不同扰动频率下砂岩冲击岩爆声发射特征研究

利用自主研发的冲击岩爆设备,设计并开展了真三轴条件下含圆形孔洞砂岩在不同周期荷载扰动下的岩爆实验。实验采用图像采集装置、声发射装置,模拟了类似实际巷道结构模型的动态荷载诱发的岩爆现象。主要结论:声发射幅值随着周期扰动荷载呈现先增加然后减小,最后再增加的趋势,扰动频率越大,较低幅值（40～60 dB）占比越小,而较高幅值（60～100 dB）越大;声发射累积计数可以划分为快速小幅增长、低速稳定增长及快速大幅增长3个阶段,扰动频率会影响3个阶段的增长速率,频率越大,增速越快;声发射b值随着扰动荷载处在动态变化过程中,不同扰动频率的试样在岩爆破坏时b值均下降到最小值,扰动频率越大,岩爆破坏时声发射b值降低的越多。     

深部动压巷道非对称变形力学机制及控制对策

为解决深部动压巷道支护的技术难题,以鹤煤九矿东总回风巷为研究背景,针对东总回风巷非对称变形量大且难支护的问题,采用现场调研、工程地质分析、物理相似模拟和现场试验相结合的方法,对巷道变形破坏机理和控制对策进行了研究。研究结果表明:巷道变形破坏受围岩岩性、构造应力、采动应力、重力、地质构造等多种因素影响,其变形力学机制确定为IABIIABDIIIABC型;采动应力造成巷道围岩应力场的大小和方向发生了改变,是巷道产生非对称变形的主要因素。通过选取针对性的控制对策将复合型变形力学机制转化为单一型,提出了"锚网索喷+底角锚杆+全断面注浆+反底拱"非对称耦合控制对策,并在现场进行了应用。相似模拟和现场监测结果显示:该控制对策有效控制了围岩非对称变形,现场应用效果良好。     

动载诱发冲击地压的实验研究

运用自主研发的冲击岩爆实验系统,进行了动载诱发冲击地压实验研究,提出了一种判别动载是否诱发冲击地压的实验方法。实验采用对加载至500 m深度应力状态下的带圆柱形贯穿孔洞的立方体砂岩试样,在σv方向逐级施加扰动波,σh保持在恒定应力水平的加载方式,模拟了500 m深度砂岩巷道,由于顶板垮落产生垂直向冲击扰动,由此诱发冲击地压破坏的过程。通过数据采集系统实时采集力和位移数据,获得应力应变曲线;通过图像采集系统实时拍摄动载诱发冲击地压过程,获得颗粒弹射、碎屑剥落等特征现象。实验发现,动载诱发冲击地压过程经历了平静期、颗粒弹射、碎屑剥落和冲击地压剧烈破坏4个阶段。对巷道围岩应力状态进行计算,得出动载诱发冲击地压时巷道围岩最大切向应力大于其单轴抗压强度。对碎屑特征及微观结构分析发现,动载诱发冲击地压产生的碎屑呈现出明显的片状特征,以中、细粒碎屑为主,通过电镜扫描可见穿晶裂纹。计算碎屑块度分形维数表明,动载诱发冲击地压破碎程度较单轴压缩破坏高。     

钻孔卸压防治岩爆实验及破坏特征研究

应变岩爆是在巷道开挖过程中,由于开挖引起围岩应力重分布从而诱发岩爆的现象,对采矿和隧道施工中的人员及设备安全构成重大威胁。利用自主研发的应变岩爆实验系统,开展完整及含不同钻孔数量砂岩试样的应变岩爆实验,运用高速摄影采集岩爆全过程图像,采用声发射、数字散斑等监测手段采集相关数据,以此研究不同钻孔数量条件下砂岩应变岩爆的破坏特征,探讨了在本实验条件下钻孔数量对应变岩爆的影响。结果表明：随着钻孔数量的增加,岩爆剧烈程度降低;声发射累计计数和累计能量值均减少,声发射活动程度降低,表明岩体内微破裂减少;岩爆弹射碎屑的速度及动能下降,岩爆风险等级由强烈岩爆降低,弹射碎屑破碎程度降低;岩爆时刻岩样竖直向和水平最大位移增加,变形能力提高。通过实验证明钻孔卸压措施对岩爆灾害具有良好的防治效果。     

深部椭圆形洞室围岩冲击岩爆实验研究

利用自主研发的冲击岩爆设备,室内再现真三轴条件下含椭圆形洞室的冲击岩爆现象,实验结合应力采集、录像及声发射等实时测试系统分析椭圆形洞室冲击岩爆的演化过程、破坏应力特征值、碎屑特征、爆坑特征、速度场特征以及声发射特征.结果 表明:椭圆形洞室冲击岩爆过程可以分为4个阶段:平静期,小颗粒弹射,块体剥落以及岩爆;扰动荷载的作用...     

