西部生态脆弱矿区保水采煤研究与实践进展
摘要："保水采煤"是应鄂尔多斯盆地北部侏罗纪煤田独特的矿床地质条件而提出,经过多年研究和探索,在基础研究、工程实践等领域取得了大量成果。总结了不同阶段保水采煤研究的最新进展和存在的科学问题。基础研究阶段,查明了煤层与含(隔)水层空间关系、煤层覆岩结构类型,划分了保水采煤地质条件分区,编绘了基于地下水位保护的采煤方法规划图,提出了开采区域评价方法和采煤方法等实现"保水采煤"的途径。在工程实践阶段,以生态水位保护为原则,开展了基于含水层结构保护的充填开采、窄条带开采、限高(分层)开采、短壁机械化开采法、快速推进法等"因地制宜"的保水采煤工程实践,开展了基于岩溶承压含水层结构保护的底板注浆加固保水采煤工程实践;以水资源保护、利用为原则,开展了基于地下水转移储存、采空区储水的保水采煤工程实践。建筑物采动损害评价研究现状与进展
摘要：针对建筑物采动损害评价研究的迫切性,分析了国内外建筑物损害临界变形值确定和损坏等级划分研究现状,归纳给出了基于模糊数学、物元模型、神经网络、聚类分析、熵权法、点数法等理论开展损害评价的优缺点;详细介绍了国际上采动建筑物损害评价的新进展——脆弱性曲线、分类回归树方法。最新研究表明,基于建筑物分类和计算机辅助分析有助于提高建筑物采动损害评价的准确性,克服评价因子的不确定性影响;进而提出了未来急需开展的研究工作和待解决的问题。大倾角厚煤层长壁综放开采基本顶破断模式及演化过程(Ⅱ)——周期破断
摘要：基于弹性力学理论,建立了大倾角综放工作面推进过程中基本顶由小三角形悬板→大三角形悬板→斜梯形板转化的薄板力学模型,计算出3种形状基本顶的上、下板面的应力分布,揭示了断裂线发育轨迹与破坏区演化过程,阐明了大倾角煤层基本顶周期破断的"四边形"型断裂模式。研究表明,大倾角煤层基本顶周期断裂的空间顺序为"中下部→中上部→上部→下部"。结合数值模拟、现场监测等手段,验证了基本顶周期断裂过程中采场围岩应力场分布及矿压显现具有时序性和非对称特征。浅埋深薄基岩煤层组开采采动裂隙演化及台阶式切落形成机制
摘要：探索浅埋深薄基岩煤层组开采采动裂隙演化对认识溃水溃砂通道形成机制具有指导意义。基于大柳塔矿地质条件,设计相似模拟试验,首采1-2上煤层,充分开采后再采1-2煤层。由此,揭示采动裂隙演化规律,指出上煤层采动碎胀作用明显,下煤层采动地表下沉线性增长明显。利用分形与逾渗理论定量评价了采动裂隙的演化特征。上煤层开采,根据周期来压特征,分维变化划分2个线性阶段。下煤层开采,非线性受控于上覆煤层引起的分维变化,分形维数将趋于一个稳定值。进一步揭示了采动裂隙逾渗概率随推进度的线性关系的,得到整个煤层组开采覆岩裂隙非线性演化的2个临界状态。研究了切落式破坏形成机制,提出了岩层板簧效应并分析了崩塌式切落特征,指出拉破坏是典型切落式台阶形成的主要原因。煤矿软弱围岩巷道锚杆孔钻扩机理与试验
摘要：锚固系统失效是煤矿锚杆支护的瓶颈问题,特别是软弱破碎围岩条件下,锚固系统锚固力低下普遍存在。针对煤矿巷道锚固系统失效问题,确定了影响软弱岩层锚固系统失效的主要因素为锚固剂黏结失效,根据理论分析成果,提出了采用改变锚杆孔底形状提高锚固力的方法。通过对普通钻孔、圆柱扩孔、正楔形扩孔和倒楔形扩孔四类锚固系统分析,以锚固体极限拉拔强度、锚固剂与锚杆黏结面应力及位移为指标,确定正楔形为最佳扩孔形状。以锚固剂与锚杆黏结面应力分布特征为依据,确定了正楔形扩孔的最优楔角为40°。设计研发了相应的扩孔机具,进行实验室锚杆孔钻扩与锚固系统拉拔试验,验证了正楔形扩孔的作用机理与提高锚固系统锚固力的有效性。亭南煤矿强膨胀性软岩巷道底臌变形力学机制
