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高分子材料固结和加固作用下试件力学性质及其应用研究

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采矿与安全工程学报 2018年第2期35卷 402-409页

作者：张宇宁唐建新腾俊洋陈宇龙杨建均重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室资源及环境科学学院重庆400044 川煤集团广旺公司四川广元628017

为了研究高分子材料作用于岩体后试件力学特性及破坏规律,以采煤工作面大冒顶、片帮事故为研究背景,采用在实验室制取高分子材料固结、加固试件并对其进行单轴压缩试验的方法进行研究。通过对试件结果进行分析,得出固结、加固试件单轴... 详细信息

为了研究高分子材料作用于岩体后试件力学特性及破坏规律,以采煤工作面大冒顶、片帮事故为研究背景,采用在实验室制取高分子材料固结、加固试件并对其进行单轴压缩试验的方法进行研究。通过对试件结果进行分析,得出固结、加固试件单轴受压的宏观力学响应规律,以此为基础将高分子材料应用于现场处理工作面因大冒顶、片帮事故引起的矸石堆积、煤壁破碎等问题。研究表明:高分子材料能够有效固结矸石,并且试件抗压强度、裂纹扩展、破坏形态等规律与高分子材料用量有关;高分子材料加固煤、岩体时在材料高强的黏接作用下显著提高预制裂隙煤、岩体的力学强度,对于同种岩性的岩体来说,在材料用量一定的条件下,竖向加固与横向加固作用效果有明显区别,高分子材料加固不同岩体时,作用效果也不尽相同。

关键词：固结矸石加固煤壁力学性质冒顶片帮高分子材料注浆

高应力“三软”煤层回采巷道围岩破坏机制及控制研究

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采矿与安全工程学报 2018年第3期35卷 449-456页

作者：唐建新王艳磊舒国钧代张音刘姝重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 重庆大学资源及环境科学学院重庆400044 贵州大学矿业学院贵州贵阳550025

为明确高应力"三软"煤层回采巷道围岩破坏模式和支护失效机制,以船景煤矿典型"三软"不稳定煤层1171综采工作面回采巷道为工程背景,通过室内及现场实验、现场观察监测和理论分析相结合的方法对巷道围岩变形破坏进行综合分析研究。结果表... 详细信息

为明确高应力"三软"煤层回采巷道围岩破坏模式和支护失效机制,以船景煤矿典型"三软"不稳定煤层1171综采工作面回采巷道为工程背景,通过室内及现场实验、现场观察监测和理论分析相结合的方法对巷道围岩变形破坏进行综合分析研究。结果表明:巷道围岩破坏模式为高应力条件下的软岩流变大变形破坏模式;支护失效机制为高应力条件下软弱围岩在流变作用下松动破坏扩展剧烈,致使锚网索联合支护结构失效,进而导致围岩-支护承载结构丧失承载力;对于高应力"三软"煤层回采巷道,锚网索联合支护具有明显的局限性。最后提出以新型全长黏结锚固、全封闭护面、顶板多拱有序承载和围岩协同加固技术为核心的优化支护方案并在现场实验应用,结果显示优化支护段巷道围岩变形得到有效控制。

关键词： “三软”煤层高应力围岩破坏模式支护失效机制支护方案优化

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层状含水页岩的抗拉强度特性试验研究

岩土力学 2018年第4期39卷 1317-1326页

作者：腾俊洋唐建新张闯重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 重庆大学资源及环境科学学院重庆400044

为分析层理和水对页岩的抗拉强度特性的影响,现场选取龙马溪组黑色页岩制备成4种含水状态含层理页岩,沿与层理呈0°、30°、60°和90°夹角加载进行巴西劈裂圆盘试验,试验过程同步进行声发射测试,并采用离散元软件3DEC对试验结果进行数... 详细信息

