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急斜煤层残留高阶段煤柱动力失稳机理研究

采矿与安全工程学报 2018年第1期35卷 133-139页

作者：曹建涛来兴平闫瑞兵西安科技大学能源学院教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室陕西西安710054

针对乌东煤矿急斜特厚煤层综放工作面覆层残留高阶段煤柱动力失稳问题,采用变形失稳理论构建了覆层残留高阶段煤柱动力失稳力学模型,运用数值模拟分析了上覆高阶段残留高阶段煤柱动态失稳过程及应力演化规律,揭示了覆层残留高阶段煤柱... 详细信息

针对乌东煤矿急斜特厚煤层综放工作面覆层残留高阶段煤柱动力失稳问题,采用变形失稳理论构建了覆层残留高阶段煤柱动力失稳力学模型,运用数值模拟分析了上覆高阶段残留高阶段煤柱动态失稳过程及应力演化规律,揭示了覆层残留高阶段煤柱动力失稳机理,提出了覆层残留高阶段煤柱诱发失稳防治措施,开展了基于微震监测的动力失稳防治效果评估。结果表明:急斜特厚煤层综放工作面推近及推过高阶段煤柱过程中形成的应力持续性高度集中是诱发动力失稳产生的力源;工作面前方的应力增高区与煤柱形成的应力集中区产生叠加效应,应力集中系数最高达到3.7倍;将距高阶段煤柱不同位置时工作面前方支承压力峰值划分为3个区域(平稳区、过渡区、叠加区),确定高阶段煤柱诱发动力失稳危险区在煤柱前方0~60 m。动力失稳防治实践表明:采取煤岩注水、卸压爆破耦合致裂措施对上覆残留高阶段煤柱解危,利用微震监测系统完成解危效果评估,保障工作面安全通过了上覆残留高阶段煤柱的危险区域。

关键词：急斜特厚煤层覆层残留煤柱剪切滑移破坏动力失稳微震监测

应力波作用下含大型结构面岩体垮塌动力失稳机制

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岩石力学与工程学报 2021年第10期40卷 2003-2014页

作者：刘啸华心祝黄志国杨朋杨森常贯峰安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学矿业工程学院安徽淮南232001 中煤科工集团沈阳研究院有限公司煤矿安全技术国家重点实验室辽宁抚顺113000 东华理工大学地球科学学院江西南昌330013

不连续结构面对爆炸应力波在岩体中的传播有很大影响,研究应力波作用下含大型结构面岩体动力垮塌失稳机制,为含结构面等地质构造条件下岩体开采及稳定性控制提供理论依据。以冬瓜山铜矿56–8#矿房采场回采诱发相邻56–7#矿柱采场垮塌为... 详细信息

不连续结构面对爆炸应力波在岩体中的传播有很大影响,研究应力波作用下含大型结构面岩体动力垮塌失稳机制,为含结构面等地质构造条件下岩体开采及稳定性控制提供理论依据。以冬瓜山铜矿56–8#矿房采场回采诱发相邻56–7#矿柱采场垮塌为工程背景,建立结构面剪切滑移失稳力学模型,基于莫尔–库仑强度准则,采用理论分析方法计算了爆炸应力波通过结构面的透、反射系数,分析应力波通过结构面的应力响应特征;推导结构面发生剪切滑移的能量判据及应力判据,获得结构面的发生剪切失稳的条件。通过对结构面抗剪强度参数进行不断弱化,研究了微差爆破对结构面的破坏规律。研究表明:(1)入射角在一定范围内,反射波不发生相位延迟现象,并且在此入射角范围内,能量耗散系数大于0,结构面发生剪切滑移;(2)结构面是否发生剪切滑移失稳与结构面抗剪强度参数(内摩擦角、黏聚力)及应力波入射角、爆源距结构面距离有关;爆源距结构面的距离越远,结构面的抗剪强度参数越大,越不容易发生剪切滑移失稳。(3)微差爆破造成结构面强度参数不断弱化,使其发生剪切破坏变得容易,当结构面参数达到了发生剪切滑移的临界条件时,则56–7#矿柱采场发生垮塌。

关键词：采矿工程动力失稳爆炸应力波透反射系数能量判据应力判据

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大跨度拱桥弹性动力失稳的简化计算

土木建筑与环境工程 2012年第3期34卷 89-94页

作者：徐艳胡世德同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092

基于Liapunov动力稳定性意义,针对拱结构弹性失稳的特点,研究改进了需对结构整个振动时间历程进行特征值抽取的动态特征值法,通过引入静力稳定系数以及结合关键构件的线性时程计算结果,提出简化的计算方法确定拱桥的动力失稳临界荷载,... 详细信息

基于Liapunov动力稳定性意义,针对拱结构弹性失稳的特点,研究改进了需对结构整个振动时间历程进行特征值抽取的动态特征值法,通过引入静力稳定系数以及结合关键构件的线性时程计算结果,提出简化的计算方法确定拱桥的动力失稳临界荷载,并以一座实际大跨度拱桥为例进行计算验证,结果表明:该简化方法具有概念清晰,计算快速、准确的特点,可以为大跨度拱桥的动力稳定性能研究提供更为有效的研究手段,同时也适用于其他存在稳定问题的土木工程结构。

