摘要：为揭示巷道围岩锚固界面脱粘失效机理,量化锚杆支护设计参数,采用三线性粘结滑移模型进行理论分析,对轴向载荷作用下锚固脱粘失效全过程中,锚固段界面剪应力、锚杆轴力分布演化规律以及界面极限锚固力进行研究,根据锚固段长度不同,得到两种界面剪应力分布演化类型。研究结果表明:当锚固长度较短时,界面剪应力存在全长软化阶段;当锚固长度较长时,界面剪应力存在弹性-软化-滑移三段共存阶段。锚固粘结界面弹性段、软化段、摩擦段内的剪应力分别呈现双曲余弦函数衰减分布、余弦函数上升分布、均匀分布规律,锚杆轴力随界面剪应力分布演化呈现多种形态的衰减分布规律。根据锚固界面模型解析计算获得极限锚固力,当不考虑脱粘摩擦力时,极限锚固力随锚固长度的增加趋近于某一固定值;当考虑脱粘摩擦力时,增加锚固长度能够持续提高锚固界面安全系数。研究成果可为锚固机制分析、锚杆支护参数设计提供理论参考。

摘要：随着岩体工程规模的不断扩大和赋存环境的日趋复杂,岩石节理剪切滑移引起锚杆破断的现象日益突出。认清锚固节理的剪切特性及其抗剪机制对于岩体工程稳定性控制设计至关重要。通过开展锚固节理剪切试验与数值模拟,系统研究全锚和端锚2种方式对岩石节理宏细观剪切特性的影响及其机制。结果表明:全锚方式下锚固剂的存在会使锚杆迅速发挥其“销钉作用”,而端锚方式下在剪切位移超过钻孔与锚杆间的间隙后锚杆才开始发挥作用;在锚杆破断前,全锚方式相对于端锚方式的峰值剪切应力和破断剪切应力更大;相同剪切位移下相对于端锚,全锚条件下锚固节理的裂纹数量更多;全锚方式下裂纹集中在锚杆附近,尤其是锚杆与节理相交处,端锚方式下裂纹分布较为分散,在端头锚固处、锚杆与节理相交处以及垫片处均有分布;相同剪切位移条件下,全锚锚杆的剪切应力远大于端锚锚杆,但其轴向应力因受到锚固剂限制主要集中在节理面附近;端锚方式下锚杆轴向应力被充分调动,传递至垫片处后可有效增大节理的法向应力;端锚锚杆和全锚锚杆的变形范围均不断增大,但端锚锚杆的变形范围显著大于全锚锚杆。

摘要：针对动载荷作用下围岩与托盘间作用力瞬间增加造成的托盘弯折、撕裂,支护失效等问题,设计了一种新型抗冲大变形托盘。根据黏性阻尼系统理论,建立了动载荷作用下新型抗冲大变形托盘的振动力学方程,并使用Abaqus有限元数值模拟手段对比分析了不同冲击能量(2.5 kJ、5.0 kJ、7.5 kJ、10.0 kJ)下3种不同类型托盘的动力学响应特征。理论分析结果表明:新型抗冲大变形托盘具有较好的抗动载能力,且随着阻尼比增加,抗动载能力逐渐增大。模拟结果表明:在相同的动载荷作用下,与平托盘和拱形调心托盘相比,新型抗冲大变形托盘冲击力作用时间分别减少了39.29%和53.21%,残余应变量分别减少了72.35%和76.60%,能量吸收率分别增加了69.00%和3.45%,托盘最大变形量分别增加了514.5%和139.5%,抵抗动载能力大幅度提升。在不同动载荷作用下新型抗冲大变形托盘应变均较小,表明托盘主要依靠内部元件相互作用吸收冲击能量,而不是结构的不可逆变形,可以保证托盘的在动载荷作用下的结构完整性。

摘要：目的研究有序排列硬质合金颗粒作为增强相对高铬铸铁组织与性能的影响。方法采用对WC-Co硬质合金颗粒进行预先排布固定的方式,结合离心铸造制备了有序排列硬质合金颗粒增强高铬铸铁复合材料。通过相组成和显微组织的演变分析复合材料的形成过程,并对摩擦磨损性能进行研究。结果制备的复合材料实现了硬质合金颗粒在基体上的有序排列及与基体的冶金结合。存在由颗粒表层熔解区和碳化物散布区构成的梯度过渡层,硬度也呈梯度变化,有利于降低应力集中。在载荷为100 N时,复合材料的体积磨损量相较于高铬铸铁降低了57.6%;载荷为150 N时,复合材料的体积磨损量相较于高铬铸铁降低了69.2%,硬质颗粒的有序排列可减缓磨粒磨损和剥层磨损。结论通过对增强颗粒进行有序排列,可提高复合材料性能的可设计性,抑制了过度反应,并促进梯度过渡层的形成,同时还可减少硬质颗粒的用量,改善复合材料的韧性。有序排列硬质合金颗粒可以有效提高高铬铸铁的硬度和耐磨性。