摘要：针对亭南煤矿西翼轨道大巷的底臌防治难题,运用软岩工程力学理论,分析了底板泥岩的黏土矿物成分和结构及其遇水膨胀强度软化的特性,提出了软岩巷道的底臌变形力学机制。研究结果表明:底板泥岩的黏土矿物含量高达50.9%,主要黏土矿物成分为高岭石和伊/蒙混层矿物,具有强膨胀性;泥岩遇水后的软化特性明显,在暴露20 h后,强度衰减系数为0.72,35 h时强度衰减系数为0.61,开挖后必须及时对底板泥岩进行封闭;底臌变形破坏主要受分子吸水膨胀、胶体膨胀、构造应力、工程偏应力、软弱夹层等多种因素影响,其变形力学机制为IABIIABDIIIBA型;根据该复合型变形力学机制,提出了铺设干石灰粉、开挖反底拱和安装底角锚杆的综合支护对策,经现场应用,效果良好。碱性溶液降低煤体冲击倾向性的实验研究
摘要：利用RMT-150B岩石力学实验系统对千秋矿原始煤样、清水浸泡煤样与碱溶液浸泡煤样开展实验研究,分析煤样弹性能量指数、冲击能量指数、动态破坏时间和单轴抗压强度指标的变化趋势。综合判断表明,原始煤样和清水浸泡煤样分别为强冲击性和弱冲击性,而碱溶液浸泡后其力学强度急剧下降,由脆性向塑性变化趋势最明显,变为完全无冲击性。通过煤样的工业应用指标、接触角、浸泡时间/力学强度、碱溶液的浓度和用量等测试,初步分析了碱溶液在煤矿的应用前景,对中低阶煤层来说,在煤层注水时加入少许碱性药品实现物理-化学联合作用防治冲击地压,同时还兼具降尘效应。三轴压缩岩石应变软化及渗透率演化的试验和数值模拟
摘要：三轴压缩下岩石峰后应变软化行为及渗透率演化规律是岩石工程稳定性分析的基础。取新疆巴里坤砂岩样在室内开展了三轴压缩试验和三轴渗流试验,获得了不同围压下巴里坤砂岩的全程应力应变曲线、体积应变与渗透率关系曲线。试验结果表明:随着围压增加,岩石峰后残余强度增加,体积扩容和脆性减弱;随着轴向应变增加,岩石先发生弹性压缩,空隙空间减小,渗透率降低;当应力达到屈服强度,岩石内裂隙开始扩展,渗透率降低速率趋缓;在峰值应力后,岩样破坏,裂隙扩展加速,并伴有新裂隙的萌生,岩样渗透率开始快速增长,岩样的渗透率呈"V"型变化。提出了描述围压对岩石峰后脆性影响的新参数,即脆性模量系数,围压与脆性模量系数之间服从负指数关系。基于脆性模量系数、强度退化指数和扩容指数,建立了考虑围压影响的岩石应变软化模型。在分析体积应变与岩石渗透率之间关系基础上,建立了基于体积应变增透率的岩石渗透率演化模型。在FLAC下模拟了巴里坤砂岩不同围压下的应变软化行为和渗透率演化过程,结果表明:岩石应变软化模型能很好地模拟围压对岩石残余强度、体积扩容和峰后脆性的影响;所示模型能较好地模拟围压和剪胀对岩石渗透率的影响;岩样峰后内部出现了明显的剪切破坏带,剪切破坏带与大主应力的夹角随着围压的增加而增大。在剪切破坏带内单元的渗透率显著增长,最后形成了一个流动通道。冻融后花岗岩孔隙发育特征与单轴抗压强度的关联分析
