不同冲击速度下充填体破坏规律数值模拟研究

采用Ls-dyna数值模拟软件模拟分析了不同冲击速度下充填体破坏规律,确定了不同冲击速度下充填体的破坏形态。低速冲击下,充填体只有中心发生剪切破坏。高速冲击作用下,充填体两端首先发生剪切破坏,随后模型中心发生剪切破坏。随着冲击速度的增加,相邻单元点的速度差值不断增加,但对剪切应力峰值没有明显影响。冲击速度增加到230m/s后,剪切应力在峰值附近的作用时间逐渐变长,直至模型破坏。冲击速度低于230m/s时,剪切应力达到峰值后便逐渐降低,冲击速度越小,降低的速度越快。     

不同灰砂配比胶结材料组合体声发射特性EI北大核心CSCD

充填体是多相复合水泥基材料,被广泛应用于矿山采空区充填。为研究充填体在覆岩作用下的破坏规律,利用单轴压缩声发射试验研究不同灰砂配比的组合充填体受压条件下的声发射特性和材料裂隙演化。结果表明:尾砂占比对组合充填体的声发射特性存在显著影响,在破坏过程中组合充填体的声发射活动由冷缝及软弱面主导,并在试样79%~88%应力峰值时,声发射参数具有显著下降趋势;组合充填体在应力峰值前,声发射能量波动剧烈,b值平稳上升;应力峰值过后,声发射能量降低,b值迅速上升且剧烈地上下波动。利用声发射参数的变化规律可为充填体的破坏进行预测。     

孔隙度变化对充填体动载冲击变形的影响

采用核磁共振仪测定不同浓度充填体试件在饱水状态下的孔隙度,并对充填体进行了动载冲击试验,结果表明:充填体的孔隙度与浓度存在关联,增加充填体的浓度可以有效减小其孔隙度;充填体处于弹性变形阶段时,孔隙度不同,其弹性模量也不同;充填体达到变形破坏时,屈服点应力值随孔隙度的增加而减小;而孔隙度越大,充填体达到变形破坏的时间越短,其峰值应力随孔隙度的增大而减小。     

胶结充填体受压性能的非均质细观损伤研究

基于细观力学,以灰砂比1∶8、料浆质量分数70%的尾砂胶结充填体为研究对象,建立满足Weibull统计分布规律的细观损伤演化方程和细观损伤本构方程,分析了不同均质度条件下的应力-应变曲线,并与实验曲线进行了比较。结合细观尺度破坏的数值计算,研究了胶结充填体细观损伤破坏机制。研究结果表明:建立的细观力学模型能够揭示充填体单轴条件下细观破坏机制;尾砂胶结充填体是一种低均质度的多项介质材料,峰值应力前具有明显的非线性特征,峰后残余应力具有持续降低特性;充填体的破坏是由细观单元损伤破坏导致的。     

三轴压缩条件下全尾砂充填体破坏形式及能量耗散特征分析

针对紫金山金铜矿全尾砂制备的不同灰砂比、料浆质量分数的充填体开展了单轴与三轴压缩试验,探讨了不同围压下充填体的破坏形式及能量耗散与峰值应力、应变的关系。结果表明:随着围压的增大,充填体抵抗变形能力增强,屈服应力及峰值应变增大;充填体的破坏形式主要表现为拉伸破坏及端部平行破裂,随着围压的增大,裂痕明显减少;充填体的峰前能量随着围压的增大而增大,灰砂比也随之增大,充填体吸收总能量的能力增强;可见围压的增大,可以提高充填体的极限强度,该结论对充填体配比的选择具有一定的指导作用。     

充填体表面的破坏与改善途径

由于水砂充填工艺和技术设备的不断改进,以及深部开采控制地压活动等的需要,在我国地下矿山中,水砂充填采矿法得到了一定的应用。在实践中,充埴体表面破坏,充填料混入矿石中而引起的二次贫化,是一个突出的问题。研究充填体表面破坏引起的经济损失、破坏原因及改善途径,是很有实意际义的。     

灰砂比对尾砂充填体峰后承载阶段损伤演化研究

针对不同灰砂比对充填体残余损伤阶段损坏演化进行了研究,首先在试验机上进行不同灰砂比的全尾砂胶结充填体单轴压缩试验,得到不同灰砂比充填体在破坏过程中的应力-应变曲线,再运用损伤力学理论得出不同灰砂比充填体的损伤本构方程及损伤演化方程。分析实验结果可知:随着灰砂比降低,全尾砂胶结充填体峰值应力对应的损伤值降低;随着灰砂比增大,充填体峰后损伤值增大,即加快了充填体的破坏,但达到一定比例时,充填体损伤增长率降低,此时灰砂比抑制了充填体的破坏,临界灰砂比在1∶4~1∶8。     

