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双轮铣槽机铣削过程及截齿入岩顺序优化研究

岩土力学 2022年第4期43卷 981-994页

作者：肖建成周辉卢景景冯春徐福通中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049 中国科学院力学研究所流固耦合系统力学重点实验室北京100190

双轮铣槽机(简称“双轮铣”)是地下连续墙的专业施工装备,布齿系统是其核心部件,其参数设计与破岩性能密切相关。基于连续-非连续单元法(CDEM),建立了铣轮铣削岩土体过程的三维仿真模拟方法。在此基础上,考虑自由面与铣削关联性等因素,... 详细信息

双轮铣槽机(简称“双轮铣”)是地下连续墙的专业施工装备,布齿系统是其核心部件,其参数设计与破岩性能密切相关。基于连续-非连续单元法(CDEM),建立了铣轮铣削岩土体过程的三维仿真模拟方法。在此基础上,考虑自由面与铣削关联性等因素,对布齿系统截齿入岩顺序影响破岩性能机制进行了研究,建立了关联铣削条件下以预置相邻自由面数目为主要影响因素的入岩顺序数值概化模型。结果表明:(1)获得的铣轮铣削岩土体的铣削力与铣削深度曲线,验证了此数值模拟方法的正确性;(2)相比于完整岩体,具有单相邻预设自由面与双相邻预设自由面岩样的峰值荷载分别下降了32.5%与68.2%,破岩能耗分别下降了19.8%与56.6%;(3)布齿系统中双相邻预设自由面的截齿占总体截齿数目比值越大,布齿系统整体能耗越低,异构式布齿系统能耗低于顺序式。研究成果为完善双轮铣槽机破岩过程与布齿系统优化提供了基础。

关键词：双轮铣槽机布齿系统优化应用连续-非连续单元法(CDEM)

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切槽对TBM刀具破岩机制的影响研究

岩土力学 2022年第3期43卷 625-634页

作者：周辉徐福通卢景景高阳肖建成中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049

高压水射流与机械滚刀相联合破岩技术的出现,改变了传统隧道掘进机(tunnel boring machine,简称TBM)的作业方式。以高压水射流在滚刀两侧岩体切槽的破岩模式为研究对象,开展常截面滚刀压头贯入不同预切槽深度白砂岩板状试样的试验和数... 详细信息

高压水射流与机械滚刀相联合破岩技术的出现,改变了传统隧道掘进机(tunnel boring machine,简称TBM)的作业方式。以高压水射流在滚刀两侧岩体切槽的破岩模式为研究对象,开展常截面滚刀压头贯入不同预切槽深度白砂岩板状试样的试验和数值模拟计算分析,对破裂后图像进行DIC分析,研究发现:切槽的存在,阻断了刀具贯入裂纹的拓展,使能量能够更加集中于压头下方的局部岩石块体,有利于形成“八”字形贯通裂纹,促进岩石的破碎;随着槽深增加,压头下方岩石内部的应力状态和力学响应分区逐渐过渡改变。槽深较大时,压头下方的力学响应区域在原有裂纹扩展区、弹性区之间增加了破坏过渡区,该区域内微裂纹被压密,区域内岩石存在较大变形,但未出现明显破坏;切槽后,滚刀压头下方的岩体破坏机制由无切槽试样挤压剪切为主导的径向裂纹拓展,演变为由刀具和切槽共同控制作用—拉伸剪切为主导的主裂纹扩展。

关键词： TBM 贯入试验切槽深度联合破岩破岩机制

水力联合TBM射流移动速度与切割能力匹配问题

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中南大学学报（自然科学版） 2022年第10期53卷 4024-4035页

作者：徐福通周辉李彦恒高阳卢景景邱浩权中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049 火箭军工程设计研究院北京100011

水力联合TBM(隧道掘进机)在刀盘边缘高线速度状态下,高压水射流喷嘴难以有效发挥射流切割能力,成为制约水射流技术助力机械滚刀破岩效率提升的关键问题,基于此,本文首先对比TBM刀盘边缘的线速度(2.6~4.0 m/s)与水射流岩石切割试验中喷... 详细信息

