加载速度对随机缺陷岩样破坏过程的影响

在单轴平面应变压缩条件下,采用FLAC模拟加载速度对具有随机材料缺陷岩样破坏过程的影响。采用编写的FISH函数规定随机缺陷及统计发生破坏的单元数。密实岩石服从莫尔–库仑剪破坏与拉破坏复合的破坏准则,破坏之后呈现应变软化–理想塑性行为。缺陷破坏之后经历理想塑性行为。随着加载速度的提高,强度及其对应的应变提高,峰后应力–变形曲线变得平缓。在加载过程中,每10个时步内破坏单元数–轴向应变曲线中存在破坏单元数有显著增加的3个区段。随着加载速度的提高,该曲线的区段2及3变得开阔,区段2的峰值降低,区段3的峰值提高。在初始加载阶段和缺陷全部破坏之前,加载速度较高时的破坏单元总数–轴向应变曲线比较平缓,这是由于加载速度较高时试样内部的裂隙传播和应力转移不充分,当应变小于一定值时,在应变相同时,破坏单元数较少。破坏单元总数–应变曲线表明,随着加载速度的提高,试样最终遭受到更严重的破坏。     

煤与瓦斯突出射流机理研究进展

煤与瓦斯突出是我国煤矿最严重自然灾害,目前其研究还远未达到机理清晰、规律明确的程度。基于煤与瓦斯突出机理仍处于假说阶段的实际情况,总结了煤与瓦斯突出机理国内外研究现状,提出利用多相流体力学、固体力学和岩石断裂力学等交叉学科的优势,从大量现场观察到的煤与瓦斯突出射流特征出发,基于含固气两相流体多孔介质射流理论、孔隙瓦斯压力局部化理论研究煤与瓦斯突出机理,给出了煤与瓦斯突出连续射流模型,并进行了数值模拟。结果表明：采用射流理论研究煤与瓦斯突出是可行的。     

冲击波作用下巷道破坏规律相似模拟研究

利用爆炸加载的方式,采用相似材料模拟试验方法,借助数字散斑观测手段(DSCM),研究不同炮孔位置和装药量条件下巷道变形破坏规律。试验结果表明,微量炸药引爆后,冲击应力波以巷道方向传递为主,巷道顶板附近形成裂纹、破碎或坍塌区;当装药量足够大时,冲击波对上部岩体破坏力明显增大,冲击能是影响巷道破坏程度的主要因素。试验结果还表明,高速冲击载荷作用下巷道围岩体破坏过程可分为拉剪裂缝、重复拉剪破碎和破坏三个阶段。其中,当炮孔距离巷道为450mm,装药量为6.0g时,巷道顶板附近出现裂缝,属于拉剪裂缝阶段;当炮孔距离巷道为300mm,装药量为6.0g时,巷道顶板附近裂缝较为发育,且巷道顶层出现部分塌落,属于重复拉剪破坏阶段;当炮孔距离巷道为200mm,装药量为8.0g时,巷道顶板出现塌落,且四周破坏,属于破坏阶段。研究结果为冲击地压巷道破坏预测和防治提供了有力参考。     

基于数字散斑技术的深部巷道围岩岩爆倾向相似材料试验研究

借助数字散斑观测技术,采用相似材料模拟方法通过对深部岩巷开挖过程中围岩应力演化特征、变形破坏规律的分析,揭示了深部岩巷围岩稳定性控制机理。分析不同支护作用下开挖速度影响的围岩变形破坏规律,寻求岩爆发生与深部岩巷变形破坏的内在联系。分析实验结果得如下规律：开挖速度加快后,围岩变形塑性区逐渐扩大,深部岩巷岩爆倾向和围岩破坏程度逐渐增大;弱锚网支护对围岩变形有一定的控制作用,强锚网对围岩支护作用明显,支护强度提高,深部岩巷抵抗塑性变形的能力增强,整体变形减小、围岩稳定性提高。     

煤矿冲击地压扰动响应失稳理论及应用

针对煤矿冲击地压问题,对扰动响应失稳理论展开研究,使其从机理、预测和防治方面形成一个完整体系。提出了煤岩体变形系统控制量、扰动量和响应量的概念,分析了冲击地压扰动响应的失稳机理及条件,认为冲击地压是煤岩变形系统在扰动下响应趋于无限大而发生的失稳,若系统处于非稳定平衡状态,则无论扰动增量大小,都会导致系统失稳。严格按扰动响应失稳理论导出了圆形巷道发生冲击地压的解析解,并得到煤岩变形系统扰动量、响应量存在临界指标,临界指标由控制量决定。从控制量、扰动量和响应量的角度对冲击地压的监测和防治进行了叙述,采动应力监测等是针对扰动量的监测,钻屑法、微震法等是针对响应量的监测,合理开采布局、开采保护层、合理留设煤柱、断顶等是针对扰动量的防治,煤层钻孔、注水、爆破、加强支护等是针对控制量的防治。     

