瓦斯压力对煤体爆破应力影响规律试验研究

为研究瓦斯压力对煤体爆破应力的影响规律,开展了不同瓦斯压力条件下煤体爆破试验,对煤体爆破应力进行测试与分析,并利用LS-DYNA3D模拟软件对试验结果进行了验证。结果表明:煤体中瓦斯压力的能够增加煤体爆破应力波峰值,应力波的作用时间延长大约200us;随着瓦斯压力增加,煤体爆破应力波峰值也随之增大,从而更利于煤体爆破裂纹的扩展;煤体中瓦斯压力对煤体爆破中远区影响较大,在爆破近区,瓦斯压力基本可以忽略;当瓦斯压力存在时,煤体爆炸应力波均将出现两个完整的波形。     

运用量纲分析探究爆炸应力波在中远区岩石中的衰减规律

在国内外关于爆炸应力波衰减规律研究成果的基础上,运用量纲分析方法推导得出爆炸应力波在中远区岩石中的一般衰减模型。以青海威斯特德尔尼露天铜矿地质数据为背景,借助LS-DYNA大型动力有限元程序建立双台阶模型进行求解运算,得到监测点应力数据,由数据分布规律确定应力波衰减公式,同时,将求解结果用于拟合推导得出的一般衰减模型,从而得到模拟原型-青海威斯特德尔尼露天矿台阶爆破中远区岩体应力衰减公式。拟合结果表明:运用量纲分析方法推导得出的爆炸应力波一般衰减模型能有效反映应力波在岩石中的衰减规律。     

运用量纲分析探究爆炸应力波在中远区岩石中的衰减规律北大核心CSCD

在国内外关于爆炸应力波衰减规律研究成果的基础上,运用量纲分析方法推导得出爆炸应力波在中远区岩石中的一般衰减模型。以青海威斯特德尔尼露天铜矿地质数据为背景,借助LS-DYNA大型动力有限元程序建立双台阶模型进行求解运算,得到监测点应力数据,由数据分布规律确定应力波衰减公式,同时,将求解结果用于拟合推导得出的一般衰减模型,从而得到模拟原型-青海威斯特德尔尼露天矿台阶爆破中远区岩体应力衰减公式。拟合结果表明:运用量纲分析方法推导得出的爆炸应力波一般衰减模型能有效反映应力波在岩石中的衰减规律。     

新浇混凝土爆破振动损伤累积机制试验研究

为揭示新浇混凝土爆破振动损伤累积机制,设计并开展新浇混凝土爆破振动损伤累积模拟试验。首先测量超声波波速,并计算损伤值;然后利用试验结果和损伤断裂力学原理,分析新浇混凝土振动损伤累积规律与机制。结果表明:受振混凝土超声波速变化经历快速增长、缓慢增长、降低和稳定4个阶段;损伤值在第一阶段快速减小,进入第2阶段后损伤劣化效应显现,损伤值随着振动次数的增加先快速增加、后缓慢增加;受振混凝土中的峰值波速和稳定波速均低于基准混凝土的相应波速,高强混凝土损伤累积劣化效应较普通混凝土明显。新浇混凝土振动损伤累积是原生微裂纹尖端局部损伤变形、微裂纹和细观裂纹扩展的结果。     

基于剪切梁理论的爆破扰动对巷道顶板稳定性影响研究

厚煤层沿底布置巷道顶板维护难度较大,从爆破扰动影响顶板稳定性的角度对此进行了研究.在分析爆破应力波远区破坏效应的基础上,建立了沿底布置巷道顶板的剪切梁模型,依此研究了顶板煤、岩体的水平位移及应力分布规律,最后以某矿地质条件为原型利用Flac3D数值软件进行了模拟研究.研究发现:基于爆破应力波的远区破坏效应,沿底布置巷道的顶板煤层与上覆岩层的相对错动可以用剪切梁理论加以分析.基于此得到了厚煤层巷道顶板中煤层与岩层单调加载过程及循环加载条件下的位移及应力分布,单次爆破对顶板的影响有限,多次扰动的累积效应会对其产生一定程度的损伤.模拟中,随着装药量的增加,沿底布置巷道顶板煤、岩体的水平位移随之增加,且煤体的位移量大于岩体;持续扰动条件下,煤、岩体的水平位移均出现了累加效应,且随着动力扰动作用次数的增加,煤、岩体的相对错动逐渐增大,容易产生顶板离层垮落等动力灾害.研究成果对加强扰动作用下顶板的支护管理具有一定的理论与指导意义.     

