花岗岩直板轴向压缩的分层破坏及围岩失稳探讨

基于弹性稳定理论,确定抗拉强度较低的板状构件因拉伸分层而轴向压缩失稳的条件;利用宽80 mm、长270~420 mm、厚8~20 mm的花岗岩直板,以刚性压头或垫入5~10 mm橡胶模拟端部的固支和铰支进行单轴压缩。厚16 mm及以上直板会发生分层破坏,强度约为标准试样的40%而不再随厚度增加;而较薄直板可以Euler压缩失稳估计其破坏载荷。从围压对强度的影响趋势看到,花岗岩标准试样单轴压缩强度明显偏低,这同样源于拉伸分层引起的压缩失稳。岩体抗拉强度较低,深部巷道围岩在轴向应力作用下可能发生结构失稳和分区破裂而出现片帮和底鼓,平面应变状态下应力分析和强度校核不足以确认工程安全。     

砂岩强度及平均模量和纵波速度关系研究

基于对赵固一矿二1煤层顶板中砂岩的超声波测试、常规单轴以及三轴压缩试验,研究顶板中砂岩纵波速度、强度和平均模量之间的关系,以及围压对试样强度和变形的影响关系.试验结果表明:由于中砂岩受成岩环境的不同,造成岩样内部的材料结构存在差异,同一钻孔取得的岩芯自上而下颗粒由细变粗;岩样纵波速度、平均模量和强度依次增大,但平均模量、纵波速度和强度都是试样的综合宏观表现,三者没有明确的力学关系;三轴压缩强度、平均模量与围压具有相关性,多个试样经不同围压试验结果联合回归得到的结果能够表征中砂岩的强度特征;试样的差异主要体现在砂岩内部尺度较小的裂隙、层理面的数量和方向,其数量和分布的不同必将引起试样的波速、平均模量和强度的差异.     

薄煤层坚硬顶板采场矿压显现规律研究

根据大峪沟炭煤矿薄煤层坚硬顶板工作面支护改革前后矿压观测结果,分析了两种不同支护形式对顶板的控制作用,揭示薄煤层坚硬顶板条件下工作面矿压显现规律,为工作面支护改革和生产安全管理提供了科学依据.     

采矿平面应力相似模拟试验装置的研制

相似模拟试验是研究采矿工程问题常用的方法.基于采矿工程学科实验教学和科研的试验要求,自制了采矿平面应力相似模拟试验装置,该装置采用液压伺服控制、多油缸均布加载技术,较好地解决了以往模型试验采用杠杆加载、加载范围有限、均匀性差、模型的稳定性不好、载荷恒定以及调整困难等技术难题.可实现对采场、巷道进行相似模拟试验以及工字钢梁、木梁、钢筋混凝土构件等进行抗弯强度试验.静态伺服液压控制系统设计合理,操作方便,具有长期稳压功能,密封性能可靠,输出压力为0.2~31.5 MPa,且压力无级可调,压力传感器与数据采集仪连接可实现自动采集数据.     

岩石动静态参数间关系的研究

岩石由矿物颗粒组成,内部存在弱面、裂隙等结构,并非线弹性材料,动静态参数之间并没有确定的力学关系.含有大量裂隙的砂岩、煤等软弱岩石,动态模量大于平均模量;大理岩的动态模量大于变形模量,但与平均模量的关系较为复杂;火成岩及其变质岩,动态模量可以小于变形模量.动态泊松比对波速极端敏感,与静态参数没有明确的关系.现场取回岩块已经卸载、脱水,岩样加工也会对材料产生损伤,内部出现张开裂隙,超声波速度降低.如某大理岩矿岩墙端头所测纵波速度的平均值就大于室内岩样纵波速度的最大值,因而以岩体与岩样纵波速度的比值评价岩体完整性将偏于不安全.     