关键词：动力失稳大跨度拱桥简化计算地震

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煤的孔隙结构与煤岩动力失稳特征的相关性

中国矿业大学学报 2018年第1期47卷 97-103页

作者：祝捷张博王全启姜耀东何法中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044

以冲击倾向性煤层和煤与瓦斯突出煤层作为研究对象,基于压汞法和液氮吸附的实验结果,综合分析了煤样的孔隙结构特征;依据包括煤岩孔隙结构特征在内的物理力学参数,建立了数值模型,从煤层应力分布和应变能的角度讨论了煤的孔隙结构与煤... 详细信息

以冲击倾向性煤层和煤与瓦斯突出煤层作为研究对象,基于压汞法和液氮吸附的实验结果,综合分析了煤样的孔隙结构特征;依据包括煤岩孔隙结构特征在内的物理力学参数,建立了数值模型,从煤层应力分布和应变能的角度讨论了煤的孔隙结构与煤岩动力失稳特征之间的相关性.液氮吸附和压汞实验表明:忻州窑煤样的孔隙主要是开放型孔,赵各庄煤样的孔隙含半开放型孔隙较多,且含有一定量的墨水瓶孔;忻州窑煤样的孔隙含量,尤其是渗流孔隙的含量远大于赵各庄煤样,因此忻州窑煤层中瓦斯更容易释放.数值模型的计算结果表明:在上覆岩层应力和水平应力相同条件下,忻州窑煤层中煤壁附近区域的水平应力比赵各庄煤层低,垂直应力高于赵各庄煤层,煤壁附近的煤体易发生压剪破坏;上覆岩层应力和水平应力相同(6 MPa)时,赵各庄煤层受扰动后应变能密度变化量接近忻州窑煤层应变能密度变化量的2倍,可见赵各庄煤层更易积聚应变能.

关键词：动力失稳孔隙结构压汞法液氮吸附数值模拟

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悬臂导电薄板磁弹性耦合作用下的动力失稳

浙江大学学报（工学版） 2006年第3期40卷 414-418页

作者：张建平李志能上海电力学院计算机与信息工程学院上海200090 浙江大学信息与电子工程学系浙江杭州310027

对于聚变反应堆中受到外加横向强脉冲磁场和面内恒定磁场联合作用下的悬臂导电薄板,建立了描述其力-电-磁耦合作用下动力行为的理论模型.对空间部分采用有限元法,对涡电流、导电薄板的时间部分分别采用Crank-Nicolson法和Newmark法,对... 详细信息

对于聚变反应堆中受到外加横向强脉冲磁场和面内恒定磁场联合作用下的悬臂导电薄板,建立了描述其力-电-磁耦合作用下动力行为的理论模型.对空间部分采用有限元法,对涡电流、导电薄板的时间部分分别采用Crank-Nicolson法和Newmark法,对每一时间步上的耦合非线性采用迭代法,给出了计算程序的求解过程,定量模拟了强脉冲磁场和面内恒定磁场对磁体力和薄板挠度的影响.数值结果显示,外加横向脉冲磁场和面内恒定磁场的联合作用使得结构更容易失稳,导电薄板失稳时横向临界磁场值随着面内恒定磁场的增大而减小,但随着脉冲参数的减小而减小.

关键词：导电薄板磁弹性耦合作用动力失稳脉冲磁场

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直升机传动系统花键连接轴的动力失稳

北京航空航天大学学报 2010年第6期36卷 645-649页

作者：康丽霞曹义华梅庆北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 中国航空动力机械研究所株洲412002

为有效传递扭矩,花键联轴器在旋转机械中得到了广泛应用,直升机传动系统也采用了这种结构形式,因此对花键连接超临界轴的稳定性进行理论分析,并在直升机尾传动轴上开展相应的实验和验证工作.通过安装和拆卸花键两端用于润滑油脂密封的O... 详细信息

为有效传递扭矩,花键联轴器在旋转机械中得到了广泛应用,直升机传动系统也采用了这种结构形式,因此对花键连接超临界轴的稳定性进行理论分析,并在直升机尾传动轴上开展相应的实验和验证工作.通过安装和拆卸花键两端用于润滑油脂密封的O型圈,来改变花键的工作状态,实现了尾传动轴由相对稳定向完全不稳定的转变.研究表明:由花键及其两端支承表面处产生的摩擦形成的内阻尼是导致尾传动轴发生自激振动的根源;通过改善花键连接处的工作状态,能有效改善超临界转轴的稳定性,这对直升机传动系统超临界轴的设计有一定指导意义.

