煤柱承载、分区及接续工作面基本顶力学模型与计算分析

 论文基于煤柱的承载、分区及其对接续工作面基本顶板的支撑特点展开研究。利用极限平衡理论和克希霍夫定律的基础上,首先给出一侧采空实体煤内支承应力的表达式,结合岩石的全应力-应变曲线对实体煤各区域的划分给出确定准则,并考虑双侧采动条件下留设煤柱尺寸内部存在分区的情况。为了进一步分析不同尺寸煤柱接续工作面支承压力分布规律,采用FLAC3D对5m、20m以及80m护巷煤柱的稳定性及相应接续工作面支承应力分布情况进行计算分析,研究结论表明,接续工作面开采时,5m护巷煤柱完全破坏,接续工作面支承应力峰值点偏向采空区一侧;20m护巷煤柱中部存在弹性区,但处于高应力状态,接续工作面支承应力峰值点偏离采空区;80m护巷煤柱中部仍保持原岩应力状态,接续工作面支承压力分布规律与首采区相同,即中部出现峰值,向两侧呈对称式衰减。因此,最终的研究结果表明,计算接续工作面支承应力分布时,不能忽视与相邻工作面采空区之间所留设的煤柱尺寸因素。     

基于动力系统结构稳定性的共轭剪切破裂-地震复合模型

地壳中岩体破坏、断层形成与地震诱发具有成因联系,其中"X"型共轭剪切破裂与地震发生关系密切。为此,基于动力系统结构稳定性理论和孔洞岩体蝶形破坏理论,构建了"X"型共轭剪切破裂-地震复合模型,推导了破裂尺寸计算公式,给出了地震释放能量的计算方法。用动力系统理论解释了破裂扩展尺寸与地震能量释放存在的定量对应关系,从理论上完整阐述"X"型、"V"型和"Y"型共轭破裂特征的生成及演化力学机理,推演出共轭剪切破裂扩展和伴随地震发生的重要物理力学现象及规律。研究结果表明:在高偏差应力场作用下的地下软弱异性体周围岩体满足摩尔-库仑剪切破坏条件发生破坏,形成蝶形破坏区,即花瓣形破坏区,随着蝶形破坏区的扩展,会形成以软弱异性体为中心的显性或隐性X型共轭剪切破裂;软弱异性体周围岩体强度特征变化,使得共轭破裂表现出"X","V","Y"型共轭特征;在一定地应力和围岩环境中,地壳软弱异性体及其周围岩体构成的非线性动力系统,对于地应力和地层强度的变化具有敏感依赖性,即共轭剪切破裂的扩展尺寸和地震释放的能量具有相互伴生的指数型变化特征,相同的应力扰动在不同的构造应力场作用下引发共轭剪切破裂一次性扩展的尺度不同,会引发不同级别的地震,存在着非敏感依赖区域向敏感依赖区转化的特征拐点。     

非金属氮掺杂活性炭催化剂制备及其催化CH4-CO2重整反应

采用硝酸和尿素联合对活性炭进行改性,制备了富含氮元素的氮掺杂活性炭,考察了孔结构、氮含量和氮种类（吡啶氮、吡咯氮和石墨氮）对CH₄-CO₂重整反应催化性能的影响。采用BET、SEM、EA、FTIR、XPS、CO₂-TPD和TG表征手段对反应前后催化剂的物理化学性质进行了表征,对引入活性炭表面的含氮官能团的种类及其在重整过程中所起的作用进行了分析。相比于未改性的原活性炭,硝酸和尿素同时改性制备的氮掺杂活性炭（AC-U.NA）引入了更多的羟基官能团和含氮官能团。特别是通过两者共同改性后,所制备的氮掺杂活性炭引入的吡啶氮官能团比例明显提高,为CH₄-CO₂重整反应提供了更多的活性位点,初始CH₄和CO₂转化率达到55.94%和66.46%。同时经过两者联合改性后,所制备的AC-U.NA材料表面具有极性,不仅有利于酸性CO₂分子的吸附和活化,而且有利于CO₂消碳反应,减少了积炭的生成,对所制备的非金属重整催化剂的活性和抗积炭性具有重要的意义。     