水力联合TBM(隧道掘进机)在刀盘边缘高线速度状态下,高压水射流喷嘴难以有效发挥射流切割能力,成为制约水射流技术助力机械滚刀破岩效率提升的关键问题,基于此,本文首先对比TBM刀盘边缘的线速度(2.6~4.0 m/s)与水射流岩石切割试验中喷嘴移动速度(0.01~1.50 m/s),发现当前实验室水射流切割试验无法合理反映TBM工作时刀盘高线速度与切割能力的匹配问题;其次,开展砂岩和花岗岩的水射流重复切割试验;最后,探讨提高水射流喷嘴高速移动状态下切割能力的方案,提出实验室开展高速水射流切割试验装备的优化方向,并分析TBM开展磨料水射流破岩的可行性。研究结果表明:试验最大速度下重复切割后砂岩及花岗岩切割深度分别增大100%和55%,说明重复切割可以显著提高水射流切割能力;重复切割岩石产生的热量会导致试样表面温度上升,试验后砂岩和花岗岩表面温度最大分别达到53.0℃和48.1℃;采用水射流重复切割以及研发特殊射流破岩技术,对于提高TBM刀盘边缘高线速度条件下水射流切割深度具有重要意义。

关键词：水力联合隧道掘进机水射流切割试验切割能力喷嘴移动速度切割装置优化

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基于同一采面不同条件下直接顶和老顶的关系

内蒙古煤炭经济 2017年第8期 135-135,138页

作者：徐福通山东科技大学矿业与安全工程学院山东青岛266590

本文探讨采煤工作面上覆岩层破坏的基本形式,给出同一采面直接顶和老顶的确定方法,并对工作面上覆岩层中直接顶和老顶的转化关系进行分析,得出工作面上覆顶板转化的四种形式。

关键词：上覆岩层直接顶老顶转化

预切槽和TBM机械滚刀的新型联合破岩模式研究

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岩土力学 2021年第5期42卷 1363-1372页

作者：徐福通卢景景周辉肖建成张传庆邱浩权中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049 湖北工业大学土木建筑与环境学院湖北武汉430068

传统机械-岩体相互作用的破岩模式已经无法大幅提升隧道掘进机(tunnel boring machine,简称TBM)的掘进效率,新型破岩技术及其破岩机制逐渐被重视。在不改变现有TBM主体结构的前提下,通过开展3种不同岩性有无预切槽试样在侧向约束条件下... 详细信息

传统机械-岩体相互作用的破岩模式已经无法大幅提升隧道掘进机(tunnel boring machine,简称TBM)的掘进效率,新型破岩技术及其破岩机制逐渐被重视。在不改变现有TBM主体结构的前提下,通过开展3种不同岩性有无预切槽试样在侧向约束条件下的TBM常截面滚刀压头贯入试验,研究预切槽对TBM机械滚刀破岩效果的影响规律,结果表明:(1)预切槽可降低岩样破碎时压头的法向荷载,与不切槽相比,有预切槽的岩样破碎时法向荷载降低44.13%~53.05%,岩石单轴抗压强度越低,法向荷载降低比例越大;(2)预切槽深度对岩样破碎时法向荷载的影响存在临界值,超过临界值后,预切槽深度对岩样破坏行为影响减弱。基于此,提出了预切槽+TBM机械滚刀破岩的新型联合破岩模式,并探讨了可实现预切槽的新型破岩技术。联合破岩模式能够突破破岩效率瓶颈,对TBM装备升级和重大工程项目建设具有重要意义。

关键词：预切槽 TBM机械滚刀破岩模式破岩技术联合破岩

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综放沿空煤巷破坏机理及不对称支护控制

煤矿安全 2017年第6期48卷 184-187,191页

作者：李冬石臻宋春宇徐福通山东科技大学矿业与安全工程学院山东青岛266590

通过理论分析、现场实测和数值模拟相结合的方法分析了某矿窄煤柱护巷覆岩破断和运移规律,得知基本顶断裂位置在煤柱内6.5 m处,且基本顶中关键块B的回转下沉运动是巷道呈现顶板不对称变形和水平剪切错动及煤柱失稳破坏的根本原因。现场... 详细信息

通过理论分析、现场实测和数值模拟相结合的方法分析了某矿窄煤柱护巷覆岩破断和运移规律,得知基本顶断裂位置在煤柱内6.5 m处,且基本顶中关键块B的回转下沉运动是巷道呈现顶板不对称变形和水平剪切错动及煤柱失稳破坏的根本原因。现场实施非对称"多锚索-槽钢-钢筋组合圈梁"关键支护系统后,回风平巷在605综放工作面采动作用影响下基本无离层现象,巷道维护状态比较稳定。

