摘要：注浆堵水技术已成为水害措施防范向工程治理不可缺少的技术之一,超细材料的研究也成为了目前注浆材料发展的新方向。为了解决矿井水害注浆治理工程中注浆材料优选和配比优化问题,采用单因素试验与响应曲面法(RSM)相结合的方法进行超细水泥注浆材料优化配比研究。首先通过单因素试验对不同水灰比、硅灰(SF)掺量及高效聚羧酸减水剂(PCS)掺量条件下浆液黏度、泌水率及7 d单轴抗压强度进行分析,以确定RSM最佳基准水平,其次构建以浆液黏度、泌水率及7 d单轴抗压强度为响应目标的二次多项式预测模型,结合方差、残差及响应曲面分析各响应变量对响应目标的影响规律,确定注浆材料最优配比。通过单因素试验结果对比分析,发现最优水灰比、SF掺量及PCS掺量分别为1∶1、35%及0.3%。通过RSM研究发现,浆液黏度、泌水率及7 d单轴抗压强度不仅受单一因素影响,且存在多因素交互作用。根据建立的二次多项式响应面回归预测模型可知,当水灰比、SF掺量及PCS掺量分别为0.7∶1、38%及0.2%时,注浆材料性能最优,其回归模拟预测浆液黏度、泌水率及7 d单轴抗压强度分别为210.82 mPa·s、1.0%及12.22 MPa。通过室内试验,其结果与预测模型结果吻合度较高,进一步验证了模型的可靠性,证明了该模型能够用于注浆材料优化配比设计研究。

摘要：依托安全工程专业开展实验教学改革,构建并全面实施了“三阶段、三层面、三目标”即“三三三”实验教学模式,从“课前、课中、课后”三个教学阶段,围绕“实验内容重塑、教学设计创新、育才目标达成”三个教学层面,实现“科教相长、虚实结合、思学创并重”三个教学目标,并以“矿井通风与安全”课程实验改革为例进行具体说明。实施成果充分体现了该模式的改革成效显著,既极大改善了实验教学弱化的不良局面,也为新时代工科专业实验教学积累了经验。

摘要：煤矿开采中的高应力多扰动问题日益突出,导致巷道常因不同程度的破碎而需要锚注支护,为探究锚注体承载特性以及破坏机理,制作了含不同粒径的无锚和加锚的注浆加固体,分别对其破坏特征、应力-应变曲线以及声发射信号特征进行了分析。研究表明,加锚后注浆加固体的破坏特征由拉伸断裂破坏转为整体以及区域性的剥落破坏,不同粒径锚注加固体试件破坏特征有所不同;锚杆对于注浆加固体的强化主要体现在峰后,增大了注浆加固体的延性和残余强度;声发射特征表征了锚注加固体的破裂过程,阶段性特征明显,随着粒径的增大,声发射活跃期的跨度增长,表明试件的断裂过程更缓慢,能量的渐进释放特征更明显。研究结果为山西某煤矿不同破碎情况的围岩的支护设计提供了参考。

摘要：提出一种新型叠层剪切吸能(LSED)结构改变衬砌连接方式,能够保证隧道在轴向上具有良好的变形能力和在环向上具有较好的抵抗变形的刚性能力。基于LSED结构的竖向承载和剪切变形能力开展LSED结构的室内剪切试验和数值试验研究,利用变异系数法评价橡胶剪切模量、橡胶层单层厚度、橡胶层层数和结构有效直径等因素对LSED结构水平剪切性能影响的权重。最后,利用有限元软件ABAQUS建立LSED结构-隧道衬砌-围岩三维精细化工程模型,并采用动力时程分析方法对其地震响应进行分析。研究结果表明:在压剪状态下,结构整体位移由下到上逐渐增大,橡胶层的受拉区主要集中在外侧边缘,拉应力及其分布面积由两端向中间逐渐减小,上表面的最大名义主应变最大值由上到下逐渐减小;钢板层较大应力区域主要分布在靠近上下封板部位。设计因素中橡胶剪切模量和结构内部钢板直径对LSED结构的水平等效刚度的影响更为显著;LSED结构的设置能有效降低衬砌的地震响应,且减震率达到45%以上。

摘要：针对动载扰动条件下深部大断面硐室围岩锚固支护结构稳定性差、支护设计不合理等问题,以新巨龙煤矿井下煤矸分离大断面硐室为例,采用现场调研、理论分析和室内试验等手段,研究在深部冲击应力与高围岩应力叠加构成的复杂应力环境下大断面硐室围岩锚固支护结构损伤演化特征,构建动静载荷作用下深部大断面硐室围岩锚固承载结构损伤演化模型,获得深部大断面硐室围岩锚固支护结构破坏机理并对深部大断面硐室的围岩锚固支护设计提出合理建议。结果表明:1)深部冲击应力与高围岩应力叠加是大断面硐室围岩变形破坏的主要原因,在受到强动载冲击时,深部大断面硐室顶板、两帮锚杆(索)受损严重,很容易造成顶板大面积垮塌及帮部煤体突出;2)通过室内SHPB动态冲击试验获得了动静载组合作用下,加锚试件的强度和峰后回弹斜率均随着动态应变率的增大而升高,加锚试件对动载冲击能量的耗散能占比与动态应变率呈现出正相关的特性,锚固界面(锚固剂/锚杆、锚固剂/岩体)的黏结程度在锚固体对应力波能量耗散过程中起到了关键作用;3)深部大断面硐室锚固承载结构的失稳破坏是由于动载作用下硐室围岩、锚固剂和锚杆三者之间不协同变形造成的剪切滑移及锚固体受动载压缩变形导致的。提高硐室围岩、锚固剂和锚杆的抗滑移特性,增加锚固密度提高抗压缩变形能力可有效降低动载应力波对深部大断面硐室围岩支护结构的影响。研究成果对井下永久硐室及巷道的加固工程具有一定的理论指导和借鉴意义。