岩石裂隙法向循环加载本构关系试验研究

法向变形对岩石裂隙渗流及应力波传播都有重要影响。在分析岩石裂隙法向变形机制的基础上,结合试验曲线循环滞后及其形状特点,探讨岩石裂隙在法向循环加载下的本构关系。试验得到粗晶及细晶大理岩裂隙岩样的15个循环加、卸载法向应力–闭合曲线。第一循环加载曲线与其他加、卸载曲线明显不同,其拟合曲线单独产生。平移其余加、卸载曲线使其低应力端点通过原点后,采用四参数双曲线–幂函数方程拟合所有曲线。加载累计闭合量和卸载残余闭合量与循环次数存在较好的指数函数关系,可确定循环加、卸载拟合曲线的2个端点;通过初次拟合得到加、卸载曲线幂函数项指数与循环次数的关系,再假定各加、卸载拟合曲线通过循环加、卸载拟合曲线的2个端点,获得幂函数系数的表达式;最后通过2次拟合,先后确定加、卸载曲线最大隙宽及初始刚度与循环次数的关系式。将各循环加、卸载曲线的3个参数拟合值代入双曲线–幂函数表达式,并平移各拟合曲线使其通过加卸载拟合曲线的2个端点,可得到拟合精度较好的连续拟合曲线。研究结果对循环加载下岩石裂隙法向闭合的数值模拟具有一定的实用价值。     

深埋高应力区巷道冲击地压预测与防治方法研究

 对平煤集团十二矿三水平皮带下山冲击地压预测与防治方法进行研究。结果表明,皮带下山所处位置构造复杂,以构造应力为主,地应力较大,属于深埋巷道。皮带下山围岩属典型的高强脆性岩石,具有中等偏强冲击倾向性。采用电磁辐射方法监测结果与实际发生冲击地压的情况基本一致,电磁辐射强度临界值为30 mV,脉冲数临界值为400 000次。电磁辐射指标超过临界值时具有冲击地压危险地段,采用拱顶浅孔爆破卸压法治理措施后,电磁辐射指标有明显下降,冲击地压的强度、频度均有所减弱和减少,有效地缓解和防治冲击地压发生的作用。巷道掘进施工采用短段掘锚作业,及时锚网喷索联合支护,打眼施工期间挂设防护网,最大限度地消除和缓解冲击地压的危害。     

岩石试样的加载卸载过程及杨氏模量

利用伺服试验机对岩样进行常规三轴的加载、卸载试验 ,研究岩样变形特性与应力状态的关系。岩石内部存在裂隙 ,加载过程中裂隙会闭合、滑移 ,逐步产生摩擦力 ,其最大值受到轴向应力和围压的显著影响 ,但具体数值、是否达到最大摩擦力由局部应力状态决定。卸载时摩擦力的作用方向会发生改变 ,并抑制裂隙面之间滑移变形的恢复 ,使岩样内部产生残余变形。围压对杨氏模量的影响与岩石内部的损伤状态有关 ,但岩石的损伤特征不能从岩样轴向压缩的加载或卸载杨氏模量直接反映。     

济三煤矿巷道锚杆支护构件力学性能研究

济三煤矿回采巷道锚杆支护出现帮锚杆托盘被压平、压反、甚至是托盘崩出,造成帮锚杆失效发生破坏的现象,为此,从现场提取部分锚杆、锚索以及托盘等锚固系统构件进行力学性能研究,研究内容包括:锚杆杆体力学性能实验、托盘压缩性能实验和锚索索具性能实验。通过对实验结果的分析,锚杆杆体材料的质量比较稳定,符合安全规程的规定。但托盘的刚度较小,锚索杆体延伸率不适应围岩大变形的要求。因此,改善帮锚杆托盘的材料,增加托盘球壳的冲压高度,可以较好的防止托盘失效;通过增加锚索整体变形量,来提高锚索适应围岩大变形的要求。     

叶蜡石常规三轴压缩下力学性能的实验研究

对天然叶蜡石及经不同温度焙烧的粉压叶蜡石进行了常规三轴压缩实验,分析了峰值应力、弹性模量等力学参数。研究结果表明,岩样的峰值应力都随着围压的增大而增大。相比于粉压叶蜡石峰后从应变软化转化为理想塑性,天然叶蜡石表现出相对的脆性。而经不同温度焙烧的粉压叶蜡石之间,以及焙烧过与未焙烧的粉压叶蜡石之间都存在着明显的力学性能的差异。