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基于RSM-BBD的煤巷开挖帮部失稳关键因素与控制技术离散元分析

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采矿与安全工程学报 2020年第4期37卷 707-714,730页

作者：冯友良鞠文君中煤科工开采研究院有限公司北京100013 天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013 煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013

煤巷围岩是由顶板、两帮及底板组成的整体,帮部强度普遍低于顶底板,是整个巷道围岩的薄弱体,其变形破坏会带来巷道整体失稳。以往大量研究表明,煤巷开挖帮部稳定性主要受煤层埋深、巷道高度、地应力状况、煤体内摩擦角、内聚力及支护强... 详细信息

煤巷围岩是由顶板、两帮及底板组成的整体,帮部强度普遍低于顶底板,是整个巷道围岩的薄弱体,其变形破坏会带来巷道整体失稳。以往大量研究表明,煤巷开挖帮部稳定性主要受煤层埋深、巷道高度、地应力状况、煤体内摩擦角、内聚力及支护强度等设计、地质条件及力学参数类因素影响。本文基于RSM-BBD试验设计与离散元法研究巷帮失稳关键因素及其控制技术。研究结果表明:巷高、侧压系数、埋深可调整余地小,内摩擦角、内聚力、支护强度相对可控,控制巷帮稳定关键在于一定程度上提高煤体内摩擦角、内聚力及支护强度;单一因素及其各自之间交互作用都会影响巷帮稳定性;改善巷帮煤体受力状况,降低主应力差值,提高煤体力学性质,优化掘进工艺水平可有效控制巷帮稳定性;"分次开挖、柔性护表、一次强力支护"理念在现场应用效果良好,显著改善巷帮煤体失稳问题。

关键词： RSM-BBD设计离散元巷帮失稳影响因素控制技术

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冲击韧性对锚杆力学性能影响的试验研究

煤炭学报 2014年第S2期39卷 347-353页

作者：李中伟鞠文君煤炭科学研究总院开采设计研究分院北京100013 天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013

高强度锚杆在井下使用时经常发生螺纹段脆断现象,这与锚杆材料的冲击韧性密切相关,测试了4个厂家屈服强度500 MPa锚杆的冲击吸收功,不同厂家锚杆冲击韧性差别较大,冲击吸收功从19~165 J不等。对具有不同冲击吸收功锚杆的杆体段和螺纹段... 详细信息

高强度锚杆在井下使用时经常发生螺纹段脆断现象,这与锚杆材料的冲击韧性密切相关,测试了4个厂家屈服强度500 MPa锚杆的冲击吸收功,不同厂家锚杆冲击韧性差别较大,冲击吸收功从19~165 J不等。对具有不同冲击吸收功锚杆的杆体段和螺纹段分别进行弯曲试验、拉伸试验、复合应力下破坏试验,试验结果表明:冲击韧性影响锚杆螺纹段的冷弯性,当冲击吸收功低于30 J时,锚杆螺纹段冷弯性差;冲击韧性对杆体的冷弯性、杆体段和螺纹段的伸长率没有影响;冲击韧性影响锚杆复合应力下破坏状态,当冲击功低于19 J时,复合应力下锚杆易出现脆性破坏。认为屈服强度500 MPa高强锚杆的冲击吸收功不应低于30 J。

关键词：冲击韧性高强度锚杆脆断冲击吸收功

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动载扰动下巷道锚固承载结构冲击破坏机制

煤炭学报 2021年第S1期46卷 94-105页

作者：焦建康鞠文君中煤科工开采研究院有限公司北京100013 天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013 煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013

冲击地压是威胁我国煤矿安全高效开采的主要矿井灾害之一。作为冲击地压的最后一道防线,预紧力锚杆支护系统与其作用范围内围岩共同形成的锚固承载结构决定了巷道围岩的整体稳定性。为研究冲击地压巷道锚固承载结构冲击破坏力学机制和... 详细信息

