一次动压煤矿巷道预应力锚索支护设计与参数优化

针对阳泉矿区一次采场巷道,采用正交数值分析方法和灰色理论中的关联度分析,进行了支护参数的优化决策。选择了8因素3水平的正交数值试验方案,进行18次数值计算,研究了不同的一次动压条件（应力环境）和支护参数的巷道稳定性与变形特征。在计算中,考虑了围岩锚固的“强度效应”,提出了锚固效应在数值计算中的实施方案;提出了巷道稳定性和变形收敛率两类评价准则,确定了相应的局部优化方案。在此基础上,综合支护成本和施工难易程度等因素,采用了灰色理论进行最佳方案的关联度分析,由此获得一次动压巷道的最优支护方案。该研究已应用于阳泉矿区一次采场巷道支护设计,取得了较满意的支护效果。     

露天地下开采隔离层稳定性研究

露天地下开采隔离层稳定性分析是矿山中经常遇到的问题。以大宝山矿露天地下开采的工程实例,采用数值分析方法,对隔离层稳定性进行分析计算,发现空区顶板的拉应力是关系隔离层稳定性的关键因素。通过对隔离层的安全厚度数值计算,与5种理论计算方法结果进行了比较,综合求和归一法数据处理和多项式数值逼近得到了不同空区跨度与隔离层安全厚度关系。结果为露天地下开采隔离层稳定性分析的方法进行了验证和补充,也为矿山设计隔离层厚度提供了参考,对指导露天地下开采安全生产施工具有重要意义。     

弹性地基条件下狭窄煤柱岩爆的突变理论分析

将未采煤层视为弹性地基条件下,运用maple9.5符号运算软件解得岩梁的挠曲线方程。根据能量守恒原理得到的功、能增量平衡关系式,求得岩梁–煤柱系统作准静态形变时的平衡方程--折迭突变模型平衡方程;用折迭突变总势能函数所作的稳定性判别表明,岩爆前兆阶段岩梁–煤柱系统处于不稳定平衡状态;煤柱岩爆的条件是Cook刚度准则,该准则可以动态地用煤柱形变增大时所需外界的能量输入率趋于0来表示;计算了煤柱岩爆地震能释放量,阐明煤柱岩爆机制是由于岩梁弹性能释放量超过峰后软化煤柱形变所耗的能量。通过岩梁弹性势能变化率曲线和煤柱耗能曲线,以几何形式描述了所得研究结果。计算表明,未开采煤层刚度变化对岩梁的等效刚度影响微弱。工作面开挖和采空区增大,将显著减小岩梁刚度Ke,对煤柱岩爆有重要影响。     

铁路穿越盐矿采空区岩体稳定性有限元分析

沪汉蓉铁路通道下辛店镇至云梦间分别有3个主要线路预选方案,其中小取直方案和既有线改建方案的部分地段将位于大规模的盐溶空腔之上或近处的地表,盐溶空腔的时空效应有可能对线路其下地质体的稳定性产生不利的影响。为了正确地选择线路方案,应对所涉及的盐溶空腔区域的力学动态进行定量的研究。为此,笔者就小取直方案穿行的B52矿区、沿既有线改建方案穿行的B63矿区的典型剖面,对相应的岩体稳定性进行了二维及三维弹塑性有限元计算,得出了地层中的位移分布及塑性区,重点分析了盐溶空腔顶部地表及路堤的下沉,最后以铁道线路路堤的允许下沉值为控制指标,给出了可供决策的结论。     

截齿截割煤体变形破坏过程的散斑测试研究

采用白光数字散斑相关测定方法,在压力机上,在截割模拟实验台上分别对煤试件进行刀齿、镐齿的截割实验,研究被截割煤体的变形破坏过程。研究表明：截齿截割煤体过程中,煤体出现稳定的变形局部化带,且最终发展为宏观裂纹;煤体变形局部化带为一个倾斜带;刀齿截割时,变形局部化发展较慢,但产生变形局部化后,局部化带宽且带内应变值较高;而镐齿截割时,变形局部化发展较快,但产生局部化后,局部化带窄且带内应变值不如刀齿高。截齿截割作用下的煤体变形破坏主要是剪破坏。     

