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主动围压下岩石爆破裂纹扩展及邻近巷道动态响应

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兵工学报 2024年

作者：何成龙毛翔陈大勇杨可谞霍子怡中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室中北大学机电工程学院

为研究围压作用下岩石爆破和相邻巷道的破坏过程，采用带有炮孔含城门洞形巷道结构岩石试件进行实验，利用动态测试技术和高速摄像等方法，得到岩石动态破坏过程。基于HJC本构模型建立含有巷道和单爆破孔的岩石模型，将无围压下的仿真... 详细信息

为研究围压作用下岩石爆破和相邻巷道的破坏过程，采用带有炮孔含城门洞形巷道结构岩石试件进行实验，利用动态测试技术和高速摄像等方法，得到岩石动态破坏过程。基于HJC本构模型建立含有巷道和单爆破孔的岩石模型，将无围压下的仿真结果与试验结果进行对比，验证数值模拟方法的可行性。在LS-DYNA软件平台中引入应力初始化的方法模拟围压下岩石的破坏过程，分析不同围压环境对岩石爆破裂纹扩展的影响以及偏围压系数k对巷道结构破坏过程的影响。研究结果表明：在双向等围压条件下，随着围压水平的提高，对裂纹的抑制作用越显著，对于巷道有更好的保护作用；在单向围压条件下，随着水平围压的增大，巷道遭到破坏程度越大，随着竖直围压的增大，巷道越不容易发生破坏；偏围压条件下，围压对于爆生裂纹扩展具有明显的导向性，裂纹会朝着主应力的方向扩展，随着围压的增大，裂纹导向性越显著；当偏围压系数k1时，随着k的增大，巷道迎爆面左拱肩的破坏程度越大，巷道稳定性越差。

关键词：岩石爆破围压工程爆破巷道防护

探地雷达功率谱模型在砂壤含水率和紧实度探测中的应用

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农业工程学报 2014年第16期30卷 99-105页

作者：崔凡刘杰吴志远郭珍武彦斌中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083 中国铁道科学研究院高速铁路轨道技术国家重点实验室北京100081 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 河北经贸大学管理科学与工程学院石家庄050061

为了快速、高效地探测中国西部地区土地整治后砂壤的物理特性,该研究使用探地雷达对砂壤进行探测,利用自回归移动平均(auto regressive and moving average,ARMA)功率谱估计方法处理数据,建立砂壤物理模型,分析对比不同含水率和紧实度... 详细信息

为了快速、高效地探测中国西部地区土地整治后砂壤的物理特性,该研究使用探地雷达对砂壤进行探测,利用自回归移动平均(auto regressive and moving average,ARMA)功率谱估计方法处理数据,建立砂壤物理模型,分析对比不同含水率和紧实度砂壤的功率谱分布特征,分别建立与含水率和紧实度具有最优拟合度的关系模型。结果表明:在频率670 MHz时,低频功率谱能量占全部功率谱能量比值(L/(H+L))与砂壤含水率相关性最强,相关系数达0.952;频率为1 000 MHz时,高频功率谱能量占全部功率谱能量比值(H/(H+L))与紧实度倒数的相关性最强,相关系数达到0.947。通过实际探测验证,该模型可以获得连续、准确、高效的砂壤含水率和紧实度数据,为土地整治工程的质量检测提供技术支持。

关键词：雷达含水率功率谱探地雷达紧实度

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透射式探地雷达探测土壤含水率

农业工程学报 2014年第17期30卷 125-131页

作者：武彦斌崔凡王磊陈佳李媛媛河北经贸大学管理科学与工程学院石家庄050061 中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083

探地雷达可以进行土壤含水率的快速探测,但普通反射式雷达容易受反射层位难确定的影响造成探测误差。该研究使用透射式探地雷达对不饱和含水壤土及砂土所构建的物理模型进行透射式探测,通过起跳时间对比标定的方法,精确计算了介质中雷... 详细信息

探地雷达可以进行土壤含水率的快速探测,但普通反射式雷达容易受反射层位难确定的影响造成探测误差。该研究使用透射式探地雷达对不饱和含水壤土及砂土所构建的物理模型进行透射式探测,通过起跳时间对比标定的方法,精确计算了介质中雷达波波速和土壤的相对介电常数。最后通过统计分析,发现以Topp模型公式形式为基础的三次多项式具有最高拟合优度,并修正了Topp公式中的参数后,分别建立起非饱和壤土和砂土体积含水率与介电常数的经验公式及其适用范围。最后,通过试验对比验证了该方法对砂土含水率的测量相对误差为13.20%,较时域反射TDR(time domain reflectometry)方法低14.34%,壤土为9.48%,较TDR方法低15.79%,测量精度明显高于TDR方法。因此该方法可替代TDR方法用于特定条件下土壤含水率的准确检测。