关键词：直升机传动系统花键连接内阻尼动力失稳 O型圈

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金属矿隐患空区动力失稳过程仿真技术

中南大学学报（自然科学版） 2013年第9期44卷 3793-3799页

作者：刘晓明罗周全徐纪成中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083 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 中南大学现代分析测试中心湖南长沙410083

在对华锡集团铜坑矿隐患空区现场实测的基础上,采用隐患空区三维信息获取方法准确获取空区的位置形态、体积、顶板面积及边界等信息。结合92号矿体周边采场分布特点,选取205-2,203-2,201-2和202-2这4条勘探线上的隐患空区为研究对象,在... 详细信息

在对华锡集团铜坑矿隐患空区现场实测的基础上,采用隐患空区三维信息获取方法准确获取空区的位置形态、体积、顶板面积及边界等信息。结合92号矿体周边采场分布特点,选取205-2,203-2,201-2和202-2这4条勘探线上的隐患空区为研究对象,在分析其空间特征信息的基础上,分别结合国际矿业软件Surpac与岩石破裂过程分析软件RFPA(rock failure process analysis)软件构建这4条勘探线上隐患空区数值计算模型,综合考虑矿区初始应力场和空区周边爆破动力扰动作用的影响,运用RFPA开展隐患空区动力失稳过程模拟仿真,模拟空区从形成到动力扰动作用下破坏过程的裂纹扩展规律。研究结果表明:动力扰动使空区应力集中加强,并加速空区裂纹扩展,尤其对间柱产生强烈冲击,致使裂纹贯通,矿柱破坏;该研究成果可为我国大范围隐患空区灾害预测和控制提供技术支持。

关键词：隐患空区空区探测系统三维信息获取动力失稳数值分析

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岩体动力失稳的折迭突变模型

岩土工程学报 2009年第4期31卷 552-557页

作者：张黎明王在泉张晓娟王志强青岛理工大学理学院山东青岛266033

讨论了目前采用突变理论研究岩体动力失稳存在的问题。尖点突变模型对同一参数最多有3个平衡状态,其中一个不稳定另两个稳定,它描述的是两个稳定平衡状态在一定条件下可以相互转换、重复的系统;折迭突变模型最多有两个平衡状态,一个稳定... 详细信息

讨论了目前采用突变理论研究岩体动力失稳存在的问题。尖点突变模型对同一参数最多有3个平衡状态,其中一个不稳定另两个稳定,它描述的是两个稳定平衡状态在一定条件下可以相互转换、重复的系统;折迭突变模型最多有两个平衡状态,一个稳定,一个不稳定,它描述系统不能重复的本构失稳问题。由系统在平衡位置作准静态位移时的功、能增量关系式,按能量守恒原理推导了两体系统的平衡方程,建立了两体系统动力失稳的折迭突变模型,给出了岩体动力失稳问题的一般方程,得到了系统失稳前后的变形突跳和系统能量释放的一般表达式,基于Weibull分布的岩体本构关系为其特例。

关键词：动力失稳突变理论折迭突变 Weibull分布

动静载作用下区段煤柱能量响应特征及动力失稳机制

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采矿与安全工程学报 2024年第2期41卷 221-231页

作者：王方田王文林牛滕冲魏学谦中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室江苏徐州221116 陕西华彬煤业股份有限公司陕西咸阳713500 中赟国际工程有限公司河南郑州450007

针对综放工作面回采过程中高静载及强动载扰动下区段煤柱动力失稳问题,以陕西蒋家河煤矿为工程背景,采用理论分析、数值模拟、实验测试及现场实测等方法研究区段煤柱失稳能量判据、极限能量解析解、静载作用下区段煤柱应力、极限能量演... 详细信息

针对综放工作面回采过程中高静载及强动载扰动下区段煤柱动力失稳问题,以陕西蒋家河煤矿为工程背景,采用理论分析、数值模拟、实验测试及现场实测等方法研究区段煤柱失稳能量判据、极限能量解析解、静载作用下区段煤柱应力、极限能量演化规律及动力能量响应特征,从能量角度阐明区段煤柱动力失稳机制,并对煤柱动力失稳危险区进行精准预测。结果表明:煤柱动力失稳应满足煤体单位时间内释放能量>煤体耗散能量,静态失稳则满足煤体单位时间内释放能量≤煤体耗散能量。区段煤柱极限能量与最小主应力呈二次正相关关系,煤体损伤的加深会降低煤体极限能量。动静载组合影响下区段煤柱应力、弹性能均增大,超前采动应力影响范围约为工作面前方80 m,塑性区范围内区段煤柱弹性能>极限能量,验证了理论分析的正确性。以弹性能与极限能量负向差值表征煤柱动力失稳危险性,负差值越大,动力失稳危险性越高。动载荷作用下,区段煤柱竖向应力峰值由41.87 MPa增至43.02 MPa、弹性能峰值由0.22 MJ/m^(3)增至0.24 MJ/m^(3)、塑性区逐渐延伸以至贯通,最大负能量差约为0.02 MJ/m^(3),其所在区域主要位于煤柱顶端及两帮,其中超前段区段煤柱采动侧距离巷道帮部约3.0 m处达到负能量差峰值,是煤柱动力失稳的高危区域,通过对照工作面月度微震能量事件,验证了煤柱动力失稳机制研究的合理性。

关键词：动静载煤柱能量响应动力失稳安全高效开采