开采倾斜近地表矿体地表及围岩变形陷落的模型试验研究

以某铜矿矿山一典型地质剖面为原型,运用物理概化模型试验,采用网格数字摄影测量方法量测模型剖面全场位移,分析了开采倾斜近地表矿体地表及围岩变形陷落随不同开挖步的变化规律。在模型试验中,开挖-75 m～-45 m之间的矿体,围岩扰动范围及地表下沉位移逐渐增大,第7步开挖完成后,采空区上方岩体开始出现离层,第9步开挖完成后,地表1～4测点之间形成一明显沉陷盆地,最大下沉位移达825 mm。模型试验研究的结果与现场及离散元数值计算结果基本吻合。     

受压煤岩破裂过程电磁辐射与能量转化规律研究

首先对煤岩单轴受压变形破裂过程产生的电磁辐射（EME）、声发射（AE）信号变化规律进行了试验研究,然后在试验测定结果的基础上分析研究了煤岩变形破裂电磁辐射与加载变形能量之间的转换关系。研究结果表明,EME值随着加载时间的增加而增强,声发射信号也呈现同样的规律;电磁辐射的幅值、脉冲数在煤岩主破裂前与应力基本成正相关的关系,出现峰值后降低,试验的各个样品均呈现此变化规律;电磁辐射能和机械能的转化曲线与煤岩单轴加载过程的应力-应变关系曲线是相对应的,且呈现三次多项式的关系。从能量转换的角度来研究煤岩变形破裂电磁辐射与应力之间的关系是可行的。     

构造带综放工作面支架异常压力机理探讨

针对多个综放采场出现的支架立柱压爆、油缸变形等异常矿压显现,通过对综放采场上覆岩层的运动范围及运动特点、顶板结构动态稳定性的分析,探讨了综放工作面异常压力产生的机理。得出了顶板结构局部铰接失稳（滑落失稳）是造成异常压力主要原因的结论。由于滑落失稳的原因不同,可分为水浸蚀型、地质构造型和顶板失稳型。通过对综放采场支架作用力的分析,给出了计算异常压力的公式。利用顶板结构动态稳定性判断准则,可对异常压力的类型进行判别,从而进一步确定异常压力的计算方法,为采场支架选型和现场控制异常压力提供理论依据。     

采场组合矿压观测方案的研究

分析了传统矿山压力观测方法的不足,提出了采场组合矿压观测方案。通过对组合观测理论、观测方法、实施方案的论述,提出了一套理论上可行、实践中可用的实用矿压观测方法。实践表明,该方案对监测矿山压力的变化规律具有较强的可靠性,对煤矿企业的矿压观测方案部署具有较强的借鉴价值。     

Binary gas adsorption/desorption isotherms: effect of moisture and coal composition upon carbon dioxide selectivity over methane

The effect of coal moisture content and composition upon methane/carbon dioxide mixed gas adsorption characteristics is investigated. Separation factors are used to quantify the relative adsorption of carbon dioxide and methane. Experimental data indicate that carbon dioxide separation factors vary slightly between coal lithotypes, but the effects of variable coal composition and moisture upon selective adsorption are difficult to isolate. Model predictions based upon single-component isotherms show that although some variability in carbon dioxide selectivity exists for different coal types, there is no clear relationship between coal composition and carbon dioxide selectivity. Model predictions also indicate that coal moisture decreases carbon dioxide selectivity. The ideal adsorbed solution (IAS) theory and the extended Langmuir model differ substantially in their ability to predict binary gas adsorption behaviour. Comparison of model predictions to experimental data demonstrates that IAS theory, in conjunction with the Dubinin–Astakhov single-component isotherm equations are more accurate for the prediction of mixed gas desorption isotherms collected in this study than the extended Langmuir. IAS predictions, however, are strongly dependent upon the choice of pure gas isotherm equation.