综放工作面覆岩破坏特征及裂隙演化相似模拟试验研究

针对煤层开采后常出现矿压显现剧烈、煤岩透气性增大和地表下沉等问题,利用二维相似模拟试验研究综放工作面覆岩破坏特征并通过分形理论表征裂隙演化规律.试验结果表明:煤层基本顶初次来压步距为78 m,周期来压步距为24 m;煤层采动裂隙发育,距煤层顶板超过35 m;煤层开采后形成的覆岩裂隙具有分形特征,其分形维数随工作面的推进...     

程潮铁矿区采动影响生态风险空间分异研究

基于风险源影响度、生态脆弱度和生态损失度建立矿区生态风险空间评价模型,厘清了矿区生态风险的内在本质。借助采动破坏相关理论中崩落带、移动带和保护带的划分来表征地下采动对地表生态受体的影响,并制定了生态脆弱度和损失度表征方法,为地下采动生态风险评估提供了一条值得参考的途径。程潮铁矿实证研究表明,评价结果符合矿区实际情况,对矿区生态风险防范具有一定指导意义。     

工作面回采诱发多断层活化对地表建筑物的影响分析

为了研究工作面回采诱发多断层活化对附近村庄内民房的影响,结合杨河煤矿地质采矿条件及裴沟村的地理位置,通过现场调查民房破坏情况划分了建筑物的采动损坏等级,证明了利用岩层边界角计算由断层活化引起的采动影响范围的不合理性;分析村庄内的地表移动破坏特征确定了断层活化的事实;运用FLAC3D数值模拟揭示了断层活化地表移动变形的特点;综合以上研究,提出了由断层活化造成民房损害的鉴定方法。结果表明:多断层活化具有多米诺骨牌效应,工作面回采产生的破坏,在断层之间依次传递,扩大了开采沉降的范围,增加了受损民房的数目;断层活化的地表倾斜值并非随着远离采空区边界逐渐减小,而是先减小,后增大,造成部分民房破坏加剧;提出以地表移动破坏特征判断断层是否活化、数值模拟确定采动影响范围、民房损害等级划分确定民房受损数目的鉴定方法。     

分层开采工艺对地表沉降的影响研究

分层开采是厚煤开采的经典工艺,这种工艺对地表沉降的影响比较复杂。通过测试原岩物理力学参数,利用有限元软件flac3D对分层和一次采全高时地表沉降进行了数值模拟。结果表明,如果采高较小,砌体梁距煤层较近,且采完上分层后长时间停采,给顶板再生留足时间,分层开采较一次采全高对地表沉降影响要小。     

采动区建筑物移动变形规律实测研究

为了研究开采影响下的建筑物移动变形规律、指导矿井安全生产,兴隆庄煤矿专门在4326综放工作面上方设立建筑物移动观测站。通过对观测资料的分析研究,获得该区条件下建筑物的移动变形规律,给出建筑物移动变形与地表移动变形之间的单因素系列关系式,并总结了不同长高比条件下建筑物变形与地表变形之间的综合关系式,获得的一些有益成果为矿区建筑物下安全采煤及采动区建筑物保护设计提供了科学依据。     

采空区上覆火成岩断裂致灾机理研究

为了解释采空区影响下火成岩断裂破坏诱发地表裂缝的形成原因,通过建立两种采动影响下的火成岩断裂物理力学模型,推导出采动影响下火成岩初次断裂和周期性断裂判据。结合铁法晓南矿开采出现的地表裂缝,分析了火成岩断裂破坏机理,并对火成岩断裂破坏进行了预测。通过与现场实测地表裂缝位置加以验证,证明了所建力学模型的可靠性,并给出了后续生产中关于地表裂缝的规避性建议。     