摘要：为了研究冻融后岩石的孔隙特征与力学性质之间的关系,对冻融后的花岗岩进行了核磁共振测试和力学试验,分别分析了NMR孔隙度和谱面积与单轴抗压强度之间的关系,并将岩石核磁共振成像结果与力学破坏特性进行了关联分析。研究结果表明:孔隙的发育程度对岩石的力学损伤有重要的影响,岩石的NMR孔隙度和谱面积与单轴抗压强度之间的关系式均为指数分布,岩石内部的孔隙分布情况与其力学性质和宏观破坏特征之间存在一定的联系;采用分形理论对冻融后花岗岩的孔隙发育特征进行了描述,得出了冻融花岗岩孔隙发育的分形维数。分析表明,冻融作用下岩体内的裂隙产生及其演化具有自相似性,分形维数值越大,孔隙越发育,其单轴抗压强度就越小。基于离散元方法的花岗岩单轴压缩破裂过程的声发射特性
摘要：结合花岗岩单轴压缩下声发射特性室内试验,采用颗粒流数值模拟试验,对加载过程中声发射特性进行了监测,探讨了单轴压缩下的荷载大小与声发射累积数的变化关系,分析了峰值强度前割线模量的变化规律。研究结果发现:加载过程中,试件内部最早出现剪切裂纹,随着颗粒单元内部应力增加,逐渐出现拉伸裂纹;单轴压缩不同荷载阶段对应了4个不同的声发射释放阶段,峰值强度后期出现大量振铃,且累积数较峰值强度前的累积数高;试件的弹性模量变化幅度随模拟时间步增大而逐渐降低,于某特定值浮动。研究成果可为岩石声发射特征研究提供参考。颗粒煤岩破裂过程声发射与电荷感应试验
摘要：考虑颗粒间摩擦和黏结力作用,建立了基于颗粒物质力链失稳的煤岩体破裂判据。分析颗粒煤岩单轴压缩试验结果,得到了颗粒煤岩抗压强度、弹性模量随颗粒煤岩粒径增加而降低的变化规律,从细观尺度证明了煤岩单轴压缩张拉破坏的根源为剪切破坏。分级和循环2种加载试验研究结果表明:颗粒煤岩破裂过程中的声、电荷信号与力链中颗粒摩擦及粘结情况密切相关,声、电荷信号的产生机理存在本质上的差别。从破裂类型看,微裂隙的张拉破坏和颗粒摩擦错动均可导致声发射出现,而煤岩颗粒间的摩擦和微破裂面的相互错动是产生大量自由电荷、发生电荷感应现象的主要原因。可以利用声信号高—低—高的周期变化次数预测采动煤岩体经历的分级和循环加卸载次数;电荷信号首次突变—平稳—突变的出现时间是采动岩体应力阶段的划分标准。声、电荷信号幅值突变的剧烈程度是采动煤岩体失稳的重要前兆物理信息,可由此预测煤岩体稳定性,以便及时做出预警和相应的防护措施。“深部煤层气开发与煤系‘三气’共采技术”专题征稿启事
单轴循环荷载作用下砂岩变形特性与能量特征
摘要：为了研究单轴循环荷载下砂岩的变形与能量特性,利用WDT-1500多功能材料试验机,对砂岩进行不同应力振幅条件下循环加载试验,研究了循环加载过程变形3阶段的变形特性、循环软化与循环硬化及能耗特征,并且建立了耗散能随循环次数变化的演化方程。研究结果表明:1循环荷载上限高于或者低于砂岩屈服应力时,在循环加载过程中的初始阶段和等速阶段砂岩的环向和轴向变形表现出不同的变形特性;2单轴压缩条件下的屈服应力是砂岩在循环加载过程中循环硬化和软化特性出现变化的分界点;3在循环加载过程中的不同阶段能量耗散特征及其演化规律是不同的,其演化曲线呈现U形或者L形;4提出基于Lazan材料阻尼理论的耗散能演化方程,试验数据与计算结果对比显示该方程能够较好地反映砂岩循环加载过程中的能量耗散特征。西部弱胶结砂岩循环载荷作用下塑性应变能变化规律