干燥及饱水充填体的动载破坏特性研究

为了研究不同料浆质量分数的饱水与干燥状态下的充填体在动载冲击下的力学特性,采用分离式霍普金森杆(SHPB)装置对其进行冲击加载,得出两种状态下的应力-应变曲线,并从损伤力学的角度利用Lemaitre应变等价原理与Mazars模型对试验数据进行分析。试验结果表明:料浆质量分数相同时,饱水状态下充填体的极限应力均小于干燥状态下的充填体,说明孔隙水压的存在使充填体更加容易破坏,同时饱水充填体料浆质量分数越大,其刚度越高,达到破坏应力时的变形量越小。在弹性变形阶段,干燥状态充填体更易损伤,在变形破坏阶段饱水状态充填体损伤程度要高于干燥状态,同时得出其损伤本构模型与损伤演化方程。     

大直径深孔爆破技术在矿柱回采中的实践与应用

通过对采空区充填体受力分析，指出减小爆破对充填体的破坏作用是矿柱回采的技术关键之一。针对爆破的各种破坏方式，提出了相应的对策，确定正确的爆破方案，选择合理的爆破参数并采取切实可行的保护措施，以此为高阶段大直径深孔采矿法在安庆铜矿的全面应用提供技术保证。     

不同含水率纯尾砂胶结充填体强度及损伤模型分析

以某金属矿山尾砂、水泥制备成的纯尾砂胶结充填体为研究对象,利用RMT-150C型液压伺服控制系统、传感器采集系统,通过单轴压缩方式进行不同含水率充填体试样变形破坏过程强度试验.试验结果表明:完全干燥状态的试样强度最大,不同含水率对充填体的强度具有明显影响,含水率越高,单轴抗压强度越低.在弹性阶段,水对充填体试样的弹性模量有很大的影响,干燥状态脆性较大,曲线斜率较大,而含水后出现明显软化;水的作用降低了粒间的黏聚力和摩擦力;单轴抗压强度与含水率的定量关系呈多项式下降.不同含水率充填体具有不同损伤特性,水对干燥充填体损伤发展有抑制作用,但含水充填体含水率的增加会促进损伤发展.     

基于声发射不同骨料含量胶结充填体损伤过程试验研究

利用RMT-150C型岩石力学测试系统与PCI-2声发射仪,对纯尾砂、骨料质量分数20%及40%三种胶结充填体试样进行单轴压缩破坏声发射监测试验,研究了3种不同骨料含量胶结充填体力学特性以及基于累计声发射事件率的损伤演化特征。试验结果表明:含骨料试样破坏脆性特征更加明显,同时骨料含量的变化在一定程度上影响了胶结充填体承载损伤演化速度,对其承载能力有较大影响;纯尾砂试样与含40%骨料试样在峰值应力前不同阶段均出现不同幅度的声发射活跃现象,可作为矿山充填体声发射监测破坏预警的前兆信息;适量骨料的加入可起到提升充填性能的作用,但声发射事件率作为预警前兆信息则可能失效。     

泡沫水泥的应用和水泥地面质量问题的处理

1泡沫水泥在煤矿充填巷道中的应用泡沫水泥是一种由水泥和复合添加剂组成的混合物,与水发生水化反应后能形成泡沫体,泡沫水泥已经在处理矿山井下冒落空洞方面得到了成功的应用。目前煤炭科学研究总院和兖州矿业(集团)公司东滩煤矿也开展了用泡沫水泥充填再生巷     

冬瓜山矿床开采方案优化的数值模拟研究

通过正交试验的方法,运用RFPA数值程序研究了不同开挖步骤、充填体刚度、充填接顶情况对铜陵有色金属公司冬瓜山矿挖稳定性的影响。以采场破坏和峰值载荷为评判依据,试验表明,在给定的数值试验条件下,充填接顶对峰值载荷影响最大,而充填体刚度影响最小,这表明,在冬瓜山矿开采过程中,一定要保证充填的接顶质量。     