某矿村庄下煤柱开采方案研究

为了充分开采村庄下的煤炭资源和缓解矿区采掘接替紧张的矛盾以及延长矿井服务年限,同时又能最大限度地减小地下开采对地表建筑物损害。结合某矿特定的地质采矿条件,根据岩层与地表移动机理,对该矿区地表移动变形的影响因素和工作面推进速度与地表变形的关系进行了分析,得出了该矿13264工作面最佳的推进速度为3.0m/d。应用村庄下压煤开采技术的理论和方法,对该矿区村庄下保护煤柱后期开采方案进行了优化分析,指出:13266工作面顺序开采并能够在较短的时间内开采停止,则顺序开采对地表建筑物的损害程度要小;13264工作面开采通过该矿区村庄以后,下一个工作面通过的时间相隔时间较长,则跳采方式对地表建筑物的损害程度要小。     

基于物理相似模拟实验的覆岩采动裂隙演化规律研究

覆岩采动裂隙演化规律及其形态特征与卸压瓦斯抽采密切相关。运用自主设计的固气耦合相似模拟实验系统,通过模拟实验分析得到采动裂隙随着工作面的推进经历了产生、发展和闭合过程,其分布曲线呈马鞍状。结合采动裂隙演化规律及分布形态,分析了采动裂隙场的演化特征,其发育高度受主关键层影响明显,进一步明确了卸压瓦斯在裂隙发育各阶段发生运移和汇集的区域范围,为现场布置瓦斯抽采钻孔参数提供了设计依据。     

重复采动顺层岩质斜坡变形破坏动态演化规律研究

在顺层岩质斜坡下覆岩层中进行采煤活动极易诱发滑坡、崩塌等地质灾害，严重威胁人民群众的生命和财产安全。运用UDEC离散元数值模拟方法，研究了近距离煤层群重复开采对其上覆顺层岩质斜坡变形破坏的动态演化规律。结果表明：1)重复开采导致斜坡的滑移范围扩大，坡面附近的下沉位移明显增加，且超过采高，同时坡肩附近的水平位移加剧，超过单层开采时的2倍；2)采动斜坡裂缝具有明显的动态阶段性发育特征，单层采动时坡面中下部临时性裂缝发育过程为“积累—产生—扩展—缩小闭合”,坡面上部及坡顶未贯通至滑面的裂缝发育过程为“积累—产生—扩展—稳定”;3)在重复采动影响下，部分临时性裂缝和未贯通裂缝均开始活化，其发育过程为“活化—扩展—稳定”,最终转化为永久性裂缝，同时坡体内出现离层，横向裂缝显著增多，坡表产生更多细小开口的裂缝群；4)重复采动不仅会导致新裂缝的产生，也会加剧横向裂缝的产生和扩展，使得坡体更加破碎，稳定性逐步降低。研究成果为采动顺层岩质斜坡变形破坏机理研究奠定基础，为采动顺层岩质斜坡稳定性分析提供参考。     

基于离散元法的采动顺层岩质斜坡变形破坏响应特征研究

地下采矿影响下顺层岩质斜坡极易发生采动顺层滑坡,且往往规模大,危害极严重.采用UDEC离散元法,将不同地表斜坡与采空区之间的空间位置关系归纳为地下单区段开采、跳采、顺坡开采、逆坡开采4种开采程序,并分别研究其对顺层岩质斜坡的变形破坏响应特征.结果表明:4种地下开采程序影响下,顺层岩质斜坡均出现拉裂、破裂、滑移破坏现象,但变形破坏程度不同;开采影响范围内,顺层岩质斜坡坡面出现明显上开口、下开口 2类裂缝,由坡面受拉伸变形引起上开口裂缝,因岩体向采空区方向卸荷下沉产生下开口裂缝;顺层岩质斜坡的上层岩体不仅向采空区方向下沉,还沿岩层面或软弱夹层向临空方向滑移;逆坡开采诱发顺层岩质斜坡变形破坏最为严重,且发生失稳滑坡的危险性最大.采动顺层岩质斜坡变形破坏响应特征研究为采动顺层岩质斜坡机理研究奠定了基础,可为采动顺层岩质斜坡稳定性分析提供一定的理论支撑.     