冲击地压是威胁我国煤矿安全高效开采的主要矿井灾害之一。作为冲击地压的最后一道防线,预紧力锚杆支护系统与其作用范围内围岩共同形成的锚固承载结构决定了巷道围岩的整体稳定性。为研究冲击地压巷道锚固承载结构冲击破坏力学机制和能量机制,以发生过冲击破坏的回采巷道为地质原型,建立了动静载联合作用下巷道锚固围岩数值模型,采用FLAC^(3D)内置动力模块模拟分析了动静载联合作用下巷道锚固承载结构动载响应特征及冲击破坏过程;根据锚固承载结构的受力状态、强度特征、能量特征以及冲击破坏演化过程,提出了巷道锚固承载结构冲击破坏准则;基于弹性波动力学、弹塑性岩石力学,建立了动载和静载荷联合作用下巷道锚固承载结构稳定性力学和能量模型,得到了动载扰动冲击地压巷道锚固承载结构破坏的力学判据和能量判据。研究结果表明:动载扰动下巷道锚固承载结构冲击破坏演化过程为:动载扰动→浅部围岩损伤变形破坏→锚固系统失效→锚固承载结构失去对深部围岩控制→围岩损伤破坏范围骤增→深部围岩能量瞬时释放→锚固承载结构冲击破坏;动载扰动冲击地压巷道锚固承载结构冲击破坏必须满足应力和能量的双重“超载”条件,必要条件是:动载和巷道围岩静载叠加强度大于锚固承载结构的承载能力,即应力“超载”;充分条件是:动载余能和巷道围岩释放的弹性能量大于锚固承载结构冲击破坏耗能,且有盈余能量并可转化为冲击动能,即能量“超载”;从力学角度分析,锚固承载结构稳定性与锚固围岩体参数、支护强度、所受静载大小和动载荷特征(震源强度、震源距离、衰减系数)相关;从能量角度分析,锚固承载结构动态稳定性主要与动载能量、动载距离和能量衰减系数、主应力量值、锚固承载结构强度、锚杆(索)动载强度和延展性相关。最后通过冲击实例验证了力学判据和能量判据的正确性。

关键词：冲击地压锚固承载结构动载扰动冲击破坏巷道

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锚杆杆尾螺纹力学性能的实验研究

煤炭学报 2013年第11期38卷 1929-1933页

作者：程蓬康红普鞠文君天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013 煤炭科学研究总院开采设计研究分院北京100013 煤炭科学研究总院煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013

为提高锚杆杆尾螺纹段综合力学性能,在分析锚杆杆尾螺纹力学性能主要影响因素的基础上,对不同螺纹参数的锚杆螺纹段力学性能进行了试验研究,开发出螺纹力学性能测试试验台,加工不同公称直径、不同牙型、不同螺距等参数的螺纹段试件,进... 详细信息

为提高锚杆杆尾螺纹段综合力学性能,在分析锚杆杆尾螺纹力学性能主要影响因素的基础上,对不同螺纹参数的锚杆螺纹段力学性能进行了试验研究,开发出螺纹力学性能测试试验台,加工不同公称直径、不同牙型、不同螺距等参数的螺纹段试件,进行多方案对比试验,得出不同螺纹结构参数与锚杆螺纹段力学性能的关系。试验结果表明:螺纹参数对锚杆螺纹段力学性能影响非常显著;通过减小螺纹的螺距,能够有效提高螺纹预紧力矩转化效率,并提高杆尾螺纹段的拉伸强度性能。

关键词：锚杆螺纹力学性能螺纹参数预紧力

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小孔径锚索预应力损失影响因素的试验研究

煤炭学报 2011年第8期36卷 1245-1251页

作者：康红普吴拥政褚晓威鞠文君天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013 煤炭科学研究总院开采设计研究分院北京100013

针对煤矿小孔径树脂锚固预应力锚索的特点,及锚索预应力损失的研究现状和存在的问题,采用理论分析、实验室与井下试验相结合的方法,研究了小孔径树脂锚固锚索预应力损失机理与规律。重点分析了锚索张拉和锁定过程中的预应力损失,及围岩... 详细信息

针对煤矿小孔径树脂锚固预应力锚索的特点,及锚索预应力损失的研究现状和存在的问题,采用理论分析、实验室与井下试验相结合的方法,研究了小孔径树脂锚固锚索预应力损失机理与规律。重点分析了锚索张拉和锁定过程中的预应力损失,及围岩变形引起的预应力损失。锚固系统导致的预应力损失包括锚口摩擦损失和锁定损失;对于特定锚固体系,存在最优限位距离,22 mm锚索的最优限位距离为11～13 mm;锚索长度、张拉油压、张拉机具、锚具及与机具的匹配性对预应力损失率都有不同程度的影响:一般锚索长度越小,预应力损失越大;限位距离偏小时张拉油压在20～30 MPa范围内,预应力锁定损失率最大,限位距离较适当时预应力锁定损失率随张拉油压的增大而减小。最后,提出保证锚索预应力的技术措施,包括施工前进行试验,得出最优限位距离,并对千斤顶进行改造;在锚索预应力设计时,应考虑一定比例的超张拉;当围岩松软破碎时,应增加托板、组合构件及护网的面积、强度与刚度。

