层状板岩动力破坏特性数值试验研究

为研究层理面数和冲击载荷对层状板岩动力破坏特性影响,利用LS-DYNA有限元软件模拟了层状板岩试件在不同冲击速度下的SHPB实验,再现了SHPB实验过程中的加载波形和层状板岩试件的破坏过程,模拟结果与实验结果吻合度较好。研究结果表明:层状板岩试件的耗散能量随层理面数的增加而增加,双层、三层和四层板岩试件相比单层板岩试件耗散能量的增长分别为0.2%、0.4%和1.87%;试件破坏开始于端面周边,滞后于应力峰值,当冲击速度为6.5 m/s时,层状岩石试件以轴向劈裂破坏为主,冲击速度为12 m/s和20 m/s时试件的破坏模式为轴向劈裂破坏、径向剪破坏和端面拉压破坏的混合破坏。     

响应面法优化石灰石粉尘抑制剂配比研究

为更针对性地治理石灰石粉尘,降低其危害程度,采用十二烷基磺酸钠、可溶性淀粉、羧甲基纤维素等制备石灰石粉尘抑制剂,开展了最佳抑制效果的配比研究.建立抑尘剂表干时间、黏度、pH 值的响应面回归模型,对其进行方差、可信度与曲面图等分析.结果表明:可溶性淀粉和羧甲基纤维素之间存在交互作用,对表干时间、黏度影响显著;十二烷基磺酸钠和可溶性淀粉、十二烷基磺酸钠和羧甲基纤维素、可溶性淀粉和羧甲基纤维素交互作用对pH 值影响显著;最佳石灰石粉尘抑制剂配比为:十二烷基磺酸钠０．１７８％、可溶性淀粉０．０５７％和羧甲基纤维素０．５２３％,在此条件下可获得抑尘剂表干时间为６．１４２min、黏度为５００MPa??s,pH 值为７.５次实验室平行试验结果表明,实际验证值与回归模型     

不同荷载条件下U型钢支架承载性能及失稳特征分析

以矿用直墙半圆拱U型钢支架为研究对象,采用理论分析、数值模拟和现场试验等方法,建立U型钢支架平面分析力学模型,并借助ABAQUS有限元软件构建U型钢可缩支架三维分析模型,研究支架整体均匀承载、顶梁承载、单侧棚腿承载和两侧棚腿承载等条件下的支架承载性能、失稳特征和危险截面位置。研究表明：U型钢支架外部荷载条件不同,承载能力存在很大差异,单侧棚腿受力的偏载状态为支架最容易失稳的荷载条件,其极限承载能力为整体均匀承载、顶梁单独承载和两侧棚腿对称承载条件下的44%,63%,79%;U型钢支架危险截面主要分布在顶梁中心、棚腿中部和底脚,且随着顶梁荷载增大,棚腿危险截面向顶梁偏移;支架外部荷载条件不同,失稳特征分别以“M”式、“尖顶”式和单侧跪腿式为主;针对任楼煤矿-720 m南翼轨道大巷失稳特征,提出U型钢支架+壁后充填+锚索耦合支护技术,优化支架外部荷载分布形式,提高支架整体承载能力和结构稳定性,有效控制了强采动影响巷道围岩变形。     

单自由面锚固体单向加载破坏特征和 锚杆荷载规律研究

针对岩石与锚杆形成的锚固复合体,基于实验室单轴压缩实验结果,建立岩石试样单轴压缩数值模型,校验强度参数与塑性剪应变定量关系,确定应变软化力学参数;优化Flac3D中Pile结构单元预应力锚杆构建步骤,建立单自由面锚固体数值模型,剖析锚固体在单向加载条件下的内部破裂特征,揭示在加载全过程中的锚杆轴向荷载及弯矩变化规律。研究表明:由锚杆预应力产生的压应力区按椭球形分布,且压应力在锚固范围内具有双峰值特征;锚杆促使锚固体内部产生共轭剪切破坏带,且共轭剪切带与水平面夹角出现增大趋势,并在临空面浅部出现对称分布的次破裂面;杆体轴向荷载和弯矩分布均具有显著阶段特征;在峰前塑性应变阶段,杆体轴力和弯矩小幅增加,且均以靠近锚杆外锚固端的杆体为主;在峰后软化阶段,杆体轴力和弯矩显著增大,锚杆荷载特征由单纯轴向拉应变突变为拉、弯、剪综合受力状态,且靠近内锚固端杆体弯矩剧烈变化。     