基于二维数字图像相关技术的块系花岗岩超低摩擦效应实验研究

基于国内外超低摩擦效应的实验研究现状,设计了块系花岗岩超低摩擦效应模拟实验。制作了中心含圆柱形洞室的花岗岩立方体模型试样,运用自主研发的实验设备研究了在静荷载的基础之上施加动态荷载后块系花岗岩的变化特征。实验过程中采用二维数字图像相关测试方法(2D-DIC),获得了试件表面的全场位移信息,依据位移信息求出块体加速度值,利用牛顿第二定律对试件受力分析,求得了块系岩体摩擦力随时间的变化曲线。结果表明:2D-DIC测试技术能够准确的测得石块的位移变化,依据位移变化可以证实伴随着水平向扰动荷载作用,洞口上方岩块左右两侧节理间隙逐步增大,岩块间的摩擦力降低,且摩擦力的变化周期与扰动荷载的周期相同;利用2D-DIC测试技术是有效的,从实验的角度验证了超低摩擦效应的存在。     

动载频率对砂岩冲击岩爆影响的实验研究

冲击岩爆是指岩体开挖卸荷后,巷道结构已经形成且处于较为稳定的状态,在受到周围的工程扰动冲击后,在动静组合荷载作用下导致岩石剧烈弹射破坏的现象。利用冲击岩爆实验系统,开展不同动载频率条件下的冲击岩爆实验研究。通过图像采集系统拍摄试样洞室内部的岩爆全过程图像,获取冲击岩爆不同阶段的破坏特征现象,岩爆孕育破坏过程可划分为平静阶段、颗粒弹射阶段、局部鼓起阶段、碎屑剥落阶段、贯通破坏阶段和岩爆阶段。岩爆的爆坑截面呈V型,随动载频率增大,V型爆坑的破坏更加集中,爆坑呈现“闭合”趋势,即爆坑呈现“窄而深”的特征。动载频率对冲击岩爆破坏的剧烈程度有明显影响：随着动载频率增大,岩爆破坏阶段声发射的活动性增强,释放能量更多,岩爆碎屑破碎程度更高,能量耗散增多,岩爆剧烈程度增强。     

动静组合荷载下砂岩冲击岩爆碎屑分形特征

运用自主研发的冲击岩爆实验系统,进行了改变动载波幅和改变静载的两种冲击岩爆实验,收集实验后砂岩碎屑,使用图像处理软件对两种冲击岩爆中粒碎屑图片进行处理,获得岩爆碎屑的粒度-数量、周长-数量以及面积-数量分形维数值.选取两种冲击岩爆碎屑,拍摄不同倍数下的裂纹电镜扫描(SEM)图片,提取SEM图片微观裂纹,计算裂纹分形维数值.结果表明:不同的参数组合所计算的分形维数值不同;放大倍数越大,裂纹的分形维数越大;改变静载的冲击岩爆实验分形维数值要高于改变动载的冲击岩爆实验的分形维数值,碎屑更为破碎.     

Co-liquefaction of Enriched Coal Maceral Constituents and Sawdust

Co-liquefaction of coal and sawdust was studied in the presence of hydrogen-donor solvent, tetralin. Coal samples were prepared through floatation of the Xinwen coal, followed by enrichment of maceral constituents. Sample I was rich in vitrinite and Sample II fusinite. Effects of reaction temperature, time and initial cold H2 pressure were studied on conversion, yield, especially oil yield, through comparison between these two samples. Because it is more difficult to be liquefied, Sample II, is greatly affected by changes in temperature and time. However, it is almost independent of change in initial cold H2 pressure, owing to the role of tetralin as hydrogen vehicle. Certain product(s) formed from thermolysis of sawdust can help hydrogenation of the intermediate (asphaltene and preasphaltene) in further forming oil products.