摘要：针对于高速测温系统存在的响应时间慢、校准复杂、不适用特殊环境等问题,设计了以STM32F429IGT6微控制器为控制核心,以光学系统、制冷型红外探测器为主体的制冷型高速红外测温系统。光学系统采用金属抛物面反射镜构建光学组件,结合制冷型红外探测器完成光电转换,由微控制器进行高速采集。系统采样率为1 MHz,采用SD卡进行数据存储,可在屏幕上显示温度变化波形。采用黑体炉静态标定法进行温度标定,对温度与电压信号之间的关系进行最小二乘拟合,得到了电压-温度关系式,测量误差为±1℃,温度测量有效范围为10~200℃。标定后使用霍普金森压杆冲击实验进行了系统应用测试。测试结果表明,制冷型高速红外测温系统具有微秒级温度变化的探测能力,响应时间快,操作与校准简单,在动态高速测温领域具有广泛的应用前景。

摘要：为了研究废弃矿硐储能库围岩的变形破坏特征和致灾机制,实现裂隙岩体地下储能库安全评估,研制地下空间储能防渗实验装置。基于相似理论,重新建立地下空间储能防渗实验的相似函数,获得实验设计依据,并使用模块化思想设计实验装置。实验装置具体包括大吨位加载框架、试样装载框架、液压动力源组件、水压加载模块、气压加载模块以及监测控制系统,采用有限元软件对大吨位加载框架进行模拟,确定其设计参数。大吨位加载框架搭配液压动力源组件能实现大尺度类岩石试样(尺寸500 mm×500 mm×500 mm)应力场模拟,配备的水压加载模块可实现地下空间抽水蓄能过程的模拟,利用气压加载模块模拟地下空间压缩空气储能全过程,监测控制系统可实现对装置整体监测和控制。利用该实验装置分别开展地下空间抽水蓄能、压缩空气储能循环实验,验证实验装置的准确性和可靠性。结果表明,该实验装置可以进行复杂应力条件下循环气压或水压荷载作用围岩力学实验,为废弃矿井储能工程安全施工和运营提供理论指导和技术支撑,为废弃矿井资源开发、利用提供重要的实验测试平台。

摘要：为解决因深部采动巷道强采动应力影响导致锚杆断锚、失锚现象发生的问题,有效提高锚杆预紧力,设计一款可施加高预紧力的应力均布型锚杆,综合采用理论分析、静载拉拔和落锤冲击试验、数值计算以及数字散斑相关法(DIC)等研究锚杆静载拉拔过程中载荷-位移分布特征,得到锚杆应力集中位置;采用Ansys数值模拟落锤冲击试验和霍普金森压杆(SHPB)冲击试验,研究锚杆在动载作用下的力学响应特征。研究结果表明:普通锚杆螺母螺纹变形沿着远离挤压面轴向呈指数降低,应变集中在螺纹前3圈,应力均布型锚杆可实现螺纹应变协调,力学环境良好;锚杆轴力变化分为上升区、震荡区、稳定区,当落锤冲量相同时,应力均布型锚杆可将冲击力降低为原来的64%,降低锚杆轴力振幅频率;应力均布型锚杆可降低应力波波形变化幅度及频率。该研究成果在朱集矿、潘二矿、丁集矿等深部巷道应用,锚杆未见断锚现象,对巷道围岩控制效果较好。

摘要：针对钻爆法和机械法在岩石破碎工程中的弊端,基于泡沫的高黏性和可压缩性,提出了高压泡沫涨裂破岩技术。首先设计高压泡沫涨裂破岩装置,理论分析高压泡沫瞬间释放冲击岩石涨裂孔过程,搭建高压泡沫涨裂力测试装置并开展涨裂力影响试验,建立高压泡沫涨裂破岩试验系统,探讨不同空气体积分数时的泡沫涨裂特性,揭示高压泡沫涨裂破岩机理。研究表明:高压泡沫释放时,能够在涨裂孔内产生比泡沫初始压力更高的涨裂力,但涨裂力随泡沫空气体积分数增加而先增大后减小,高压泡沫涨裂破岩经历了裂纹初生、裂纹扩展、涨裂抛掷、涨裂结束4个阶段,破岩重量随泡沫空气体积分数的增加而先增大后减小,当空气体积分数为60%时,由高压泡沫冲击涨裂孔产生的压应力波在岩石上表面反射形成的拉应力造成岩石破坏形式为涨裂坑,空气体积分数为70%~90%时,泡沫涨裂形式为大块岩石分离,这主要是由孔底直角处应力集中效应造成。

摘要：为分析深部开采中岩柱在不同方向主应力卸载下的破坏及冲击规律，使用PFC3D软件设计六面加载—双面卸载的应力路径，进行岩石试样三轴压缩试验模拟。通过卸载中间或最小主应力，模拟卸荷岩柱实际应力路径变化过程，进而探究其在不同方向卸荷下的宏观应力应变特征及破坏规律，并分析内部裂纹的细观扩展形态。结果表明，在宏观层面上，随着非临空面应力的增加，试样的峰值强度不断提高，峰值点轴向应变不断增加，位移主体向着临空面扩展和轴向方向收缩；在细观层面上，试样内部先产生剪切裂纹，在到达峰值强度的90%时产生张拉裂纹，剪破坏数占总黏结破坏数的比例随中间和最小主应力的增加而增大，而黏结破坏总数有减少趋势。研究结果能为深部开采时巷道掘进过程中的煤岩柱冲击灾害防治提供一定参考。

