不同加载路径煤岩破裂过程声-电荷复合信号特性

通过开展不同加载路径下煤岩力学行为及其变形破裂过程声发射和电荷信号特性试验研究,从能量角度分析了加载路径影响的煤岩力学行为和承载能力的变化规律。对极化引起的煤岩表面微电势的产生和衰减进行了理论推演,理论分析结果对煤岩变形破坏过程中声发射与电荷信号产生和变化特征进行了较好的解释。试验结果表明:煤岩变形破坏过程声-电荷信号增减与承载结构破坏所致应力突降呈现出较好的一致性。受载初期两种信号幅值较低且为离散型,随载荷增加,信号幅值、密集程度显著提高且向连续型过渡,峰值前后声-电高值信号连续出现。煤岩受载变化次数越多,强度、峰前应变能越高,振铃计数变化率和能量变化率越高,电荷量变化率越大。由此提出了基于声-电荷复合信号幅值和信号变化率的煤体破坏和失稳灾变预测方法。     

煤岩渗透率演化规律及多尺度效应分析

 采用实验室试验与现场试验相结合的方法,分别开展实验室煤岩介质渗透率应力敏感性试验、全程应力–应变渗透率测定试验以及采动煤体渗透率观测试验3种方法对综放开采条件下煤岩渗透率演化规律进行研究,并将3种试验结果进行对比,认为应力大小及应力加卸载历史是影响煤岩介质渗透性演化的主要影响因素;确定实验室尺度较工程尺度而言,煤岩介质渗透率低2～4个数量级。同时分析3种试验结果的联系与差别,提出3种试验方法适用范围,为采矿工程中煤岩介质渗透性参数的正确选择提供可靠保障。     

泡沫铝压缩力学行为的有限元仿真

为推动泡沫铝性能和应用研究,为提高刚度和强度,必须加强泡沫铝力学行为的研究.根据开孔泡沫铝的结构特点,对其结构进行了合理的简化,采用ANSYS /LS-DYNA软件对对泡沫铝压缩行为进行有限元仿真研究,得出了泡沫铝压缩变形过程和泡沫铝应力(应变关系)结构参数(泡沫铝孔径、泡沫铝相等密度)及应变率的变化规律.证明规律与物理实验研究结果相一致,从而证明了有限元仿真方法的合理性和可行性.     

煤层气多层合采井生产特征分析

为了探究多层煤层气藏合采层间储层处液面压力的关系、层间生产压差的关系以及各储层见气时间的关系,以多层叠置独立煤层气藏为研究对象,从成藏特征和煤层气产出机理出发,基于煤层气井井底压力表达式,推导了层间储层处液面压力的关系表达式,进而推导了层间生产压差的关系表达式以及层间见气时间的关系表达式。通过分析得出：①由于层间距的存在,在下储层未暴露时,上下储层间储层处液面压力存在一定的差异,当下储层暴露后,上下储层间的储层处液面压力相等;②层间生产压差和层间见气时间也不一定相等,且差异的大小均与储层压差、层间距、储层暴露情况有关,其中层间见气时间的差异还受气井排采压差的影响。研究成果为煤层气多层合采井排采制度的制定以及多储层煤层气藏合采模拟实验方法的选取提供了理论基础。     

伊敏露天矿边坡稳定性模拟研究

随着伊敏露天矿采区转向,西端帮由工作帮转成非工作帮,其边坡角陡缓和边坡是否稳定,严重影响露天矿开采的经济效益及人员、设备安全。通过建立西端帮岩体工程地质模型,采用相似模型试验和数值模拟相结合的方法,开展边坡稳定及边坡角优化选取研究,确保露天矿山安全生产。     

Al含量对镍基单晶合金组织及持久性能的影响

研究了铝含量对一种镍基单晶合金铸态和热处理态显微组织的影响,测试了单晶合金的高温持久性能,利用金相显微镜、SEM、TEM、XRD等考察了持久断裂试样的微观形貌.结果表明,单晶合金的铸态组织由粗大的γ'、细小的γ'和γ组成,随Al含量的增加,粗大的γ'相数量增多、尺寸增大.固溶处理不能使粗大的γ'完全固溶,持久断裂裂纹主要在粗大的γ'/γ界面产生,并沿γ'/γ界面扩展,严重损伤合金的高温持久性能.     