裂隙岩体精细化数值模型构建与爆破模拟

裂隙岩体爆破数值模拟过程中，裂隙分布模型的真实性，是影响数值模拟结果的关键因素之一，现有节理裂隙构建方法难以实现三维分布上的复杂表征或是实现操作过于繁杂。为探索在LS-DYNA软件中构建三维分布上真实、复杂表征的节理裂隙模型简单可行的操作方法，通过MATLAB软件对爆破数值模型K文件进行解析重组，按照节理裂隙三维分布规律进行勾勒并赋予节理裂隙材料本构，构建出符合节理裂隙分布规律的节理岩体三维精细化数值模型。以某露天石灰石矿山为实例，开展节理裂隙三维分布规律统计分析并在台阶爆破数值模型中进行还原，基于裂隙岩体精细化数值模型，开展露天台阶爆破数值模拟试验和现场爆破试验对比研究。结果表明：采用解析重组方法构建的数值节理模型与实际节理裂隙的误差小于13%;节理裂隙面使岩体内的损伤分布规律发生了变化，与完整岩体相比，损伤范围增加了12.04%,粒径处于0～100 mm的占比降低了8.11%;爆破模拟得到的损伤结果与现场破碎效果接近，统计粒径在0～100 mm之间的碎块的占比，误差为4.16%。解析重组法构建三维节理裂隙，可行、操作简便，数值模拟结果接近实际。     

基于GNSS的露天矿牙轮钻机钻孔导航定位模型与系统研究

从提高露天矿穿孔工艺质量角度出发,采用GNSS卫星导航定位方法,设计并开发出用于支持牙轮钻机钻孔作业的导航定位系统。介绍了系统的组成结构,重点阐述了支持钻头实时导航的平面定位模型和孔深定位模型,并讨论其具备的图形显示、信息管理、导航定位和质量评估四个核心功能。该系统可以为司机实时提供牙轮机钻头的三维空间位置,指导其钻孔作业全过程,不仅保证了爆破孔网参数的准确性和爆破效果,而且减轻人员工作强度,提高露天矿穿孔工作效率,提升数字矿山的信息化建设水平。     

不同位置空气间隔装药爆破减振和破碎效果试验

为探究空气间隔装药爆破技术中最优的空气间隔位置,在金堆城南露天矿爆破施工中,分别选取药包上部、中部、底部3种不同空气间隔位置进行爆破试验。利用TC-4850动态测振仪对爆破振动进行监测,通过Split-Desktop 3.0软件对爆破块度进行统计分析,结果表明:药包中部间隔装药爆破的减振和破碎效果优于上部和底部位置。并采用ANSYS/LS-DYNA对三种不同空气间隔位置的爆破进行数值模拟,模拟结果与现场试验结果相符。     

导爆管雷管孔内外微差爆破网络的研究

对用m＋1个段位的微差导爆管雷管组成n排孔、杂排m孔单孔单响的微差爆破网络的约束条件进行了讨论,探讨了雷管起爆误差对这种爆破网络的影响,指出采用国产导管雷管每排孔不超过3孔才能达到单孔单响目的,因此须研制生产高精度间隔微导爆管雷管。     

叠加支承压力影响沿空巷道围岩稳定性特征及支护对策

针对急倾斜煤层叠加支承压力作用下沿空巷道围岩变形失稳问题,采用室内试验、数值模拟、理论分析和现场实验相结合的方法,对比研究了回采前后沿空巷道围岩位移、应力分布和塑性区范围等稳定性特征,开展了锚网索联合支护参数敏感性分析。结果表明：固定支承压力下,沿空巷道围岩应力非均匀分布,围岩变形以顶板下沉和两帮非对称变形为主;叠加支承压力作用下,沿空巷道围岩变形加剧,靠近采空区侧煤体弱化程度加深,煤帮及顶、底板岩层深部岩体向塑性状态转变;锚网索主要参数敏感性从强到弱依次为锚杆间排距、锚杆长度和锚杆预紧力。据此提出了非对称锚网索支护方案,有效控制了支承压力叠加影响沿空巷道围岩变形。