液垫式冲击锤撞击过程的动力响应

本文把液垫式冲击锤撞击过程化为有阻尼的自由振动,求得撞击过程的动力响应,并与实测值一致。研究还表明,通过调节液垫结构参数使液垫冲击系统有理想的冲击脉冲,使锤杆中的应力水平降低、跃迁平稳、持续时间延长,将多的冲击能量传给桩柱或岩石,为研究与设计液垫式冲击锤提供了分析方法。     

冲击应力波设计模型：冲击应力波设计模型研究（Ⅰ）

冲击式凿岩过程实质上是冲击应力波产生和传递过程。因而冲击应力波设计机具有非常重要的意义。本文分析研究了冲击应力波的基本特征、设计目标和约束条件，建立了冲击应力波设计数学模型。图３，参１１。     

变分法在冲击应力波设计中的应用——冲击应力波设计理论研究…

本文应用变分法原理，求解出以最小反射波能量为优化目标的冲击应力波极限函数，并就其边界条件，应力波形和能量传递效率进行了分析讨论。     

凿岩机冲击活塞几何形状对入射应力波最大应力值的影响

凿岩机冲击活塞几何形状对入射应力波形有重大影响。应力波最大应力值是应力波形的主要参数之一，应力峰值太高，会导致钻具过早损坏，造成不良后果。在凿岩机输出能量为一定的条件下，由活塞几何形状不同，在钻杆中产生的应力波形及其最大应力波值可能有较大差别。     

矿井深部开采冲击地压发生的规律及影响因素

论文总结了开滦矿区唐山煤矿矿井冲击地压发生的一般规律，将冲击地压的影响因素按照力源因素进行了系统分析，指出构造应力和构造应力大是发生冲击地压的重要因素，在工作面开采过程中坚硬顶板断裂是发生冲击地压的主导因素。     

构造应力作用下冲击地压发生的条件及判据

针对许多矿区冲击显现受构造应力作用影响的特点，用数值计算方法模拟了底板冲击显现，得出了冲击时煤岩体应力变化情况和破坏过程，以及数值模拟冲击时所具有的特征．在此基础上研究了不同侧向加载系数对冲击发生条件的影响，提出了在不同加载条件下，冲击时存在不同的临界水平应力；研究了不同的煤岩组合情况对冲击发生条件的影响，得出了顶、底板中存在着相对硬软的岩层是发生顶、底板冲击的一个必要条件．通过以上综合研究，得出了构造应力作用下冲击地压发生条件的判据，并成功应用于现场实际冲击危险预测．     

典型深厚表土煤层冲击地压模式研究

煤矿冲击地压发生过程可描述为外部力源驱动围岩结构失稳或系统平衡状态突变。冲击地压发生过程中,应力起着重要作用。根据主控性应力来源或类型可得到我国煤矿冲击地压的区域性特点。其中,深厚表土地层控制型冲击地压属于巨野矿区特有的冲击地压类型,其显现特征与地层结构具有密切的关联性。针对此类冲击地压,通过案例与现场监测数据分析,探讨了典型深厚表土煤层冲击地压特征,结合煤层应力演化分析,表征了深厚表土煤层瞬时冲击和延时冲击过程,最后通过相似材料模拟试验揭示了煤层应力演化与覆岩运动、地层变形之间的关系,并对典型深厚表土煤层冲击地压模式进行了验证。研究表明:覆岩整体失稳促使煤层应力快速达到冲击地压临界应力,发生大能量冲击地压,表土层持续变形和移动促使煤层应力缓慢达到冲击地压临界应力,再次发生冲击地压;离层发育高度与回采距离有关,但具有明显的"平台效应",煤层应力演化与离层发育有关,但相对于回采距离具有明显的滞后性;瞬时冲击地压加载机理为"覆岩结构运动→煤层应力演化→冲击地压",延时冲击地压加载机理为"地层变形→煤层应力增长→冲击地压";最后,提出了深厚表土煤层冲击地压监测对策。     

煤矿冲击地压巷道三级支护理论与技术

建立了冲击地压巷道"应力-围岩-支护"力学模型,得到了考虑巷道支护作用下冲击地压启动应力条件为远场应力大于临界应力,停止的能量条件为近场围岩吸收能量和支护吸收能量大于远场释放能量。基于巷道围岩与支护体动力响应分析发现,冲击地压发生过程中围岩阻尼特性、锚固岩体的抗冲击吸能特性及巷内支护体的阻尼及刚度对冲击载荷作用下巷道围岩的稳定性具有重要影响。提出巷道冲击地压防冲支护应从静-动力学两个角度,同时考虑"启动—破坏—停止"全过程。①在冲击启动前,依据冲击启动的应力条件降低煤体应力,减少弹性能积聚,提高支护阻力,增加启动难度;②依据冲击停止的能量条件,在冲击过程中,通过改变煤岩体结构与介质属性,吸收或消耗冲击能;③在冲击应力波传播的末端,通过提高巷内支护结构阻尼吸收剩余冲击能,减弱冲击应力波对巷道支护结构的破坏。提出冲击地压巷道支护结构应具有让压可缩与吸能特性,防冲支护应根据冲击地压能量特性进行分级设计。研发了吸能锚杆索、吸能O型棚、吸能液压支架等吸能支护装备,利用吸能构件的结合及功能互补特性建立了三级吸能支护体系,三级吸能支护系统具有径向让位、环向可缩以及轴向稳定特性,实现了冲击地压巷道三维...     

