矿应用的整个工业性试验期内取得了很好的支护效果与经济效益,完全可以满足安全生产的需要。     

煤矿软岩巷道矿压显现与控制

本文系统地总结了我国煤矿巷道在软岩分类、软岩属性及软岩判定等方面的研究成果 ;并根据软岩巷道的围岩变形规律和压力特点 ,针对煤矿巷道使用及安全等方面的要求 ,论述了煤矿软岩巷道支护的基本原则 ,重点介绍了U型钢金属可缩性支架壁后充填、锚注加固等一些非常规性的 ,但对软岩巷道维护行之有效的支护措施     

岩体裂隙的分形研究

利用分形理论对岩体裂隙进行研究。通过具体实例计算得到的结果验证了分维值D可以用来作为描述裂隙发育程度的一个指标，并单独分析了岩体裂隙分维值D与一定面积内裂隙累计长度L之间的关系，给出了计算裂隙分布图像分维值的公式。     

露天转地下开采巷道变形监测及灰色预测

利用WRM-3型收敛计对大冶铁矿露天转地下挂帮矿开采的巷道进行了收敛监测,通过对监测结果的分析,确定了影响巷道收敛的因素。同时结合大冶铁矿的现场实际,给出了灰色模型在预测巷道变形趋势方面的应用,认为灰色预测方法在地下工程位移监测中是适用的。     

煤矿井下复杂顶板巷道支护工艺研究与应用

针对新村煤业13111上顺槽掘进巷道顶底板软岩巷道顶板变形严重、支护困难等问题,通过从理论研究、取样分析、现场测试等方面进行研究,在此研究的基础上对原巷道施工断面、锚杆索支护参数、支护工艺等进行优化改进。经现场应用及测试结果显示,采用优化后的支护方案后,巷道围岩变形得到有效控制,工作面实现了安全高效回采。     

顺拉综放工作面中间巷围岩控制技术探索与优化

为解决枣园煤业22071顺拉综放工作面中间巷动压影响范围内巷道压力集中,维护困难等问题,矿井采用工程实践对比分析的方法对中间巷动压影响范围内围岩控制技术进行探索和优化,结果表明：采用锚网索主动支护超前替棚配合超前液压支架联合支护技术可有效降低中间巷动压影响范围内围岩变形速率,相对比π型钢梁配合单体柱被动支护,围岩变形速率由150mm/d降低到40mm/d,减少巷道维护工程量近三分之二,满足了矿井安全高效生产的需要。     

软岩巷道支护强度优化的相似模拟研究

通过实验室相似材料的模拟试验,分析了软岩巷道支护强度和巷道围岩变形率之间的关系,指出软岩巷道存在一个合理的支护强度范围。试验结果表明,对于-500m下单轴抗压强度为20MPa的软岩巷道,0．3～0．5MPa的支护强度是既经济又合理的支护强度。这一结论为软岩巷道支护的工程实践提供了理论依据。     

神角矿采动大巷围岩破坏特征与控制技术

以神角矿为工程背景,对该矿2#煤层大巷的破坏形态进行了现场监测和分析。为有效控制巷道围岩塑性区形成和发展,利用FLAC3D数值模拟方法对巷道周围主应力发生不同角度偏转情况下的巷道塑性区形态的不同分布规律进行了研究。根据受工作面采动影响段大巷的变形破坏形态以及后期大巷的服务内容和年限,进行了大巷翻修方案设计,并进行了工程应用,取得了理想成效,可供类似矿山参考。     

采场围岩变形与破坏监测技术研究进展及展望

深部煤炭资源开发面临更多复杂、多变、高难的开采地质问题,采场围岩形态结构是矿井安全生产的重要评价指标之一,开展采场围岩变形与破坏测是判别矿井隐蔽致灾地质问题的重要技术保障。在煤炭工业快速发展的近20余年时间里,围岩体形变监测技术取得了长足的进步,基于矿山采场围岩体变形与破坏的影响因素,按照监测形式对监测技术进行了划分,归纳了当前用于矿山采场围岩变形与破坏监测的钻孔测试技术、地球物理探测技术、光纤监测技术及其他测量技术及其特点,结合煤层顶底板、巷道两帮空间监测的工程应用实例,介绍了不同监测技术的主要进展、优缺点以及适用性,讨论了探测技术的革新趋势和未来矿井安全生产中采场围岩变形与破坏监测技术的发展方向。同时,也认识到现有监测技术虽然已取得显著的监测效果,但是仍不能够满足矿井现代化、智能化生产需要。对于监测技术的进步而言,既需要技术装备的不断优化,更是要跨学科、跨专业科学技术理论的完善与更新。在当前地学大数据、云计算、人工智能新一轮科技创新基础上,今后采场围岩变形与破坏的监测技术必然向多元化、多参数、智慧化、全程监控的方向发展,监测方式也将不断地向可视化、动态化的监测预警模式过渡,融合监测技术发挥多参数的作用将越来越重要。     

桁架锚索支护技术在大断面巷道支护中应用

针对13031切巷大断面在采用原支护方式情况下出现巷道顶板下沉量和巷道两帮位移量增大,巷道变形较为严重等问题,结合复合桁架结构锚索支护技术原理,并采用FLAC3D进行数值模拟,确定采用桁架锚索的长度及桁架搭接长度等合理技术参数,按照参数对巷道支护方案进行优化设计并在现场实施,根据现场观测及实施效果表明,采用复合桁架锚索技术支护后,巷道顶板下沉量为87mm,巷道两帮位移量为46mm,巷道围岩变形量未超过规定要求,达到了控制巷道顶板的要求。