基于光纤传感技术的过山车疲劳寿命预测研究

过山车承受复杂随机交变循环载荷,其引起的疲劳损伤是过山车突然失效的主要原因,过山车结构的疲劳及由此引起的安全问题愈来愈突出。本文采用光纤光栅传感器对过山车关键结构的应力进行实时监测。针对实时监测数据,采用双参数四峰谷值雨流快速计数程序,对光纤光栅监测得到的实时应力监测数据进行数据压缩、峰谷值挑选、无效幅值去除等,得到疲劳损伤热点区的有效应力幅。同时采用Miner线性累积损伤理论和名义应力法对过山车热点区的累积损伤和疲劳寿命进行计算与预测。根据热点区2个测点的疲劳寿命分析结果,该过山车轨道的疲劳寿命满足规范基本要求。本文将光纤传感在线实时监测技术与疲劳寿命预测方法相结合,为更加准确的实现过山车的累积损伤及疲劳剩余寿命的实时显示和分析提供了新手段。     

不同曲率弯曲巷道弯角近区爆炸冲击波传播特性研究

为研究爆炸冲击波在不同曲率弯曲巷道弯角近区的传播规律,采用有限元方法建立爆炸模型,分析爆炸冲击波传播特性及其变化过程。研究结果表明,弯曲角度改变了巷道内冲击波超压分布,巷道内爆炸冲击波是巷道壁面反射叠加增强作用与传播距离衰减效应综合作用的结果,在爆源近区反射叠加作用占主导地位,使峰值压力出现极值;随着传播距离的增加,冲击波衰减占主导地位,峰值超压随距离呈现为线性衰减。     

安全气囊爆炸时儿童离位距离与颅脑损伤的关系

为探讨交通事故中安全气囊爆炸对儿童颅脑损伤的影响,基于已构建的经过有效性验证的6岁儿童头部有限元(FE)模型,采用FE方法模拟气囊爆炸对离位(OOP)状态儿童乘员头部的冲击过程,研究不同离位距离对交通事故中儿童颅脑响应及其损伤机制。结果表明,随着离位儿童头部与气囊距离的减小,气囊爆炸导致儿童颅脑响应参数(如颅内压、脑组织Vonmises应力和剪应变)明显增加,儿童颅脑损伤程度加重。当离位儿童头部与气囊距离为15和20 cm时,气囊爆炸对离位儿童头部的撞击力不仅导致严重的颅脑损伤,而且还会造成儿童面骨骨折;当距离为30 cm时,头部接触力和头部损伤指标(HIC)值均较小,颅内压力和脑组织Vonmises应力应变均未达到颅脑损伤的阈值。     

煤层赋存条件对煤与瓦斯突出危险性的影响研究

为研究煤层赋存条件对煤与瓦斯突出危险性的影响,模拟分析不同条件(埋藏深度、煤层厚度和煤体强度)下的应力、瓦斯压力和煤体塑性变形区的分布及变化。结果表明,随埋藏深度的增加,工作面前方应力峰值及应力梯度、瓦斯压力梯度、塑性变形区及塑性应变量等随之增大,煤与瓦斯突出的危险性越来越高;随煤层厚度的增加,工作面应力峰值、应力梯度逐渐减小,出现应力峰值的位置越远离工作面,瓦斯卸压带、瓦斯排放带、塑性变形区越逐渐增大,煤与瓦斯突出的危险性越来越小;随煤体强度的升高,工作面前方应力梯度、瓦斯压力梯度随之增大,塑性变形区和塑性应变值随之减小,煤与瓦斯突出危险性越来越小。     

大尺度管道中煤粉爆炸的试验研究

煤粉爆炸传播特性的试验研究对于深入了解和预防矿井煤尘爆炸事故有重要意义。利用自制的长29.6 m,内径199 mm的试验管道,对煤粉-空气混合物爆炸压力波传播过程进行试验研究。采用压电传感器测量压力信号,得到爆炸压力波沿管道传播过程中不同测点处的压力时间历程曲线,探讨煤粉粒度和浓度对其爆炸超压的影响规律。结果表明:煤粉-空气混和物在弱点火条件下能够实现粉尘火焰的形成和传播。煤粉爆炸压力波传播过程中速度为400~430 m/s,峰值超压为68~72 kPa。煤粉爆炸峰值超压随着煤粉粒度的减小而增大,但煤粉粒度对其爆炸峰值超压的影响程度随着浓度的增加将逐渐减弱。     