摘要：通过不同应力路径下的三轴循环加卸载实验,对中国西部矿区中不同粒径弱胶结砂岩的塑性应变能和塑性变形变化规律进行了研究。实验结果表明,加载路径对砂岩的塑性应变能及塑性变形特征有显著影响;在加载过程中,粗砂,中砂,细砂储存的塑性应变能以及累计速度依次递减,并且塑性应变能随应力增大按指数规律变化;各加卸载周期内储存的塑性应变能随加卸载次数及应力的增大呈"U"字形变化,即初始阶段由于孔隙裂隙压密,会储存较多塑性应变能;弹性阶段变形源于晶格弹性压缩,卸载时可以恢复,储存的塑性应变能较少;屈服阶段由于破裂面滑移也会储存较多塑性应变能;轴向和径向残余应变随应力增大呈指数形式增长,并且径向残余应变增长速度大于轴向;残余应变与塑性应变能变化规律不同,塑性应变能更能真实反映岩石在受载过程中的状态变化。低水胶比偏高岭土混凝土的强度和细观结构的分形特征
摘要：为探明低水胶比偏高岭土混凝土的力学性能,以及定量表征掺入偏高岭土后混凝土内部细观结构的变化规律,测试了不同偏高岭土掺量混凝土的抗压、劈裂和弯折强度;利用扫描电镜拍摄了混凝土水化产物微结构的SEM图像;运用分形理论计算分析了SEM图像的分形维数及其变化规律;并研究探讨了分形维数和强度的关系。研究表明:偏高岭土可以有效提高和改善混凝土的力学性能和细观结构;分形方法能够定量分析偏高岭土混凝土内部细观结构的变化特征,分形维数随着偏高岭土掺量的增加呈现降低趋势;抗压强度和分形维数存在良好的指数负相关性,抗压强度随分形维数的增大而减小。一种边优先的露天煤矿DEM构建算法
摘要：DEM(Digital Elevation Model,数字高程模型)是以高程为地形属性,用来描述地形表面形态属性信息的数字表达模型。根据数字化露天煤矿DEM构建需求,提出了一种边优先的DEM构建算法。该算法基于二维空间直线体素遍历原理建立边的格网索引,并采用"最小外接矩形"法搜索DT点。为了确保DEM对地形描述的正确性,采用改进的平坦区域搜索修正算法对相邻等值线之间的平坦区域进行修正。实验及应用结果表明,该算法时间效率高,运行稳定,建模精度可靠,能够满足露天煤矿DEM构建需要。煤岩体振动破坏试验及微震信号特征
摘要：通过所搭建的大型振动试验装置和微震监测系统,探究不同激励加速度和频率条件下整体煤岩试件的振动破坏特性。利用希尔伯特-黄变换(HHT)对煤岩体受迫振动过程中的监测信号进行了模态分离和信号重构,并结合振动力学知识着重阐释了共振放大效应产生的机理。研究结果表明:微震传感器监测信号具有明显的载波特征;当激励加速度峰值达到一定水平(0.5g)时,煤岩试件出现有效微震信号,首次破裂发生在煤层中,信号随传播距离的增大而衰减;随着裂隙的产生和扩展,煤岩试件自振频率降低,当激励频率等于煤体自振频率时,试件会产生共振放大效应,微震信号明显增强;激励加速度和激励频率对微震信号均有影响,激励加速度峰值越大、激励频率越接近自振频率,则微震信号越密集、幅值越大,且出现了优势频段向低频转移的趋势;理论分析解释了上述现象产生的原因。低信噪比微震P波震相初至自动拾取方法
摘要：针对微震信号固有的低信噪比、非平稳性、随机性等特征,发展了一种基于希尔伯特-黄变换(HHT)和AIC准则相结合的震相初至自动拾取方法,该方法首先对含噪信号进行经验模态分解(EMD)及内蕴模态函数(IMF)重构,在保留微震信号固有特征基础上实现降噪;其次,基于Hilbert变换计算出归一化包络信号,通过设置包络阈值搜索震相初至的大致位置,并以该位置为基础为AIC函数选择合适的计算时窗以降低计算复杂度;最后,在选择的时窗内应用AIC准则计算出P波震相初至。应用该方法对随机选取的高、低信噪比两类共80个微震信号进行震相初至拾取,若以人工拾取结果为基准、时差在10 ms以内视为准确拾取,结果显示,高信噪比信号拾取准确率为100%,低信噪比信号拾取准确率为92%。