关键词：窄煤柱破断位置 UDEC模拟不对称支护矿压观测

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矿井深部开采软弱片岩巷道支护研究与应用

矿业安全与环保 2016年第3期43卷 45-48页

作者：徐福通牟文强张强张九雨山东科技大学矿业与安全工程学院山东青岛266590 中国华冶科工集团有限公司肃北分公司甘肃酒泉736300

根据围岩破坏及软化理论,对软弱片岩中形成的不稳定块体及易发生片帮冒顶的围岩进行了理论分析;采用FLAC3D数值模拟、现场监测的方法,对选取的支护方案进行分析,获得了在复杂条件下围岩的应力分布、塑性分布及合理的支护方法和参数,且... 详细信息

根据围岩破坏及软化理论,对软弱片岩中形成的不稳定块体及易发生片帮冒顶的围岩进行了理论分析;采用FLAC3D数值模拟、现场监测的方法,对选取的支护方案进行分析,获得了在复杂条件下围岩的应力分布、塑性分布及合理的支护方法和参数,且对矿体的围岩力学条件及支护效果进行了研究。研究结果表明,所提出的锚喷支护方案及其相关参数符合矿井安全生产要求,即破碎岩体锚杆间排距为0.8 m,锚杆全长为2 m;锚网选用8 m长,且2 m×2 m分布;破碎岩体喷层厚度不低于60 mm。为该矿井条件下的安全高效生产提供了合理的支护技术。

关键词：深部开采软弱片岩巷道支护数值模拟

高校新生选择偏差研究——就“个人能力锻炼重要还是学习重要”问题的探讨

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学园 2015年第35期8卷 22-23,26页

作者：刘瑞雪李冬徐福通山东科技大学矿业与安全工程学院团委山东科技大学学生处山东科技大学

＂95后＂是指1995~1999年出生的一代人。如今,＂95后＂逐渐成为高校大学生的主体。与以往的大学生相比,＂95后＂大学生思维更加丰富活跃,个性更为鲜明独特。＂95后＂高校新生,其阅历较浅、心智尚未成熟,容易受到一些社会负面因素的影响... 详细信息

＂95后＂是指1995~1999年出生的一代人。如今,＂95后＂逐渐成为高校大学生的主体。与以往的大学生相比,＂95后＂大学生思维更加丰富活跃,个性更为鲜明独特。＂95后＂高校新生,其阅历较浅、心智尚未成熟,容易受到一些社会负面因素的影响,导致其对大学知识积累的错误态度。甚至,＂个人能力的锻炼＂成为高校新生逃避学习的借口,出现＂个人能力锻炼重要还是学习重要＂的认识偏差。本文就此问题展开研究,从＂95后＂大学生的显著特点进行分析,剖析问题出现的原因,以及提出辅导员应正确引导、纠正此类问题的工作方式、策略方法。

关键词： “95后” 高校新生个人能力选择偏差

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跨采巷道强流变膨胀性围岩破坏分析及控制

煤矿安全 2016年第4期47卷 207-210页

作者：牟文强黄万朋郭忠平徐福通王枫植山东科技大学矿业与安全工程学院山东青岛266590

为解决某矿跨采特殊巷道安全支护,以2114工作面跨采区总风平巷开采为背景,利用岩石力学试验分析出岩层内黏土岩和泥质胶结的砂岩岩性为强流变膨胀性;依据力学的理论知识,导出矿井采场采动后的影响深度为23.6 m;根据巷内围岩的破坏规律... 详细信息

为解决某矿跨采特殊巷道安全支护,以2114工作面跨采区总风平巷开采为背景,利用岩石力学试验分析出岩层内黏土岩和泥质胶结的砂岩岩性为强流变膨胀性;依据力学的理论知识,导出矿井采场采动后的影响深度为23.6 m;根据巷内围岩的破坏规律及特征,提出了适用此类条件下跨采巷道的围岩控制技术。并依据工业性试验验证了此方法能够保证巷道安全,取得了良好的支护效果。

关键词：跨采巷道软岩破坏深度围岩控制强流变性膨胀性