Damage Model of Brittle Coal-Rock and Damage Energy Index of Rock Burst

1　IntroductionCoal- Rock is a kind of brittle material with o-riginal damage.Its macrofracture failure is a resultof nucleation,development and coalescence of inte-rior microcracks.This could be viewed as evolve-ment,cumulation of damage.Since Dougill[1] ap-plied damage mechanics to rock and concrete materi-als,Dragon[2 ] and otherscholars have researched oncontinuous damage ofrock and concrete according tothe principle and method of damage mechanics,andestablished a corresponding continuou…     

基于神经网络的煤岩界面识别

主要论述了BP网络在煤岩界面识别中的应用,根据本问题的特点设计了BP网络结构,并提出了一种改进的BP算法,使收敛速度加快,性能有所提高。     

局部静载约束条件下动力扰动对煤岩损伤的影响

为得到局部静载约束条件下循环冲击荷载对煤岩损伤的影响特征,基于自行研制的约束式摆锤冲击动力加载装置研究局部静载约束条件下原煤试样分别受到恒定冲量循环冲击和递增冲量循环冲击过程中损伤因子和表面裂纹的演化规律。结果表明：当约束区处于弹性状态时,约束面积越大的分区抗冲击能力越强,当约束区处于塑性状态时,约束面积越大的分区抗冲击能力越差;递增冲量循环冲击对煤岩的致损效率高于恒定冲量循环冲击,两种冲击方式破岩效率的差异主要体现在静载约束区,并且静载值越大,损伤因子对冲击方式的敏感度越高;煤岩表面的裂纹扩展与损伤因子的分区特征较为一致,当约束区处于弹性状态时,静载约束对裂纹的扩展起到抑制作用,裂纹主要沿着约束面积较小的区域扩展、衍生;当约束区处于塑性状态时,裂纹主要在约束面积较大的区域扩展,并且约束区内主要以竖直方向的拉伸裂纹为主,而非约束区内的裂纹主要沿倾斜方向扩展;随着静载值增加,试样表面裂纹的分形维数先减小后增加。局部静载约束可以提高煤岩抗冲击能力,并且煤岩损伤演化呈明显的分区特征。     

煤与瓦斯突出塑性区宽度的计算与分析

煤与瓦斯突出不仅与地应力、瓦斯压力、煤岩体强度有关,而且还和卸压区范围有关。卸压区越薄,集中应力区越接近工作面,卸压区煤体被冲破造成突出的可能性就越大。根据煤岩与其顶底板岩层接触类型不同,把煤岩体塑性区的求解分为柔弱端约束和固端约束两类,并运用不同的煤岩体破坏准则对这两种类型煤岩体卸压区宽度与塑性区宽度进行理论计算,得到相应的理论计算公式。煤矿企业可以根据实际情况,理论计算煤岩体塑性区宽度,从而确定安全宽度,以预防煤与瓦斯突出事故的发生。     

煤岩界面识别的声学建模

为解决煤岩界面识别问题,采用声学探测法,依据声波在水煤、煤岩界面反射、折射时,在界面处满足声压连续和质点速度连续的物理性质,建立了声学传输路径模型.考虑到经过分界面的声波在介质中传播的同时存在介质衰减,推导出声波在水、煤、岩3种介质传输时于水煤、煤岩2个界面传播、反射的回波公式,构成路径传输煤岩识别声学模型.该模型为包含不同介质的声吸收系数、特性阻抗、厚度和声波频率、幅值比模数的非线性方程.通过搭建煤岩识别试验平台,水听器作为声波收发仪器,与信号发生器、示波器构成收发系统和分析装置,使用SIMULINK模拟声波收发及建模过程,标定介质的声吸收系数,求解发射、接收声波的幅值比模型方程获得煤层厚度、水层厚度数值解,从而验证了模型的可行性.仿真试验表明,理论煤厚识别误差为0.03 m,后续将通过现场试验进一步验证.     