煤层掘进工作面超高压定点水力压裂防冲机理研究

针对煤层掘进或回采过程中发生的冲击危险,提出了一种新的卸压防冲措施——超高压定点水力压裂技术。理论研究认为,水力压裂防冲是压裂与注水软化煤层、压裂降能、压裂引起应力转移与应力均化共同作用的结果;压裂降能与压裂注水能显著降低煤层破坏时单位时间内释放的能量,从而降低冲击危险程度;注水软化、应力转移与应力均化是一个相对缓慢的过程,实际应用过程中应提前安排施工时间。华丰煤矿现场试验的成功,表明超高压定点水力压裂能起到预防冲击危险的作用。     

基于应力法的冲击地压预测系统的研发与应用

冲击地压发生前期,煤岩体深部弹性能量产生传递转移,同时产生间歇性的应力脉冲信号,针对应力脉冲信号的传递特性,利用新研制的冲击地压信号记录监测仪,实现了对应力脉冲信号的连续动态监测与自动分析,开发了冲击地压预测预报信息软件系统,有利于冲击地压的预测预报与防治。     

扰动载荷对冲击矿压危险性的影响研究

能量积聚程度及积聚位置是判别冲击矿压是否发生的2个重要参数,据此提出了评价冲击矿压危险性的能量密度准则。运用LS-DYNA模拟了扰动载荷作用下巷道围岩的能量积聚过程及应力波强度对冲击矿压危险程度的影响,得到了一定围岩应力状态下巷帮围岩能量积聚的大小、位置及能量密度因子等结果。模拟研究表明:1)随扰动强度pmax的增加,能量积聚区总体向外扩张,范围增大,且能量积聚区逐步向巷道边缘位置移近;当pmax由5 MPa至20 MPa变化时,巷道围岩能量积聚区最大能量密度Udmax由2.007 MJ/m3增至3.981 MJ/m3,增幅达到198%。2)受扰动影响,能量积聚区逐步向巷道边缘位置移动,能量密度因子值增大,k值由1.384 MJ/m4增至4.976 MJ/m4,增幅达到259%,发生冲击矿压的危险性显著提高。     

冲击地压应力波作用机理

针对动载扰动下大型冲击地压的发生及演化过程难题,分析了采场动载应力波的产生机制,研究了动载应力波与静载耦合作用下煤岩体冲击破坏规律,从应力波的产生、传播与致灾过程详细解释了大型冲击地压演化机理。研究结果表明,采场高位坚硬顶板断裂与深部应力集中区煤体破断所产生的动载应力波幅值随着煤岩体强度增大而升高,应力波持续时间随着破断尺度增大而增大,说明在煤矿开采过程中,顶板或煤体强度越高、破断尺度越大,越容易产生大能量的动载应力波;动静载耦合冲击破坏实验结果证实,高静载、高动载应力波、静载与应力波耦合加载条件均能使煤岩体发生冲击破坏,且随着轴向静载的增大,试样发生冲击破坏所需的临界动载应力波强度先增大后减小,其上升段与下降段的分界点约为单轴抗压强度的50%。当静载达到该临界点时,煤体发生冲击破坏所需的动载应力波强度急剧减小,说明高地应力环境煤岩体受到动载应力波的影响更为显著;现场大尺度模拟分析表明,动载应力波作用下,采场煤岩体塑性破坏区范围逐渐增加并主要集中在巷道两侧,且随着应力波幅值和持续时间增加,塑性破坏区范围不断扩大;研究提出了冲击地压应力波作用机理:动载扰动下冲击地压是静载、动载应力波与煤...     

液压凿岩机冲击机构密封效果及寿命的探讨

一、冲击锤的工作状况液压凿岩机的工作压力，一般在13MPa以上，冲击次数为3000～4000r／min，因而冲击锤是处于高压、高频的轴向往复运动状态，它的密封的可靠性和使用寿命，是设计与制造的一项重要指标。密封不好，不仅会引起效率的急剧下降，达不到所需的工作压力，影响能量利用率和作业的稳定，而且会增加油液的消耗，所以冲击锤的动密封是一个相当重要的问题。二、密封结构的选择密封结构的形式很多，由于冲击锤处于高压、高频、强冲击的轴向运动工作状况，其密封是比较复杂的。根据实践，采用2段密封，即间隙一低压回油槽一密封圈（…     