高压水射流卸压防治复合动力灾害机理及应用

为研究高压水射流卸压防治复合动力灾害的可行性,以余吾煤业高瓦斯矿井东翼采区内首采N2105工作面工程地质条件为背景,通过现场调研、理论分析、数值模拟和工业性试验等方法,对N2105进风平巷两帮采取高压水射流卸压防治效果进行了研究。结果表明:对巷帮煤体采取高压水射流卸压技术,煤体在高压水射流的冲击力和扰动应力波共同作用下瞬间发生破坏;巷帮侧支承应力分布曲线由原有的“单高峰值”转变为“内低外高双峰值”,受以上支承应力变化的影响,底板煤岩体内难以形成范围较大且连续的塑性应力状态区;现场电磁辐射和矿压监测结果表明高压水射流技术对煤层卸压增透效果显著,降低了巷道发生复合动力灾害的可能性。研究结果可为同类矿井复合动力灾害的防治提供参考和借鉴。     

起重机械疲劳寿命分析预测软件开发及工程应用

随着国民经济的快速发展,起重机械的应用越来越广泛。在役起重机械的疲劳及由此引起的安全问题也愈来愈突出。以名义应力法为疲劳寿命预测的基本方法,采用双参数雨流计数法对随机载荷进行处理,根据Miner线性累积损伤模型计算随机载荷引起的疲劳累积损伤,然后对疲劳寿命做出分析预测。基于Matlab软件的图形用户接口开发环境,设计了工程应用型的疲劳寿命分析预测软件。采用所开发的疲劳寿命分析预测软件对起重机热点区的累积损伤和疲劳寿命进行分析计算与预测。根据4个测点的疲劳寿命分析结果,说明本文采用起重机结构疲劳损伤寿命预测方法比较合理,开发的疲劳寿命分析预测软件具有较好的工程应用价值,为快速进行在役起重机的疲劳寿命评估提供了平台。     

巷道中瓦斯爆炸诱导激波传播特性研究

利用AutoReaGas软件,数值模拟巷道中瓦斯浓度和火源对瓦斯爆炸传播的影响,其计算结果表明:爆炸静态超压随着传播距离的增加而减小,而爆炸动压随着传播距离的增加而增大;点火位置距离巷道封闭端越近,各测点得到的爆炸静态超压值越大;瓦斯浓度对爆炸峰值超压影响显著,当浓度为9.5%的氧化反应当量比浓度时,得到的最大峰值超压为70.95kPa,爆炸威力最大。     

高压水射流冲击煤体损伤的数值模拟研究

为研究高压水射流破煤过程中煤体的损伤状态及压力的分布状态,论文采用J-H-C含损伤本构模型,水射流采用Bridgman状态方程,通过拉格朗日-欧拉有限元法模拟计算高压水射流冲击煤体的损伤机制,得出了煤体在高压水射流冲击作用下不同时刻的损伤变化情况。结果表明,煤体在高压水射流作用下,在接触点两边形成"肺叶状"负压力区,煤体所受压力逐渐减小;冲击速度和产生的损伤随时间变化逐渐减小,损伤主要集中于坑洞底部。     

高尘烟气脱硝催化剂抗压阈值及损伤形貌研究

选取18×18孔新投运蜂窝式SCR催化剂,采用不同位移速率(α=0.2,2,5 mm/min)和损伤应力(σ=5,15 kN)研究SCR催化剂在高尘烟气中的抗压阈值和损伤应力过程,并进行损伤表面形貌分析。结果表明:位移速率越小,抗压应力过程中阈值σ_0较极限承压值越稳定,阈值σ_0越能反映试块的机械强度;损伤应力大于阈值时,损伤应力与机械强度呈负相关性,损伤应力为5 kN和15 kN时,磨损率分别为(0.018～0.022)%/kg和(0.036～0.043)%/kg,磨损量增多,机械强度降低;此外,通过损伤表面形貌分析可知,表面裂纹和损伤面积随着损伤应力的增大而增大,新生的裂纹将沿着一条最薄弱的路径扩展和汇集,间接验证了损伤应力与机械强度呈负相关性,并从损伤机理解析了损伤应力对表面损伤程度的影响,为高尘烟气下新投运SCR催化剂损伤研究提供一定依据。     