动静加载下组合煤岩破坏失稳的突变模型和混沌机制

为进一步加深对动载诱发冲击地压机理的认识,采用时效损伤本构模型与尖点突变理论相结合,得到了一维动静加载下煤岩组合系统的破坏判据、突跳位移以及释放总能量的数学表达式。并建立一维动静载下煤岩组合系统的非线性动力学模型,发现外载能量与系统自身固有能量之间的相互作用导致模型的演化过程呈阶段性并出现混沌现象;当组合系统本身的非线性作用与外部载荷的作用能力相当时,系统的演化进入混沌阶段。由此得出,井下煤岩体结构与动静载荷之间的相互作用是影响动载诱发冲击地压演化过程的关键。最后,对理论结果进行一维动静加载试验验证,表明理论和试验值吻合较好。     

煤岩体接触面不同倾角的传热影响

为得到煤岩体接触面倾角不同时的传热规律,对6种不同倾角组合的煤岩体进行数值模拟研究,建立不同孔隙率和渗透率的多孔介质稳态传热模型,考虑煤岩体y轴方向的重力加速度,黏性阻力系数和内部阻力系数,运用传热学,流体力学,多孔介质对流传热等相关理论,并引入Brinkman-Forchheimer的扩展Darcy模型,采用控制体积法对煤岩体模型进行求解。计算结果表明:通过温度场可知,随着倾角的增加,高温边界下部导热增强,煤岩体中央对流换热开始占主要作用,低温边界上部导热减弱;通过流场可知,岩石区域中央处流场的对流作用最弱(Ф=0.000 1),靠近边界条件处对流作用最强(Ф=0.001 3),随着倾角的增加,对流作用减弱。流动状态在接触面有突变,温度场和流线相互对应。     

煤岩体水力致裂理论及其工艺技术框架

煤岩体结构改造是解决煤矿许多技术难题的共性核心科学问题,水力致裂是实现煤岩体结构改造的有效途径.深入分析了煤岩体的结构与物理力学特性,煤岩体水力致裂的水压裂缝扩展及物理化学作用,在此基础上,提出了相应的水力致裂控制技术,并将其在煤矿中的应用进行了分析介绍.煤层的内部结构由裂缝-割理与层理-微裂隙-孔隙四级空间结构体系组成.煤层质软、瓦斯的吸附解吸效应、天然裂缝发育等因素导致煤岩体水力致裂变得复杂.煤岩体水力致裂通过水压主裂缝扩展、翼型分支裂纹扩展和吸水湿润作用,达到结构改造、强度弱化和增透等工程需要,针对不同工程3种作用的侧重点有所不同.提出了预先水力割缝定向致裂技术.提出了水力爆破致裂弱化与增透方法,在水压控制爆破后进行水力致裂,实验证明是一种增加水压裂缝数目和范围的有效方法.煤岩体水力致裂在煤矿中可以应用于坚硬顶板控制、坚硬顶煤的弱化、应力定向转移、局部集中应力解除、强度弱化减冲、含瓦斯煤层增透、煤与瓦斯突出的防治等,在实践中已取得显著功效.     

冲击倾向煤岩纵波波速与应力关系试验研究

为了弄清煤矿中冲击矿压现象的发生机理,在实验室单轴条件下对冲击倾向性煤岩样的应力与纵波波速耦合关系进行了研究,建立了两者关系的试验模型,并对模型参数进行了分析.研究结果表明:1)岩样纵波波速对应力的敏感程度要高于煤样,即随应力增加,纵波波速变化更快；2)冲击倾向煤岩试样在弹性阶段纵波波速变化梯度大,塑性阶段波速变化趋于平缓,它表明应力与纵波波速间具有幂函数关系,与实测值的相关系数计算说明,模型具有较高的拟合度,能准确描述应力与波速的变化关系,并服务于现场层析成像冲击危险性计算.