摘要：为了解决在煤矿立井井筒监测现场应用中布里渊光时域反射仪(BOTDR)系统信噪比低的问题,提出了一种基于双树复小波变换(DT-CWT)和改进的LMS算法的组合降噪模型,用于对BOTDR分布式光纤监测信号进行降噪处理。首先,设计了基于双树复小波变换分解原始信号,并使用样本熵作为目标函数自动选择最优小波分解层数的模型,随后,使用LMS算法计算原始信号的自适应降噪阈值,并通过优化双曲余弦函数来改进LMS算法的收敛速度和收敛性。为了验证所提出算法的有效性,进行了BOTDR温度信号降噪实验,最后,依托山东省郭屯煤矿井筒监测项目,使用DT-CWT-LMS算法对光纤监测信号进行了降噪研究。实验结果表明,DT-CWT-LMS算法的降噪效果明显优于传统的小波阈值降噪方法,平均SNR指标提高了32.03%,平均RMSE降低了33.2%;现场研究结果表明,经过降噪后信号的样本熵平均降低幅度为64.75%,与光纤光栅传感器的数据对比相差在5%以内,说明信号中的背景噪声得到了有效的抑制。该研究为BOTDR技术在煤矿立井监测中应用提供了一种有效的信号降噪方法。

摘要：随着煤矿开采深度的增加,厚顶煤巷道在强矿震作用下出现了不同于常规冒顶的灾害,即矿震诱发冒顶复合灾害。以陕西某矿301工作面回风巷为研究对象,采用理论分析、数值模拟和现场调研等方法,结合实际地质条件,探究矿震诱发冒顶复合灾害的破坏特征与主控因素,建立此类灾害的机理,并提出合理的控制对策。研究结果表明:矿震诱发冒顶复合灾害发生过程伴随强矿震,但巷道无明显动力显现特征;数值模拟表明动载强度显著影响巷道围岩的应力分布;厚顶煤巷道在强动载作用下,相较于薄顶煤、无顶煤巷道顶板下沉量更大,且受动载影响更为显著;锚杆索+钢带主被动组合支护能够有效提高巷道围岩稳定性,显著增强巷道抗动载能力;基于矿震诱发冒顶复合灾害机理提出“深部断顶-浅部卸压-强化支护”的防治对策。研究成果可为深部厚顶煤巷道矿震诱发冒顶复合灾害的防治提供一定的科学依据。

摘要：针对不同地层条件和设计参数条件下,煤矿岩石巷道掘进工法选型问题,建立了综合模糊层次分析法(FAHP)和优劣解距离法(TOPSIS)的煤矿岩巷掘进工法选型方法。首先由FAHP计算评价指标权重并将数据进行标准化处理,然后使用TOPSIS法计算得分,对备选方案进行评估排序,确定最优掘进工法。该选型方法在张集煤矿岩巷掘进工法选型中应用,综合考虑20个评价指标的影响后确定岩巷工法优选顺序,并开展不同工法施工效果对比,验证选型方法可靠性。

摘要：随着浅层煤炭资源的日益枯竭,深部开采逐渐成为煤炭行业的主流趋势。在深部高应力和低围岩承载力的特殊环境下,煤巷掘进过程中易发生破坏失稳,以及掘进后片帮和冒顶问题。以红庆梁煤矿12306巷道为研究对象,设计并实施了一种“锚杆+锚索+钢带”的联合支护方案。通过FLAC3D数值软件,模拟分析了该联合支护方案下巷道的位移变化情况,并结合现场测试结果进行验证。模拟和现场测试结果均显示,在支护实施后的27~30 d内,巷道变形情况趋于稳定,证明了“锚杆+锚索+钢带”联合支护方案在控制深部煤巷稳定性方面的有效性。研究成果为深部煤巷稳定性控制提供了有效的技术途径,对于类似条件下煤矿开采具有重要参考价值。

摘要：随着煤矿开采深度的增加,敞开式TBM应用于深部煤矿巷道施工时遇到的不良地质问题逐渐突出。为了使敞开式TBM在深部巷道中安全、高效地施工,需要对敞开式TBM机型做出针对性设计,以应对断层及破碎带、高地应力、高地温、瓦斯突出等不良地质环境。断层及破碎带敞开式TBM配置超前钻注一体机1台、相互独立的锚杆钻机4台,可以有效地进行超前地质钻探及对破碎围岩进行加固;高地温环境下内/外循环水冷却系统、刀盘增加喷水嘴等设计可降低作业施工环境温度;对于其他不良地质环境均做出针对性设计。敞开式TBM针对性设计可以提高工作效率、降低施工成本、加快施工进度,在深部巷道不良地质施工中取得良好成果,并为其他类似工程提供借鉴和指导。