邢东矿深部回采巷道围岩塑性区“蝶形”扩展特征及稳定性控制

深部回采巷道围岩塑性区分布特征是围岩稳定性控制的关键。以邢东矿深部回采巷道为研究背景,根据巷道围岩"蝶形"塑性区理论,结合数值模拟分析发现,邢东矿2225工作面运输巷受采动应力影响后围岩塑性区出现了"蝶形"扩展的特征。通过研究深部条件下不同支护阻力对巷道围岩塑性区的影响,提出深部巷道围岩的稳定性控制思路:提供适当支护阻力减小围岩拉伸破坏,保证巷道围岩塑性区内破碎岩体的稳定性;制定了针对邢东矿2225工作面运输巷围岩"蝶形"塑性区特征的支护方案。该方案现场应用效果良好,为深部回采巷道围岩稳定性控制提供一定借鉴。     

气相还原制备超细微铌和钽粉末

在氩气气氛中，在950℃条件下用氢气还原相应的气态氯化物分别制取了铌和钽的超细微粉末。X射线衍射（XRD）分析结果表明，对于五氯化铌还原产物为金属铌与铌氢化物的混合物，对于五氯化钽还原产物则为金属钽；透射电子显微镜（TEM）分析显示，粉末产物颗粒细小且分布比较均匀，粉末产物的粒径在30～40nm之间。     

采场等效孔模型及主应力旋转规律

针对采场侧方巷道非对称破坏现象严重、巷道周边主应力旋转规律不明确的问题，基于主应力方向旋转下的非等压圆孔塑性区边界方程和蝶形破坏理论，阐述了巷道周围主应力旋转与巷道非对称破坏之间的联系。建立采场等效孔的理论模型，研究了不同初始侧压系数下采场侧方主应力方向旋转的演化规律，以神东布尔台矿22205工作面为工程背景，通过理论分析与数值模拟，沿推进方向对采场的不同位置进行等效孔拟合，验证了采场等效孔模型的可靠性，为采场侧方主应力旋转角度的确定提供了一种新思路。研究结果表明：(1)当巷道处于蝶形风险区时，其周围主应力方向的旋转会引起蝶形塑性区的旋转，对巷道稳定性造成影响。提供了采场等效孔的理论模型可用于计算采场侧方主应力的旋转角度，数值模拟结果与理论计算吻合度较高。(2)采场前后一定范围内的侧方煤体中主应力方向会发生旋转，主应力的旋转角度由采场未开挖时周围的初始地应力与采场等效孔半径决定。当初始侧压系数大于1时，最大主应力由垂直方向逐渐旋转为水平方向,可以用主应力旋转45°隐性方程对采场侧方旋转45°的位置进行判定；当初始侧压系数小于1时，最大主应力由垂直方向先向水平方向旋转一定角度，随后会回转...     

考虑轴向应力影响的圆形巷道围岩塑性区边界近似解

为了研究考虑轴向应力作用的巷道围岩塑性区边界问题，基于Mohr-Coulomb准则，通过引入Lode角参数，推导出考虑轴向应力作用的圆形巷道围岩塑性区边界隐性方程，通过变化巷道水平应力σ_x、轴向应力σ_y分析了不同应力场下的围岩塑性区尺寸及形态，并通过数值模拟进一步说明了理论分析的可靠性。此外还研究了围岩黏聚力C、内摩擦角φ、巷道半径R、泊松比v对巷道围岩稳定性的影响。结果表明：(1)固定轴向侧压变化水平侧压的条件下，围岩塑性区尺寸变化会分为敏感区和迟钝区，且在水平侧压变化的过程中围岩塑性区形态会呈现圆形、椭圆形及蝶形3种形态。(2)固定水平侧压变化轴向侧压的条件下，围岩各位置的塑性区会呈现强烈的区间效应，通过与平面应变问题下的塑性区尺寸对比将区域分为轴向应力影响区和轴向应力无影响区。在轴向应力影响区内，轴向侧压的变化对围岩的塑性区尺寸影响较大。(3)巷道围岩的破坏形态由水平侧压η1决定，轴向侧压η2对塑性区形态影响较小，对尺寸影响较大。(4)围岩C、φ的增加会使巷道围岩的塑性区尺寸不同程度的减小，R的增加会使围岩不同位置塑性区呈等差数列增大。...