裂纹宽度对分步压装装药撞击安全性的影响

针对装药裂纹与装药密度不均匀两个因素耦合作用下分步压装装药撞击安全性缺乏系统研究的问题,利用大型落锤加载装置对具有不同裂纹宽度的分步压装药柱进行了撞击加载试验,并分析了试验前、后药柱内部应力和密度分布状态的变化规律,讨论了裂纹宽度对分步压装装药撞击安全性的影响机制。结果表明:当裂纹宽度小于1.0 mm时,带裂纹分步压装药柱的撞击安全性均优于无裂纹药柱;但当裂纹宽度达到1.5 mm时,其撞击安全性明显降低。这主要是因为在撞击加载条件下,当裂纹未扩展时,裂纹区域的闭合过程能够吸收部分落锤撞击能量,减弱炸药颗粒径向流动趋势,进而降低"热点"形成的几率;而当裂纹发生扩展时,在裂纹扩展区域极易引发"热点"形成,使分步压装药柱的撞击安全性降低。可见,随裂纹宽增大,分步压装装药中裂纹所起的主要作用发生变化,从而导致装药的响应结果不同。     

高校学生公寓应急疏散模拟与优化

运用应急疏散软件Pathfinder对某高校学生公寓的人员疏散进行了模拟,结果表明,休息时间段内公寓发生的突发事件更容易造成人员疏散运动时间的延长;同等条件下女生比男生所需要的人员疏散运动时间更长。通过合理规划疏散路线,对原有模型进行了优化,并使用人员疏散运动时间和单位有效疏散宽度使用率两个指标,来定量对比优化前后人员疏散的均衡度和疏散效果,给高校学生公寓的应急和安全管理工作提供参考。     

空间裂缝病害下铁路隧道衬砌结构安全性研究

基于现场检测结果,针对隧道衬砌裂缝病害,借助ANSYS有限元分析软件,采用荷载－结构法建立含纵向裂缝的隧道计算模型,考虑拱顶和拱腰部位裂缝,分析不同长度、深度裂缝对衬砌结构安全性影响大小,并总结不同规模裂缝下衬砌结构安全性的变化规律。结果表明:裂缝对裂缝附近区域结构的安全性危害最大,拱顶裂缝对衬砌结构的危害程度要远大于拱腰裂缝,且裂缝深度对衬砌结构安全性影响较裂缝长度更为显著,最后在此基础上提出了空间裂缝下衬砌结构安全性评判标准,对不同规模裂缝危害进行等级划分,为隧道相应的病害整治提供了依据。     

超声机械效应致裂煤岩增渗规律研究

超声机械效应致裂煤岩过程中裂纹的萌生、扩展过程及增渗规律仅凭借物理实验无法得到,煤岩破裂能量变化、煤岩应力-应变关系及储层渗透特性变化缺乏深入的研究。结合CT观测及渗透率的气测实验对煤岩破裂声发射、有效声压及声波对煤岩体裂纹扩展规律进行了深入探讨;开展了超声机械效应致裂煤岩的数值试验研究。结果表明:煤岩破裂过程应力变化率和煤岩声发射现象具有一致性;有效声压的增大有利于裂纹扩展和贯穿,使煤岩体内部原本互不相通的裂纹裂隙形成了相互贯通的网络,从而提高了煤岩的渗透率。     

试论建立矿山安全生产长效机制

当前,我国正处在经济发展的转型期,出现了多种经济成份的组织形式。在一些企业,特别是矿山生产企业,重生产、轻生命,重利益、轻安全的现象十分严重。笔者首先对矿山安全生产的规律特点、现状进行了认真分析;指出目前存在着安全生产责任不落实,矿山开采秩序混乱,惩治力度不大,安全第一思想树的不牢,安全监管力量薄弱等问题。进而分析了建立矿山安全生产长效机制的可行性,指出以人为本的科学发展观的确立,政府的重视,职工维权意识的增强为建立安全生产长效机制奠定了基础。阐述了安全生产长效机制的概念,确立了“三大机制”作为安全生产长效机制的核心内容,并对此进行了详细地论述。     