为分析层理和水对页岩的抗拉强度特性的影响,现场选取龙马溪组黑色页岩制备成4种含水状态含层理页岩,沿与层理呈0°、30°、60°和90°夹角加载进行巴西劈裂圆盘试验,试验过程同步进行声发射测试,并采用离散元软件3DEC对试验结果进行数值模拟验证。结果表明,相比于含层理页岩,同时考虑含水和层理的页岩在巴西劈裂试验中有其独特的破坏模式和力学特性。含层理页岩的巴西劈裂破坏模式和抗拉强度均与层理角度和含水率有关,破坏模式主要受控于层理与荷载的加载方向,水虽不会影响其破坏模式但能够导致次生裂纹的形成。抗拉强度则表现出随层理角度的增加而先减小后增大,随含水率的增加而减小的趋势。并且,在页岩同时受水和层理损伤作用时,受层理损伤程度越大,水对其损伤程度也越高。通过对含层理不同含水率页岩的微观结构分析得到了上述变化规律的内在机制,即页岩层理面处的内部矿物颗粒遇水膨胀,产生膨胀力作用,使页岩内部结构变得松散、破碎,微裂纹逐渐增多、变宽,宏观表现为次生裂纹的增多,矿物颗粒间的黏结力也在水的作用下降低从而使页岩的抗拉强度下降。

关键词：页岩巴西劈裂含水率层理 3DEC

基于电场与软锰矿联合技术对高硫煤脱硫行为的强化

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煤炭学报 2022年第5期47卷 2078-2087页

作者：刘作华袁海洋郑国灿陶长元刘仁龙谢昭明杜军吴丙山重庆大学化学化工学院重庆400044 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 重庆大学分析测试中心重庆400044 重庆大学经济与工商管理学院重庆400044

中高硫煤利用过程中产生大量的SO_(x)排放到空气中,对环境造成严重的污染,这导致其利用困难。为实现中高硫煤清洁高效利用,基于软锰矿中二氧化锰的强氧化性,采用电场与软锰矿联合的技术促进高硫煤脱硫,重点考察不同反应条件对高硫煤脱... 详细信息

中高硫煤利用过程中产生大量的SO_(x)排放到空气中,对环境造成严重的污染,这导致其利用困难。为实现中高硫煤清洁高效利用,基于软锰矿中二氧化锰的强氧化性,采用电场与软锰矿联合的技术促进高硫煤脱硫,重点考察不同反应条件对高硫煤脱硫率及软锰矿中锰的浸出率的影响,利用XRD,FTIR,XPS等分析测试方法,研究脱硫反应前后煤元素组成、硫含量等主要性质变化,探究其脱硫机理。结果表明,当软锰矿与高硫煤质量比为1/7,煤浆质量浓度为0.05 g/mL,反应时间5 h,反应温度80℃,初始硫酸浓度为1.2 mol/L,电流密度为600 A/m^(2)时,与预处理煤相比,高硫煤脱硫率可达40.56%,锰的浸出率为95.23%。在相同反应条件下,与无电场浸出相比,电场的引入可使高硫煤脱硫率提高19.93%,软锰矿中锰的浸出率提高16.77%。经电场与软锰矿联合脱硫后的煤中的固定碳及热值略微降低,而挥发分和灰分略微增加,小分子增多,另外,煤中的分子结构基本未改变。在电场的作用下,软锰矿中二氧化锰的强氧化作用会促进煤粒表面有机分子键断裂,使高硫煤粒内部无机硫及有机硫充分暴露,并与电解生成的高价铁、锰离子发生反应,最终,无机硫被氧化为单质硫或者硫酸根离子脱除,有机硫则主要被氧化成亚砜及砜后水解,以达脱硫目的。

关键词：高硫煤电场强化软锰矿脱硫机理氧化

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锚固方式对节理岩体剪切性能影响试验研究

岩土力学 2017年第8期38卷 2279-2285页

作者：腾俊洋张宇宁唐建新张闯李臣林重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 重庆大学资源及环境科学学院重庆400044

分别采用预制混凝土块、45号钢螺杆、矿用化学浆液来模拟围岩、锚杆及锚固剂进行节理岩体室内剪切试验,研究在无锚、端锚和全锚3种情况下节理岩体抗剪特性及锚杆受力变形特征。研究结果表明:在不同锚固方式下节理岩体的剪力-位移曲线有... 详细信息