点火位置对独头巷道中瓦斯爆炸超压的影响

运用AutoReaGas爆炸仿真模拟器研究了独头巷道中点火位置对瓦斯爆炸后果的影响。结果表明,在本计算条件下,爆炸静态超压随着距离的增加而减小,爆炸动压随着距离的增大而增大,点火位置对爆炸后果有重要影响,点火位置离封闭端越近,各个测点上所得到的超压越大。     

深部开采松软煤层抽采钻孔变形特性研究

为了研究深部开采松软煤层抽采钻孔变形失稳特性,基于有限元理论和统计损伤理论数值模拟了深部开采松软煤层抽采钻孔变形失稳整个过程,分析了钻孔周围煤体应力及形变分布、卸压区演化和渗透特性。研究表明:钻孔破坏形式为上方发生垮塌,形成垮塌区;左右侧发生破坏,形成破碎区;钻孔周围煤体均向钻孔移动,钻孔附近煤体位移量较大,远处煤体位移量相对较小;钻孔形状由开始的圆形逐渐变成“类橄榄球形”,然后钻孔“类橄榄球形”断面逐渐减小至坍塌。钻孔失稳过程中,钻孔附近煤体渗透率逐渐增大,钻孔周围煤体渗透率变化量及变化范围均不断增加;周围煤体渗透率分布均大致呈“V”字型变化规律,即煤体渗透率呈随着距钻孔距离的增加先减小后增加然后趋于稳定的趋势。研究结果可以为我国煤矿深部开采松软煤层瓦斯治理和煤层瓦斯抽采提供理论支撑,具有指导性意义。     

热源及空隙率对上部松散煤体影响的试验研究

为研究热源及空隙率在松散煤体内自卷吸供氧过程中对上部松散煤体的影响,利用自制的高温松散煤体自吸氧试验装置,测试了热源温度分别为30℃、60℃、90℃、120℃、150℃、200℃时,粒径分别为1~3 mm、3~5 mm、5~7 mm、7~10 mm、10~15 mm的松散煤体的内部温度,计算了不同热源强度下松散煤体内部的浮升力。结果表明:1)当热源温度及煤体空隙率一定时,各测点温度分布基本呈线性变化规律,但是随着热源温度不断升高,线性变化规律减弱;2)空隙率一定时,随热源温度升高,松散煤体内各测点温度增大,各测点的温度梯度也增大;3)当热源温度值一定时,随煤体空隙率的增大,同一测点的温度值整体增大;4)随热源温度升高,煤体内各相邻测点区间浮升力大致呈指数规律变化;浮升力随热源升高而增大,不同测点区间的浮升力影响因素不同;当热源温度一定时,距离热源区间越远,煤体浮升力越小。     

截齿截割煤体变形破坏过程数值模拟研究

采用应变软化的模型,使用连续介质快速拉格朗日分析法(FLAC,FastLagrangianAnaly-sisofContinue)进行数值模拟计算;研究截齿截割作用下煤体变形破坏过程;分析各种工况下不同参数对煤体塑性区、最大位移、最大主应力、最大剪应力的影响。研究表明:截割力与塑性区大小成正比,位移、剪应力、主应力随截割力增大而增大;截深与塑性区大小成反比;截割角度与塑性区面积关系密切,试验用煤体最佳截割角度为5°左右;截割速度增加,塑性区面积减小;通过分析截割动态过程,得到位移矢量图及剪应变等值线图,发现截割过程中煤体的破坏是拉、剪联合作用的结果,以剪破坏为主。     

冲击倾向性煤体力-电感应规律试验研究

为提高冲击地压预测的准确性,应用自行研发的多通道电荷感应监测系统,对单轴压缩条件下冲击倾向性煤体变形破坏过程中力-电感应规律进行了试验研究。结果表明:冲击倾向性煤体的单轴抗压强度大,破坏失稳时间短,煤体失稳具有显著的突发性特点;冲击倾向性煤体的电荷波动幅值大于无冲击倾向性煤体的电荷波动幅值;冲击倾向性煤体的单位时间电荷量大于无冲击倾向性煤体的单位时间电荷量;冲击倾向性煤体表面累积的自由电荷总量和单位时间内从煤体表面逃逸出来的自由电荷数多于无冲击倾向性煤体的表面累积的自由电荷总量和单位时间内从煤体表面逃逸出来的自由电荷数;冲击倾向性煤体力-电感应规律曲线中存在一个冲击失稳的超前预警时间区域,该区域可为预测煤体发生冲击失稳做好预报准备。