细观尺度下充填体损伤演化元胞自动机模型研究

为模拟单轴压缩条件下充填体损伤破坏过程,直观反映其细观结构的演化规律,建立了细观尺度下充填体损伤演化的元胞自动机模型。借助SEM图像推演充填体破坏阈值的分布,并采用阈值反比加权法确定摩尔邻居吸收能量的比率,在此基础上利用元胞自动机模型对试样进行单轴压缩模拟试验。模拟结果表明,充填体的损伤是集随机性和确定性于一身的行为,加载初期试样的损伤呈现出整体无序性,随着加载步数的推移,试样损伤演化逐步向局部有序化发展,峰值应力后试样损伤再次呈现整体无序性。充填体的应力、损伤值的演化曲线与实际试验结果基本吻合,二者仅在数值上略有差异,模型精度较高,可为充填体损伤演化过程的模拟提供一种新的思路。     

块石胶结充填体力学与声发射特性研究

借助块石胶结充填体单轴抗压声发射试验,分析试验得到的物理力学参数、声发射参数特征曲线间的关系,得到单轴抗压下充填体力学性能和声发射特性。试验结果表明:块石胶结充填体试件在峰值破坏后至完全破坏阶段呈现出塑-弹-塑性特性;试件在AB区段弹性波释放微弱,BC区段声发射振铃计数缓慢增加但无高能事件产生,表明主要发生弹性变形;CD区段出现较多高能量信号,表明此时试件已经接近破坏的峰值;DE区段高能量信号连续出现并且到达峰值,表明试件完全破坏并失去承载能力。     

矿井水腐蚀对充填膏体强度影响的试验研究

为分析矿井水腐蚀对充填膏体强度的影响,分别采用浓度为10％、20％的NaCl、Na2SO4和MgSO4三种溶液对充填膏体进行了腐蚀,分析了矿井水腐蚀对充填膏体强度的影响,并基于试验现象从化学反应和物理结晶角度探讨了矿井水腐蚀对充填膏体强度的影响机理,建立了充填膏体在矿井水腐蚀作用下强度变化的数学模型.研究结果表明:受Cl-、SO42-和Mg2+腐蚀作用的影响,充填膏体出现了强度先升高后降低的现象,出现强度最大值用时较短,进入强度降低阶段后强度降低速度较快;Na2SO4溶液对充填膏体影响最大,其次为MgSO4溶液,再次为NaCl溶液,充填膏体受腐蚀后强度降低幅度与溶液浓度正相关,建立的数学模型能够反映充填膏体受腐蚀后的强度演化规律.     

腐蚀和养护耦合作用下充填膏体强度演化规律研究

为分析腐蚀和养护耦合作用下充填膏体强度的演化规律,将充填膏体置于两种浓度的NaCl溶液和Na2SO4溶液进行腐蚀和养护,并在各个龄期采用WDW-300型万能试验机进行单轴压缩试验,测试不同龄期充填膏体的单轴抗压强度,在试验基础上分析了强度演化机理,建立了强度演化数学模型.研究表明:在腐蚀和养护耦合作用下,充填膏体的早期强度高于标准养护条件下的强度,随着腐蚀时间的推进,腐蚀溶液中的充填膏体强度逐渐开始低于标准养护,并在达到峰值后进入强度衰减期;NaCl溶液对充填膏体的腐蚀作用较快,而Na2SO4溶液对充填膏体的腐蚀作用较大,建立的充填膏体在腐蚀和养护耦合作用下的强度演化数学模型与试验吻合较好,能够反映充填膏体在腐蚀和养护耦合作用下的强度演化规律.     

充填体的强度

探讨了充填体在控制围岩移动、自立性以及做运输路面三种状态下的破坏模式。提出了强度标准与有关看法     

膏体充填采煤用外加剂各组分作用探讨

探讨了膏体充填采煤用外加剂中的流化组分、引气组分、保坍组分、早强组分的作用和作用机理，指出充填膏体中加入上述4种组分可以保证充填膏体具有优异的保水性能，保持良好的泵送性能，并能降低堵管风险。     

岩石充填体耦合条件下冲击破坏数值模拟分析

通过建立不同岩石厚度的岩石充填体耦合冲击模型,研究其在冲击过程中的竖直速度峰值、压力峰值和能量变化规律。分析表明,当岩石厚度由10cm增加到20cm时,可有效降低冲击作用对与岩石接触一侧充填体单元点的损伤,但继续增加岩石厚度,无法有效降低冲击作用对与岩石接触一侧充填体单元点的损伤;增加岩石厚度难以有效减缓冲击作用对末端充填体单元点的损伤。