关键词：锚索预应力损失影响因素试验

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应力控制法维护巷道的数值模拟研究

煤炭学报 1994年第6期19卷 573-580页

作者：鞠文君煤炭科学研究总院北京开采研究所

从岩石的全应力－应变曲线出发，建立了描述围岩变形破坏的弹塑性本构方程。应用编制的有限元程序计算分析了应力控制法维护巷道的机制，考察了弱化带布置方式和弱化带有关参数对巷道维护效果的影响。计算结果表明，局部弱化围岩后，巷... 详细信息

从岩石的全应力－应变曲线出发，建立了描述围岩变形破坏的弹塑性本构方程。应用编制的有限元程序计算分析了应力控制法维护巷道的机制，考察了弱化带布置方式和弱化带有关参数对巷道维护效果的影响。计算结果表明，局部弱化围岩后，巷道应力集中区转向围岩深部，稳定性大大提高；弱化带的布置方式及参数必须根据巷道围岩条件及所处的应力环境分析确定。本程序曾用于淮北芦岭６００ｍ软岩巷道爆破卸压试验的数值分析，所得结果与井下实测结果吻合。

关键词：应力控制法巷道维修数值模拟

临空留巷底板冲击地压启动区判定与分步防治技术

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煤炭学报 2017年第11期42卷 2799-2807页

作者：王书文鞠文君潘俊锋中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院北京100083 煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013 天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013

以山西余吾煤业N2105工作面回采过程中临空留巷底板冲击地压为工程背景,理论分析底板冲击地压可能的冲击启动区及主导应力源,采用数值模拟追踪煤层开挖后侧向煤柱及留巷围岩各向应力、位移的演化过程,建立采空区影响下留巷底板水平应力... 详细信息

以山西余吾煤业N2105工作面回采过程中临空留巷底板冲击地压为工程背景,理论分析底板冲击地压可能的冲击启动区及主导应力源,采用数值模拟追踪煤层开挖后侧向煤柱及留巷围岩各向应力、位移的演化过程,建立采空区影响下留巷底板水平应力演化模型并进行验证。基于临空留巷底板冲击地压主导力源判定及能量传递过程分析,提出该类底板冲击地压分步防治关键技术,并进行现场应用。结果表明:煤层开挖后中,临空留巷底板在破坏深度范围内存在"卸压通道"机制,临空煤柱垂直应力不断增长的同时,留巷底板水平应力通过"卸压通道"释放,释放程度与该通道宽度呈正相关。临空煤柱帮内弹性核区为留巷底板冲击地压的冲击启动区,其不断增长的垂直应力为主导载荷源,而非留巷底板水平应力。为阻止该类底板冲击地压发生启动,关键在于削弱采空区侧向顶板压力传递作用及煤柱弹性能积聚水平,弱化留巷底板只能缓和冲击显现强度,非对称支护对留巷围岩变形破坏特征的适应性更强。

关键词：底板冲击地压水平应力冲击启动区留巷煤柱

锚杆预紧力对节理岩体抗剪性能影响的试验研究

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煤炭学报 2013年第3期38卷 391-396页

作者：刘爱卿鞠文君许海涛王洋天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013 华北科技学院安全工程学院河北三河065201

利用配置的混凝土块体模拟围岩,采用节理直剪的方式,研究了40,80 kN两种预紧力下锚杆对节理岩体抗剪性能的影响。研究结果表明:随着预紧力的提高,锚固节理岩体的初期剪切刚度提高,对于抑制围岩的初期变形,提升锚杆支护效能有重要作用;... 详细信息

利用配置的混凝土块体模拟围岩,采用节理直剪的方式,研究了40,80 kN两种预紧力下锚杆对节理岩体抗剪性能的影响。研究结果表明:随着预紧力的提高,锚固节理岩体的初期剪切刚度提高,对于抑制围岩的初期变形,提升锚杆支护效能有重要作用;随着预紧力提高,锚固节理岩体的变形呈阶段性特征,表现为急增阻、缓增阻和降阻3个阶段;井下试验结果表明,提高预紧力,锚杆的工作阻力得到提升,高预紧力全长锚固锚杆支护系统对于节理裂隙围岩的加固效果良好。

关键词：锚杆预紧力节理岩体抗剪性能裂纹扩展

急倾斜特厚煤层水平分段开采老顶断裂力学模型

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煤炭学报 2008年第6期33卷 606-608页

作者：鞠文君李文洲北京交通大学地下工程研究中心北京100044 煤炭科学研究总院开采设计研究分院北京100013

通过对急倾斜特厚煤层水平分段开采老顶破坏特点的分析,建立了老顶沿倾斜方向悬臂梁断裂的力学模型,推导得出老顶岩层悬臂梁能量表达式,提出了爆破断顶矿压防治技术,并在甘肃华亭煤矿试验成功.

关键词：急倾斜特厚煤层水平分段综放开采悬臂梁结构爆破断项