分别采用预制混凝土块、45号钢螺杆、矿用化学浆液来模拟围岩、锚杆及锚固剂进行节理岩体室内剪切试验,研究在无锚、端锚和全锚3种情况下节理岩体抗剪特性及锚杆受力变形特征。研究结果表明:在不同锚固方式下节理岩体的剪力-位移曲线有显著的差异,无锚试件表现为脆性特征;端锚试件在调动锚杆抗剪强度时会有一剪力小幅下降的转折点,全锚试件与节理匹配性较好,可以承受更大的剪力;对于加锚试件,无论是端锚还是全锚锚杆,根据锚杆变形特点,均可分为拉伸区、剪拉区和压缩区。锚杆在剪力和拉力综合作用下破坏时即发生在剪拉区。锚固方式不同,剪切试验过程中锚杆轴力分布也不同,全锚锚杆主要分布于节理面附近,随着与节理距离增加,轴力迅速衰减。端锚锚杆轴力分布则相对均匀。

关键词：隧道工程锚固方式剪切试验节理岩体破坏形式

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单轴压缩下含层理加锚岩石力学特性研究

岩土力学 2017年第7期38卷 1974-1982,1998页

作者：腾俊洋张宇宁唐建新张闯李臣林重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 重庆大学资源及环境科学学院重庆400044

为分析锚固方式和层理对加锚岩石力学特性影响规律,采用相似材料预制含层理岩石,室内钻取0°和90°层理标准试件,以45号钢加工而成的螺杆模拟锚杆,分别对试件进行端部锚固和全长锚固,从而得到不加锚杆、端部锚固、全长锚固3种试件,而后... 详细信息

为分析锚固方式和层理对加锚岩石力学特性影响规律,采用相似材料预制含层理岩石,室内钻取0°和90°层理标准试件,以45号钢加工而成的螺杆模拟锚杆,分别对试件进行端部锚固和全长锚固,从而得到不加锚杆、端部锚固、全长锚固3种试件,而后在MTS815岩石力学试验系统上对试件进行单轴压缩试验分析其变形、强度特征。结果表明:锚杆可提高岩石的强度,且层理方向和锚固方式影响其对强度的提高幅度。层理相同的加锚试件,全长锚固下岩石的抗压强度提高幅度大于端部锚固岩石;同一锚固方式下,90°层理加锚试件的单轴抗压强度提高幅度大于0°层理加锚试件。锚固方式不同,加锚试件的破坏形式亦有所差别。根据锚固方式不同,可将破坏形式分为剪切拉伸和剪切错断2种。锚固方式对加锚试件锚杆失效模式无影响,二者均表现为岩体与灌浆界面滑脱,但全长锚固与端部锚固所不同的是,全长锚固锚杆与岩石粘结长度更大,粘结强度更高,失效时可带出更多、更厚的岩石碎屑。

关键词：层理加锚岩石力学特性锚固机制破坏形式

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顺层岩质斜坡开采沉陷预测模型研究

岩石力学与工程学报 2017年第12期36卷 3012-3020页

作者：代张音唐建新王艳磊江泽标张路刘姝重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 重庆大学资源及环境科学学院重庆400044 贵州大学矿业学院贵州贵阳550025 中建五局第三建设有限公司湖南长沙410000

为有效预测地下采矿诱发山区顺层斜坡的沉陷变形,在分析概率积分法水平地表开采沉陷的基础上,以与岩层、矿体的倾角相同或者相近的顺层岩质坡体为研究对象,建立单元体开采和半无限开采情况下顺层岩质倾斜地表的开采下沉变形预测模型,并... 详细信息

为有效预测地下采矿诱发山区顺层斜坡的沉陷变形,在分析概率积分法水平地表开采沉陷的基础上,以与岩层、矿体的倾角相同或者相近的顺层岩质坡体为研究对象,建立单元体开采和半无限开采情况下顺层岩质倾斜地表的开采下沉变形预测模型,并给出预测模型的解算过程及步骤。通过2个矿山开采沉陷实例,将预测模型的解算结果分别与现场实测数据、相似模拟试验观测数据进行对比分析,结果表明:预测结果与现场实测下沉量吻合良好,与相似模拟试验观测下沉曲线形状相似,最大下沉量基本一致,符合试验原型的实际情况,预测结果能够反映顺层倾斜地表开采沉陷的情况,预测模型具有较好的适用性。

