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：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：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：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：针对沿空留巷巷旁支护存在的问题,提出基于顶升可缩式钢管混凝土支柱的巷旁支护技术。设计了顶升可缩式钢管混凝土支柱结构与留巷工艺,为验证该支柱增阻让压性能,开展了不同让压结构的可缩承载试验,研究表明:杨木可缩阶段承载力200 kN、极值承载力700 kN,松木可缩阶段承载力500 kN、极值承载力900 kN,钢筋网柱可缩阶段承载力400 kN、极值承载力750 kN,以松木的压缩率最高,达到77.7%,可见,松木更适合作为让压结构。通过分析钢管混凝土短柱和长柱承载力试验结果,验证了钢管混凝土支柱高承载力特征,修正了支柱承载力长细比折减系数,优化了顶升可缩式钢管混凝土支柱承载力计算公式。通过文献分析选取了合理的巷旁支护阻力和压缩量计算方法,以鲁西煤矿3_(下)A02工作面沿空留巷为例,进行了巷旁支护阻力和压缩量计算分析,以试验研究为基础,开展了顶升可缩式钢管混凝土支柱结构设计、支柱受力分析和工程实践研究。实践表明采用单排φ299 mm×10 mm顶升可缩式钢管混凝土支柱+一排φ21.6 mm×10300 mm控顶锚索的巷旁支护,辅以挡风帘+网喷层的采空区隔离方案,能够保证沿空留巷长期稳定,该技术具有顶升初撑效果好、增阻变形能力强、支护承载力高等特点,在基本顶沉降运动剧烈的留巷工程中具有较好的应用前景,若进一步配合采空区侧切顶卸压和支柱外壳钢管回收复用,留巷效果将更优。

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：相似模拟试验方法是矿山工程研究中一种重要的研究手段,它在解析岩层移动、矿山压力、多场耦合等方面具有明显优势.为进一步优化这种试验方法,本文利用3D打印技术制作缩尺支护构件并将其植入相似物理模型,整套模拟系统按照30∶1的比例以工程模型为原型进行缩尺,其中煤岩层和支护系统均遵照等强原则进行还原.缩尺煤岩层采用混凝土材料制备,缩尺支护系统采用不锈钢粉末3D打印制作成型;同时,本文设计加工了能够将相似物理模型适用于MTS伺服压力试验机的高强加载框架.测试中,通过声发射、数字散斑以及全程录像分析模型的微观破坏机理、位移场变化过程以及模型失效特征.测试结果表明:巷道周边关键测点位移变化、巷道和支护系统变形失效特征以及整体岩层变形破坏分区与真实情形高度吻合,符合矿山压力作用下的岩层变形规律.此外,声发射特征表明模型在多次受载过程中表现出凯瑟效应.本研究认为采用内置等强缩尺的3D打印支护系统具有极好的适应性,可提高测试精度,对于提升相似物理模拟研究水平具有参考价值和现实意义.

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：为了掌握急倾斜综放工作面割煤、移架、放煤等不同工序作业时粉尘浓度的分布及变化规律,获取合理的通风除尘设计参数,基于气固两相耦合模型,以急倾斜综放工作面割煤、移架、放煤三大尘源的粉尘运动为研究对象,根据干粉粒度仪的测定结果设定各尘源参数,运用Fluent对各尘源的产尘浓度分布规律和工作面三维空间风速场进行数值模拟,并与现场实测的粉尘浓度相对比。结果表明:数值模拟与实测数据基本吻合;倾角大的工作面粉尘顺风飘移的距离比缓倾斜工作面更远;模拟结果表明在通风除尘设计中,最优排尘风速以2.6 m/s左右最为合适,采煤机司机处粉尘浓度约650 mg/m3,采煤机下风侧20 m粉尘浓度降至300 mg/m3以内;在液压支架安装侧吸式引射喷雾除尘器,并结合放煤板喷嘴喷雾,可明显提高放煤时的降尘率。

摘要：为解决负压束管监测系统气体传输过程中组分和浓度易失真,以及现有正压束管监测系统管路抗压性差、井下分布式正压泵难以远程控制的问题,提出了通过管路本身实现对正压泵远程控制的设计思路,研制了一种输气与控制共用管线的高正压束管监测系统,采用不同长度的管路验证了正压泵远程控制方案的可行性,并采用不同长度管路进行高正压输送气体试验。试验结果表明:输气管路的最优管径为8 mm;正压泵的最优输出压力为2.5 MPa;输气与控制共用管线的高正压束管监测系统不仅解决了气体组分和浓度失真问题,而且实现了远程控制启停正压泵和小流量、高正压输送气体,从而大幅缩短了气体传输时间,提高了煤矿自燃火灾监测的实时性。