爆破和降雨作用下诱发含后缘裂缝岩质边坡失稳机制研究

为了探讨爆破和降雨对边坡失稳的影响,基于边坡实际结构,提出了将滑面分为后缘张拉裂缝段、中部锁固段、下部剪切滑动段。利用断裂力学理论,分析了爆破和降雨双重工况下的裂缝起裂扩展判据。基于格里菲斯（Griffith）能量准则,推导了边坡滑动块断裂后沿底滑面的剧动距离。通过实例验证了理论计算的可行性和适用性,研究结果表明:边坡表面裂缝起裂的根本动力为降雨、爆破以及二者的共同作用;在一定外力条件下,裂缝起裂扩展存在最小临界深度;降雨和爆破共同作用时,裂缝扩展临界深度最小;中部锁固段长度为控制边坡失稳的关键因素;降雨并不能使裂缝扩展,预知裂缝深度时,可通过控制爆破药量来控制边坡失稳。     

平板及焊缝中裂纹磁记忆检测技术研究

为了将磁记忆技术用于裂纹缺陷的检测领域,应用试验研究和有限元分析相结合的方法,分析裂纹的深度、埋深、宽度以及扫描角度对平板中裂纹磁记忆检测的影响。针对45号钢板建立深度和宽度2个影响参量与磁记忆信号之间的量化关系。沿焊缝长度方向和垂直焊缝长度方向对焊接裂纹进行磁记忆检测,研究焊接裂纹的检测方法和信号特征。提出根据局部波形呈现正弦波形态判别缺陷的方法。研究结果表明,用磁记忆检测技术能够对裂纹进行定位,并根据波形信号特征量对裂纹深度、宽度进行量化评价。     

瓦斯浓度区间预测的灰色聚类与高斯过程模型

为有效分析矿井瓦斯监测数据,以实现准确、可靠的瓦斯浓度预测,基于灰色关联聚类分析与高斯过程回归模型,研究瓦斯浓度时间序列分析与预测的方法。以预测有效度为预测精度的评估指标来动态确定重构瓦斯浓度时间序列样本空间的维数;应用灰色关联分析方法将瓦斯浓度时间序列划分成若干样本集,将其中具有关联特征的样本作为虚拟变量进行预测以消除因随机、不确定因素干扰而引起的预测误差;应用高斯过程回归模型实现瓦斯浓度区间预测,将预测结果表示成一个具有较高可信度的取值区间,以此表达对未来一段时间内瓦斯浓度动态变化情况的预测。实例分析表明:预测结果准确、可靠,能够较好地反映瓦斯浓度的实际变化状况。     

花岗岩颗粒流模型循环压缩作用下裂纹特征分析

为了分析花岗岩颗粒流模型循环作用下的裂纹特征，基于花岗岩单轴压缩试验得到的应力应变曲线，完成了PFC3D数值试验的参数标定，探讨了不同循环次数下数值试件内部裂纹数目、分布和角度的变化规律。研究结果表明:平行黏结模型能够正确表达花岗岩的主要力学性质；在数值试验加载至破坏过程中，裂纹数目以应力应变曲线峰值点为分界，峰后阶段产生的裂纹数占总裂纹数的60%~90%;张剪裂纹最初产生于试件两端，随着加载进行，裂纹向着试件中部发展贯通，最终形成宏观剪切破坏带；剪切裂纹的角度分布方向明显，与轴向加载方向相同；张拉裂纹角度分布则在轴向加载方向和水平方向上略显集中。研究结果可为矿山安全回采矿柱提供依据。     

丘陵山地采煤地地表移动变形与裂缝特征相关性研究

在预测模型修正的基础上,运用地表变形预计系统对丘陵山区采煤地地表变形预测,通过对比分析预计裂缝结果和裂缝调查结果,分析裂缝与地表变形参数之间的相关性。研究结果发现,经过修正后的丘陵山地预测模型,预测结果与调查结果吻合;裂缝宽度与预计的水平变形值的相关性显著,而裂缝长度与预计水平变形值的的相关性不显著。