预制大尺度单裂纹煤样破坏特征及电荷规律试验研究

为有效提取含有宏观构造煤体失稳破坏的前兆信息,采用试验方法开展了完整煤样和预制不同倾角大尺度单裂纹煤样单轴压缩过程破坏特征及电荷信号规律的研究。结果表明:随预制裂纹倾角(裂纹与轴线方向的夹角)减小,煤样的峰值应力逐渐降低,达到峰值应力时间逐渐缩短,煤样由拉伸劈裂破坏向剪切滑移破坏转变,同时新生翼裂纹由垂直预制裂纹面的翼裂纹向平行预制裂纹面的翼裂纹转变;预制裂纹煤样由于宏观裂纹的存在,更容易发生破裂,在应力峰前就有显著电荷信号产生,因此预制裂纹煤样破裂前兆信息比完整煤样更容易被捕捉;随预制裂纹倾角由60°→45°→30°减小,煤样破裂首次高值电荷信号出现的时间逐渐提前,分别为68.5%σ_c和65.5%T,60.5%σ_c和47.0%T,37.5%σc和30.0%T(T为煤样全程破坏时间),应力峰后破坏阶段电荷信号幅值逐渐减小,电荷累积量曲线突变点增多且首次突变点有所提前;预制裂纹的存在通过改变煤样的变形破裂过程及形式从而实现对煤样破裂产生电荷规律的影响;可根据预制裂纹煤样破裂电荷信号相关特征,对现场进行宏观地质构造探测、以及对煤岩体节理或断层的产状进行合理的推断。有望为预测预报煤岩动力灾害提供新的方法和途径。     

两级回归的流式大数据事件自适应预警方法

流式数据事件具有时间持续性,受采集器频率及外部环境干扰等因素影响,流式数据具有规模大、数据漂移等特征,且事件发生具有随机性特点,导致现有流式数据事件预警方法准确性很低,且在事件完全结束前无法得出判识结果,预警具有滞后性.针对这些问题提出一种两级回归的流式大数据事件自适应预警方法.该方法首先基于海量历史灾害事件,引入一级...     

木城涧煤矿异常条件下回采底分层空间模拟试验研究

通过对北京矿务局木城涧煤矿不具备常规条件下十槽煤底分层的相似材料模拟试验研究,证明了回采上分层时顶板冒落情况和矿压显现规律,初步探明了留与不留煤皮假顶情况下,回采下分层时顶板岩层二次失稳情况和矿压显现规律,为类似条件下开采底分层制定合理的回采方案、安全技术措施等提供重要的依据.     

矿震震波传播规律的三维模型及其应用

针对目前矿震震波的传播模型尚不完善这一问题,通过分析矿震产生的机理,对矿震进行分类。同时建立矿震发生的三维激振模型,进而导出矿震波的传播模型。通过在矿震监测系统的应用表明,该模型有效提高了震级计算和定位计算的精度。模型的建立解释了矿震发生的机理。     

吸能防冲锚杆索-围岩耦合振动特征与防冲机理

为提高冲击危险巷道防冲支护的有效性,研发了由内置六角管衬里的吸能套筒、端部设有摩擦圆柱的螺纹钢锚杆、钢绞线锚索与锚杆尾部吸能装置组成的吸能锚杆索。将吸能锚杆索中吸能套筒的作用简化为设置在锚杆底部并联的弹簧与阻尼器,建立了吸能锚杆索-围岩在冲击载荷作用下的三维轴对称力学模型。对黏性阻尼围岩中吸能锚杆索与围岩耦合振动时锚杆顶部动力响应进行了解析研究,获得了锚杆顶部的位移阻抗函数的解析表达。结果表明:在相同频率的冲击载荷作用下,锚杆顶部位移振荡幅值随着围岩黏性阻尼、围岩强度、锚固长度以及锚杆底部阻尼的增加而衰减。采用吸能锚杆索支护时,吸能套筒能够吸收一部分作用在锚杆锚固岩体上的冲击能;后注浆全长锚固增强了支护系统抵抗纵向变形的能力;尾部吸能装置能够削减冲击波的发射拉伸作用;支护系统在冲击载荷作用下的稳定性得到显著提高。在此基础上,初步阐述了吸能锚杆索支护系统的缓冲-抗震-消波吸能防冲机理。