关键词：采矿工程开采沉陷顺层岩质斜坡下沉预测模型倾斜地表

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支护结构对层状及软弱岩体隧道支护作用机制

岩石力学与工程学报 2018年第A2期37卷 4221-4233页

作者：腾俊洋唐建新陈宇龙张宇宁重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 重庆大学资源及环境科学学院重庆400044 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084 长江师范学院土木建筑工程学院重庆408100 河南工程学院

为分析隧道支护结构作用机制及其在层状和软弱岩体隧道中的支护特性,通过室内物理模拟试验和现场测试,研究普通螺纹锚杆和钢花管锚固下的岩石在单轴压缩试验下的力学、变形特性及其现场支护特性。试验结果表明:(1)锚杆主要通过改善围岩... 详细信息

为分析隧道支护结构作用机制及其在层状和软弱岩体隧道中的支护特性,通过室内物理模拟试验和现场测试,研究普通螺纹锚杆和钢花管锚固下的岩石在单轴压缩试验下的力学、变形特性及其现场支护特性。试验结果表明:(1)锚杆主要通过改善围岩的受力状态和提高围岩强度2个方面来实现其锚固作用,并且锚杆对锚固体围岩强度参数的提高主要表现为预紧力的压缩带作用、锚固剂对围岩损伤的修复作用和锚杆杆体对锚固体整体强度和密度的增强作用3个方面。(2)通过对试验后的加锚试件进行CT扫描发现,锚杆对裂纹的止裂作用是锚固区对裂纹的弱化、剪段、止裂的结果,其止裂效果与锚固区范围大小有关,锚固区范围越大,止裂效果越好。(3)由于药卷锚杆和钢花管的锚固特性不同,药卷锚杆能够很好地锚固岩性一般的层状页岩隧道,而具有注浆功能的钢花管更适用于岩性较差的软弱破碎岩体。

关键词：隧道工程支护结构加锚试验支护机制现场测试

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层状复合岩体损伤演化规律及分形特征

岩石力学与工程学报 2018年第A1期37卷 3263-3278页

作者：腾俊洋唐建新王进博张宇宁重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 重庆大学资源及环境科学学院重庆400044

采用现场所取页岩和灰岩经室内加工"拼接"成6种不同组合方式的层状复合岩体,研究其在单轴压缩下的损伤破裂过程和声发射特征。试验过程中采用声发射系统采集试件在试验过程中所释放的声发射信号,试验前后对复合岩体进行CT扫描,分析试件... 详细信息

采用现场所取页岩和灰岩经室内加工"拼接"成6种不同组合方式的层状复合岩体,研究其在单轴压缩下的损伤破裂过程和声发射特征。试验过程中采用声发射系统采集试件在试验过程中所释放的声发射信号,试验前后对复合岩体进行CT扫描,分析试件破裂前后内部裂纹发育情况,并引用分形理论对破裂试件不同部位CT图像进行损伤程度分析。研究结果表明:(1)层状复合岩体的破坏是页岩组分材料和灰岩组分材料在荷载作用下耦合破坏的过程。破坏过程中灰岩组分材料对页岩组分材料的横向变形有制约作用,页岩组分材料对灰岩组分材料的横向变形则有反向促进作用,破坏时页岩组分材料的强度大于单一页岩,灰岩组分材料的强度则小于单一灰岩。(2)根据组合方式不同,将层状复合岩体破坏模式分为张拉劈裂型破坏、剪切滑移型破坏和劈裂剪切复合型破坏3种。岩石的组合方式决定着其受力状态,从而影响着复合岩体的破坏模式。(3)复合岩体平均CT数和试件扫描破裂断面盒维数均能够反映出复合岩体的损伤程度,即试件破坏前后断面CT数差值越大,断面盒维数越大,则其损伤程度也越大。

关键词：岩石力学层状复合岩体单轴压缩 CT扫描损伤演化分形特征