关键词：土壤含水率模型透射式探地雷达介电常数拟合分析

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非均称变形巷道变形破坏规律及支护对策

采矿与安全工程学报 2016年第6期33卷 985-991页

作者：王其洲谢文兵荆升国郑建彬王兴开刘孝贤武汉理工大学资源与环境工程学院湖北武汉430070 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 陕西陕煤韩城矿业有限公司陕西韩城715400

针对回采等造成的非均称变形巷道支护难题,采用实验室实验、数值模拟、理论分析和现场工业试验的综合方法,研究了非均称变形巷道围岩位移、应力和塑性区等围岩稳定性指标变化规律,以及高强度分区锚网索支护作用,提出了非均称变形巷道高... 详细信息

针对回采等造成的非均称变形巷道支护难题,采用实验室实验、数值模拟、理论分析和现场工业试验的综合方法,研究了非均称变形巷道围岩位移、应力和塑性区等围岩稳定性指标变化规律,以及高强度分区锚网索支护作用,提出了非均称变形巷道高强度分区锚网索支护技术。研究结果表明:煤层回采等造成巷道周围应力非均称分布,导致围岩变形以顶板非均称下沉和两帮不对称位移为主;靠近采空区侧煤帮强度弱化,促使巷帮及顶板深部岩体向塑性破坏状态转变,围岩稳定性急剧劣化;同时,巷道帮部稳定性与顶板稳定性呈非线性正比关系,随着帮部变形量增加,顶板下沉量急剧增加,而顶板急剧下沉加速帮部煤体破坏。对顶板和两帮分区设计支护参数,增大采空区侧煤帮承载能力,减小顶板及实体煤帮围岩破坏范围,提高顶板以及作为顶板基础的两帮强度和抗变形能力,有效控制巷道非均称变形。

关键词：煤巷非均称变形侧向支承压力分区锚网索

构造复杂区硐室群围岩失稳机理及控制技术研究

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采矿与安全工程学报 2014年第2期31卷 263-269页

作者：王其洲谢文兵荆升国费小保中国矿业大学矿业工程学院煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116

为了得出构造复杂区硐室群围岩稳定性特征及控制对策,本文以裴沟煤矿42采区泵房硐室群为研究对象,利用地质雷达与钻孔窥视仪探测硐室群围岩松动圈发育情况,运用数值模拟软件FLAC分析了水平构造应力对巷道围岩塑性区分布的影响,以及硐室... 详细信息

为了得出构造复杂区硐室群围岩稳定性特征及控制对策,本文以裴沟煤矿42采区泵房硐室群为研究对象,利用地质雷达与钻孔窥视仪探测硐室群围岩松动圈发育情况,运用数值模拟软件FLAC分析了水平构造应力对巷道围岩塑性区分布的影响,以及硐室群结构特点对其自身围岩稳定性影响。在此基础上,针对42采区硐室群围岩岩性特点,提出棚索协同支护与锚网索控底技术,现场工业性试验结果表明,在采用合理支护方案后硐室群维护效果理想。

关键词：构造复杂区硐室群围岩松动圈棚索协同支护数值模拟

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巷道底板锚杆(索)高效施工装置研制及应用

采矿与安全工程学报 2015年第6期32卷 973-977页

作者：王其洲谢文兵荆升国中国矿业大学矿业工程学院煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116

针对巷道底板锚网索施工中存在的难以成孔、容易夹钎、锚固效果差等技术问题,采用现场调查分析方法,分析其原因:由底板表面到孔内一定范围内的孔壁多为松散状小岩块,由于钻杆与岩块之间的摩擦作用和钻机晃动作用,将细碎岩块带入钻杆与... 详细信息

针对巷道底板锚网索施工中存在的难以成孔、容易夹钎、锚固效果差等技术问题,采用现场调查分析方法,分析其原因:由底板表面到孔内一定范围内的孔壁多为松散状小岩块,由于钻杆与岩块之间的摩擦作用和钻机晃动作用,将细碎岩块带入钻杆与孔壁之间的空隙;拔出钻杆后,粒径更小的岩块失稳塌落堵孔;岩屑与水混合形成糊状浆液,钻头表面形成一定厚度浆液层,降低钻头切削效果;孔底的细碎岩块阻碍锚杆(索)均匀搅拌锚固剂,减小锚杆与锚固剂的有效接触面积;孔底浆液中的水降低锚固剂中合成树脂和固化剂的浓度,减慢反应时间;岩屑分子分布锚杆(索)与围岩形成的锚固体中,降低锚固性能。为此,提出了一种提高巷道底板锚杆(索)成孔效率和锚固性能的装置,从其结构形式和工作特性进行了现场试验分析。试验结果表明:利用该装置进行钻孔、安装锚杆(索)时,专用钻杆一直留在钻孔中,可有效防止钻孔浅部一定范围内细碎岩块塌落堵孔,缩短锚杆(索)成孔时间和安装时间,成孔率达到100%,锚杆(索)一次性锚固成功率达到95%以上,施工效率显著提高。