摘要：黄河冲积地层的土体软弱、稳定性差、基坑支护困难,施工风险高,极易诱发恶性工程事故。本文以济南省会文化艺术中心大厦深基坑为工程背景,采用现场监测数据分析、统计建模和FLAC3D数值模拟相结合的方法进行模型优化和辩识参数。以支护桩体水平位移为基坑变形稳定性评价指标,讨论了支护桩插入比、支护桩刚度、锚索预应力等因素对该指标的影响,进而提出了适合于济南市冲积层深基坑支护的合理参数。确保了济南省会文化艺术中心大厦深基坑施工的安全、优质;为同类地层深基坑支护提供了支护设计经验和参考。

摘要：针对工作面开采后底板采动破坏带探测难题,为掌握开采引起的底板岩层破坏规律,确保承压水上安全开采,自主研发底板采动破坏带分段观测系统。该系统主要包括测漏-封堵一体化子系统、供给-测定子系统和推进子系统等,采用的测试探头最大外径为78 mm,每次推进最大有效测量长度为4 500 mm,设计封堵工作压力为2.5~2.6 MPa,测漏工作压力为0.1 MPa。该系统具有如下特点:1)测漏系统和封堵系统融合,可利用同一外界水源进行封堵和观测工作,实现封堵测漏一体化,减少钻孔内管道数量为1根,解决了钻杆绕线问题;2)设计压力转换端子,实现封堵高压水源向观测低压水源转换,保证封堵过程和观测过程在各自压力下工作;3)采用多探测单元观测,实现一次封堵多段测量,与双端封堵测漏装置相比,可减少2/3工作量。用华丰煤矿41501工作面底板采动破坏带现场实测对该系统的准确性和可靠性进行验证,并与理论预计和数值模拟结果相对比。研究结果表明:理论预计值为16.89~20.65 m,数值模拟结果为15 m,而现场实测深度为15.49 m,系统测量结果是准确的,且测试过程未发生钻杆绕线现象。底板采动破坏带分段观测系统的研制和应用,丰富了底板岩层采动破坏范围现场观测手段,对于承压水上安全开采,预防底板突水具有重要的实用价值。

摘要：巷道围岩本身存在一个抗扰动强度,当深部较高的集中应力超过其抗扰动强度时围岩会对外部扰动变得敏感,在围岩内会形成扰动影响区,围岩扰动影响区不断向内部的发育是扰动作用下深部岩巷长期大变形失稳的本质。针对深部开拓岩石巷道,提出以钢管混凝土支架为主体的复合支护技术。钢管混凝土支架具有承载力高、结构稳定等优点,能够给围岩提供一个较大的支护阻力,提高扰动影响区围岩的抗扰动强度,从而保持巷道长期稳定。根据某矿具体地质条件,设计了合理的支护技术措施,选用钢管混凝土支架型号为?194×8的钢管配合C40强度等级的核心混凝土,该支护体系能够给巷道围岩提供1.26 MPa以上的支护强度,工程应用效果良好。

摘要：华北地区深部开采矿井,高地应力作用下煤层采动诱发断层活化引起的承压水突涌是矿井水害的主要形式之一,借助相似材料模拟试验台,通过自主设计的试验装置和试验方法,以五沟煤矿F13断层为工程背景,研究承压水上煤层开采的覆岩运动破坏形态、底板裂隙发育扩展特征、断层带应力和结构演化规律,再现断层活化导水全过程。以工作面距断层带的距离为时间参照,采动诱发断层活化导水存在4个明显阶段:断层带应力超限屈服、断层带拉裂延展、两盘错动滑移、承压水导升。以承压水沿断层带的导升高度为基准,寻找承压水导升高度的相关性因素:工作面距断层带的距离与导升高度近似呈负线性关系;水压力、断层带宽度与导升高度具有正相关性,试验过程中水压力与导升高度的相关性呈现强-弱-强的变化趋势;根据试验结果和规律设计断层防水煤柱宽度为40 m,现场观察未出现明显突漏水现象、效果良好。研究成果对于揭示断层活化突水机制、指导矿井防治水具有一定的意义。

摘要：西部矿区弱胶结软岩地层煤巷的稳定性是目前施工过程中亟待解决的问题。煤巷失稳是岩体-煤体-岩体组合结构的整体力学行为,为此,建立了顶底软岩夹持下煤层开挖巷道的计算模型。选取各层岩体及煤体的强度、刚度、厚度参数以及埋深为影响因素,巷道顶底及两帮位移量为评价指标,设计了混合水平的正交数值试验。通过定义量化指数κ,以不同检验水平下的F统计量为标准,对各因素的影响显著程度进行了五个水平的量化分级,即:高度显著、显著、较显著、有影响和无影响。分析结果表明,在埋深一定时,煤层的刚度参数对巷道变形具有显著影响;在不同的因素水平组合下,围岩呈现顶板拉剪、底板拉剪、煤层拉剪等多种破坏形式,对进一步分析煤巷失稳破坏机理及巷道维护具有重要的参考价值。