高能射流式液动锤低阻高效冲锤结构研究

为了对SC-86H型高能射流式液动锤冲锤结构进行优化,应用CFD动态分析,对2种不同冲锤结构的射流式液动锤模型进行了研究。计算表明:在相同输入流量下,新型冲锤结构的射流式液动锤与原冲锤结构相比性能具有优势,冲击末速度得到了提高,冲击功与能量利用率平均增长7.9%与12.7%,新型冲锤结构减小了流体阻力消耗的能量,更有利于高能输出。另外,通过Ls-dyna非线性动力学分析,对2种冲锤结构的碎岩效果进行了研究,并对新型冲锤应力强度进行了分析。结果表明:新型冲锤结构的能量传递效率更高,且满足疲劳强度校核,相同冲击末速度下,岩层吸能值高于原冲锤结构;新型冲锤结构的吸能率较高,2种冲锤模型的吸能率随入射能量成非线性增长。     

钎杆冲击能传播的理论分析与测试

一维纵波在钎杆中传播，传递同等的冲击能量，其峰值系数越小，则越有利于钎具的寿命：而能量分布矩越大，则越有利于能量向岩石中的传递。通过测试系统测得冲击应力，经数据处理，就可以提供有关参数，以便于选择、设计优良的凿岩系统。     

孤岛工作面见方期间矿压规律研究

为了研究孤岛工作面见方期间冲击地压发生机理,防止冲击地压的发生,以山东能源集团梁宝寺矿3210工作面为例,通过FLAC3D数值模拟与现场布置应力监测对孤岛工作面见方期间应力分布进行研究,得出能量的积聚与传递过程、工作面见方期间煤体应力峰值及回采对超前影响距离,通过研究安全回采了3210孤岛工作面原煤25万t。     

轴向静荷载下受频繁动力冲击时软/硬岩力学特性试验研究

为了对比研究软岩和硬岩在轴向静荷载受频繁动力冲击作用下的力学特性,对取自冬瓜山铜矿的矽卡岩(硬岩)和大理岩(软岩)开展了动力冲击试验。试验结果表明:轴向静荷载对两种岩石累积冲击次数影响显著,累积冲击次数与轴向静荷载呈二次函数下降关系。大理岩和矽卡岩动态峰值应力均随冲击次数的增加而降低,矽卡岩动态峰值应力与冲击次数呈指数函数关系,大理岩动态峰值应力与冲击次数呈线性函数关系。随着冲击次数的增加,动态弹模整体呈下降趋势,矽卡岩在轴向静荷载为75 MPa和90 MPa时动态弹性模量呈现阶段性特征,并出现冲击疲劳期。大理岩动态弹性模量与矽卡岩在轴向静荷载为110 MPa时的变化规律一致。矽卡岩在75 MPa时,在冲击后期出现了吸收能量的现象,但在90 MPa和110 MPa时,整个冲击过程均为释放能量状态,而大理岩在冲击作用下均为吸收能量状态。     

基于仿真反击式破碎机破碎力与冲击速度的研究

运用瞬态动力学软件MSC．Dytran，对反击式破碎机中板锤冲击碰撞岩石的过程进行有限元仿真，研究了冲击碰撞过程中破碎力的变化过程，通过破碎力的分析得到了适当的冲击速度，对反击式破碎机的设计优化具有理论指导意义。     

多因素应力叠加冲击危险性评价应力增量取值实测分析

为了使多因素应力叠加冲击危险性评价方法中应力增量取值更加符合现场实际，对双合煤矿冲击地压多因素耦合叠加影响区域进行了分区，通过不同分区的现场实测数据分析，研究了不同分区冲击地压多因素耦合叠加及单一因素影响下的煤体应力增量。结果表明：工作面采动影响下的应力增量系数为1.73，断层构造应力增量系数为1.3，采空区覆岩传递应力增量系数1.35，见方影响下应力增量系数1.5。研究成果可为条件相似工作面或相邻工作面冲击危险性预评价中的应力增量取值提供参考，提高多因素应力叠加冲击危险性预评价的准确性。     

厚硬顶板冲击地压发生机理及防治实践

基于鄂尔多斯地区冲击地压矿井厚硬顶板加坚硬煤层的特征，对宽煤柱开采条件下冲击地压发生过程进行分析，揭示了该区域冲击地压是由厚硬顶板破断引起煤体高应力区动力系统失稳产生震动、激发应力波，应力波与塑性区煤体相互作用而产生的；以巴彦高勒煤矿为例，采用深孔爆破对巷道顶板进行卸压。结果表明：在未断顶区域，顶板发生极限破断引发大能量微震事件，能量释放集中在沿空巷侧，现场存在动压显现现象；在正常断顶区域，微震活动比较平稳，能量集中区未对巷道形成直接影响；工作面来压周期平均2.4 d，来压步距14.5 m，未出现持续性高强度来压；顶板观测孔裂隙发育良好，有效半径可达4 m。