关键词：采矿工程巷道底板锚网支护高效施工

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煤矿长壁采煤主动式超前支护关键技术及应用

采矿与安全工程学报 2020年第2期37卷 289-297页

作者：姚强岭王烜辉夏泽李立华朱柳李学华中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室矿业工程学院江苏徐州221116

国内煤矿当前的超前支护形式多为单体支柱配合铰接顶梁和液压支架为主的被动超前支护,这种支护技术难以实现该区域的无人化。提出了在回采工作面超前支承压力影响区域采用超前主动式支护以替代超前被动支护的技术思路,建立了主动式超前... 详细信息

国内煤矿当前的超前支护形式多为单体支柱配合铰接顶梁和液压支架为主的被动超前支护,这种支护技术难以实现该区域的无人化。提出了在回采工作面超前支承压力影响区域采用超前主动式支护以替代超前被动支护的技术思路,建立了主动式超前支护围岩稳定性控制力学模型,计算并校核了锚杆(索)及围岩支护强度,实现了回采巷道服务全周期一次性主动支护,为煤矿智能化开采两巷超前支护的无人化提供了理论与技术保障。主动式超前支护关键技术已在新汶矿业集团、枣庄矿业集团、山西焦煤集团等多个矿区不同开采深度的薄煤层、中厚煤层、厚煤层得到了成功应用。

关键词：主动式超前支护 (注浆)锚索式超前支护综采面超前段长壁采煤

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深部高应力岩巷快速钻爆施工技术

煤炭学报 2011年第1期36卷 43-48页

作者：张炜张东升邵鹏王旭锋中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室矿业工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116

在新汶矿区地应力测试结果的基础上,分析了深部高应力岩巷快速钻爆施工的难点。基于现代爆破理论、断裂力学、岩体力学,通过实施技术创新,采用CMJ17A全液压凿岩钻车代替传统风钻,提出新型岩石定向断裂控制爆破技术、双空孔楔形-筒形复... 详细信息

在新汶矿区地应力测试结果的基础上,分析了深部高应力岩巷快速钻爆施工的难点。基于现代爆破理论、断裂力学、岩体力学,通过实施技术创新,采用CMJ17A全液压凿岩钻车代替传统风钻,提出新型岩石定向断裂控制爆破技术、双空孔楔形-筒形复式掏槽技术,形成了一套深部高应力坚硬围岩巷道快速钻爆新技术。工程实践应用表明,该套快速钻爆新技术,可大大减少钻孔数量以及支护和爆破材料消耗,提高炮眼利用率,改善巷道成形效果和围岩稳定性,提高循环进尺和掘进效率,实现平均月进尺122 m,最高月进尺155 m,达到了深部高应力岩巷"长进尺、高效率、弱扰动、少欠挖、小超挖"的快速钻爆施工目的。

关键词：高应力岩巷快速钻爆定向断裂复式掏槽

侧限压缩条件下矸石变形破碎规律及声发射特征研究

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采矿与安全工程学报 2020年第1期37卷 162-168页

作者：辛恒奇黄艳利张卫清吴来伟欧阳神央郭亚超李俊孟新汶矿业集团有限责任公司山东泰安271233 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116

通过侧限压缩试验与声发射试验,对相同级配的泥岩、灰岩及砂岩3种岩性散体矸石在侧限压缩条件下的变形特征、破碎特征及不同压缩阶段的声发射特征进行了研究。结果表明:在加载初期,散体矸石的应变随时间的变化曲线存在直线上升段,并且... 详细信息

通过侧限压缩试验与声发射试验,对相同级配的泥岩、灰岩及砂岩3种岩性散体矸石在侧限压缩条件下的变形特征、破碎特征及不同压缩阶段的声发射特征进行了研究。结果表明:在加载初期,散体矸石的应变随时间的变化曲线存在直线上升段,并且在此阶段,不同岩性矸石在相同时间内的应变相同;根据岩石的应变特征及弹性模量变化特征将岩石的压缩变形过程划分为压缩阶段、强化阶段及稳定阶段,在应力水平足够大的情况下,较为软弱的散体矸石反而拥有更大的弹性模量;在不同阶段散体矸石的累计计数曲线及累计能量曲线均表现出不同的变化特征,在稳定阶段,砂岩的累计计数曲线表现为直线上升,砂岩的累计能量曲线及其余2种岩性的累计能量曲线及累计计数曲线均表现平稳缓慢增长,并逐渐趋于水平;压缩后,散体矸石的级配曲线表现出阶段性变化特征,并且强度越大的矸石,其大颗粒破碎越不充分。

关键词：不同岩性散体矸石侧限压缩声发射破碎特征