基于内动力的非均匀岩石材料I型断裂扩展过程分析

天然岩石材料由不同矿物组成同时包含孔洞、裂隙等微结构面,组成材料和结构非均匀。载荷作用下的破坏主要是由于这种非均匀性所致,引入内动力的概念,分析非均匀岩石材料裂纹扩展、演化规律。根据裂纹扩展的内外区概念,选定结构非均匀即含有预制裂纹的岩石材料,对于内区材料的均匀和非均匀性分别进行计算,分析其裂纹扩展过程。从计算结果可以看出:内区材料均匀岩石即只有结构非均匀时,裂纹扩展沿预制裂纹平直扩展,内动力的最大值始终位于裂纹的尖端,各个时步裂纹扩展长度相同;内区材料非均匀即结构、材料都不均匀时,裂纹扩展不再平直而是成锯齿状延伸,应力状态图不规则,成散射状,在原有裂纹扩展到一定程度后不再沿预制裂纹扩展,而是产生新的开裂点。     

刚–柔–刚支护防治冲击地压理论解析及实验研究

 冲击波在巷道围岩–多孔金属材料–钢支护构成的刚–柔–刚(R-F-R)支护结构的传递过程可简化为一维应力波在结构中传播问题,通过对R-F-R支护结构防治冲击地压理论分析,得到岩块冲击多孔金属材料–钢支护结构时多孔金属材料对冲击波压力的衰减情况以及多孔金属材料厚度、密度对冲击波压力衰减的影响。采用落锤冲击实验方法,对3种类型支护结构进行冲击实验研究,分析冲击波在R-F-R支护结构中的传播和衰减规律,实验结果表明,R-F-R支护结构具有良好的缓冲和吸能作用。理论计算与冲击实验结果对比可知,计算结果表明钢板冲击R-F-R支护结构时作用在钢支架表面的冲击波压力为钢板直接冲击钢支架时的30.7%,钢板冲击R-F-R支护结构时可吸收能量值约为总能量的94.8%;冲击实验结果表明,作用在R-F-R结构钢支架表面的冲击波压力为钢板直接冲击钢支架时的50%左右,钢板冲击R-F-R支护结构时吸收能量值约为总能量的70%以上。     

近距离下煤层安全开采矿压监测

针对木瓜煤矿近距离煤层采空区、遗留煤柱下回采工作面停采线确定的技术难题,基于矿山压力与岩层控制理论,采用现场监测的方法,对工作面回风巷的围岩表面位移、超前支护段支柱工作阻力及液压支架工作阻力随工作面推进的变化等进行监测,得到超前支撑压力影响范围和工作面上覆岩层矿压显现规律;并通过力学计算结合现场监测的方法确定近距离下煤层回采停采线,该成果为近距离下煤层安全开采研究具有现场指导意义。     

基于测点优化的亚像素数字图像相关方法

鉴于传统数字图像相关（DIC）方法采用的布点方式（水平成行,垂直成列）很可能会将一些测点分布在散斑质量较差的位置,提出了一种基于测点优化、Newton-Raphson（N-R）迭代与粒子群优化（PSO）算法的DIC方法。首先,通过在原始测点周围寻找散斑质量较好的区域来优化测点位置;然后,采用基于N-R迭代与PSO的粗细搜索方法计算优化后（非均匀分布）测点的位移场;最后,采用二维格林样条插值算法对该位移场进行插值以获得原始测点处的位移场,再由中心差分方法获得应变场。对3幅散斑质量差别较大的散斑图上的测点进行了优化,并将传统方法和提出方法获得的应变的各种结果进行了比较。研究发现,当样本子区尺寸在21~41 pixel之间时,对于平均灰度梯度处于10~20 pixel-3,且预加应变量处于0.01~0.05之间的散斑图,采用该方法可以获得较好的测量结果,这与优化测点位置有关。若采用该方法仅对原始测点中分布在散斑质量较差位置处的那些测点进行优化,有望获得更为理想的测量结果。