摘要：为了研究深部煤层复杂应力环境下煤岩的力学特性与渗流润湿规律,自主研制真三维应力下煤岩水力润湿范围动态监测试验系统,其主要由应力加载系统、液压伺服系统、数据采集与控制系统、声发射监测系统等组成。该系统的创新性及先进性如下:(1)开展煤岩不同地应力、不同流体压力、不同采动应力、不同温度等多场耦合条件下的试验研究;(2)进行不同地应力、不同流体压力、不同温度条件下煤岩的水力压裂试验,研究煤岩裂纹起裂位置及裂隙扩展等的变化情况;(3)开展不同地应力及采动应力下多孔介质水、气等多相流体各向异性渗流试验,深入研究试样的各向异性对渗流效果产生的影响;(4)进行不同地应力及采动应力条件下多孔介质液相流体的润湿试验研究,并结合声波测试分析液相流体在不同流体压力下的动态润湿范围及润湿过程;(5)全密封设计,在注水管前端安装球形声发射探头,压头上安装声波传感器接收球形声发射探头发射的激励信号,试样用可拆卸压头单独固定并密封,保证声发射系统正常工作下试样的整体密封。通过一系列试验对该系统的准确性和可靠性进行验证,结果表明试验系统准确可靠。该系统为多场多相耦合条件下煤岩水力压裂、渗流、润湿全过程的规律研究及变化机制提供新手段。

摘要：为了分析矸石充填条件下采空区顶板的破裂特征和运动过程,针对唐山矿矸石充填工作面条件,采用倾斜钻孔探测方法,对采空区顶板进行长期多次定点探测,通过裂隙密度定量描述顶板采动裂隙的分布规律,并采用相似模型试验的方法进行辅助分析,揭示矸石充填开采顶板裂隙发育过程。研究表明:矸石充填开采条件下,顶板中的离层和错动等结构裂隙通常出现在岩层分界处,裂隙形式与所处层位相关;随工作面开采,煤层顶板活动具有裂隙孕育、裂隙超前发育、裂隙密集发育、裂隙稳态扩展、顶板稳定5个阶段特征;离层是顶板下沉的主要组成部分,占总下沉量的一半以上。研究结果可为充填开采支护设计、工作面支架选型等提供理论依据。

摘要：巷道围岩支护结构在冲击动载作用下的破坏是深部煤炭开采面临的突出问题,研究动态拉应力作用下锚固围岩的力学响应对揭示锚固结构破坏机制具有一定指导意义。采用分离式霍普金森压杆研究预紧力、锚固方式对锚固岩体抗拉性能的影响规律,分析锚固岩体动态破坏过程及加载过程中锚杆、岩石基体的应变时程。研究结果表明:高预紧力、全长锚固均可提高锚固岩体的抗拉强度与弹性模量;锚固岩体失效经历初期加载阶段、主裂纹形成阶段和宏观破坏形成阶段,高预紧力、全长锚固延缓了主裂纹形成时间,让压锚杆可以承担岩石基体较大的变形使其不丧失锚固能力;端锚试件主裂纹形成之前锚杆与岩石基体共同承载拉应力波,主裂纹形成后外力仅由锚杆承担,直至脱锚;全长锚固时锚杆与岩体共同承载,抵御外部动态拉应力;让压结构改变了锚杆的刚度与变形能力,使其适应岩石基体变形而避免脱锚。研究成果对受动载荷扰动巷道锚杆支护参数设计具有一定的理论指导意义。

摘要：为满足井下分选和就地充填要求,井下往往需要密集布置多条硐室,其布置方式对硐室群围岩控制影响重大,是硐室群设计的重要内容。以新巨龙煤矿-800 m水平煤矸分离硐室群为背景,采用理论分析、数值模拟和现场监测相结合,较系统地探讨了硐室群围岩稳定性影响因素,并运用FLAC软件建立数值计算模型,获得了不同布置方式时硐室间距对围岩变形破坏影响规律。随着硐室间距增大,相邻硐室围岩相互影响逐渐减小,同层位布置时最优间距约为15 m,错层位布置时约为18 m。采取同层位布置且硐室间距为15 m时,围岩应力集中区域主要位于硐室交叉处,应力峰值为35 MPa,围岩最大变形量为43 mm,塑性破坏区宽度约为5 m,硐室间存在约5 m见方的弹性承载岩柱。现场工程中4条硐室采用同层位“井字型”布置方式,间距为15~89 m,实践表明:硐室群围岩变形主要集中在硐室成型初期,且以硐室中部变形最大,约为26 mm,围岩整体稳定性好。研究成果可为深埋硐室群布置方式设计及参数优化等提供参考。

摘要：针对掘进面迎头粉尘弥散难以控制的难题,设计新型多向涡流风幕发生装置,并基于自行设计的模拟实验平台得出多向涡流风幕风流运移及阻隔粉尘弥散规律。研究结果表明:风流运移规律为多向涡流风幕与迎头距离L_c越大,压抽比Y、压风量Q_f及轴径比Z越小,越利于形成风流均指向迎头运移的阻尘风流场。阻隔粉尘弥散规律为粉尘质量浓度基本随巷道断面与迎头距离的增大而减小或波动减小;随着L_c的增大,阻隔粉尘弥散能力先减小后增大;Y、Z越小,Q_f越大,越利于阻隔粉尘弥散。通风参数变至一定值后,形成阻尘风流场的均匀程度及阻隔粉尘弥散能力基本稳定,并确定了实验掘进面较优通风参数为:L_c=20 m,Y=5:4,Q_f=300 m^3/min,Z=1:9;该参数时全尘、呼吸性粉尘的降尘率平均值分别为95.85%和94.32%。

摘要：为了研究深井铲运机在运行过程中的散热影响,以实际工程为依托,通过现场实测与软件模拟等手段进行分析。在矿井中段运用焓差法设计铲运机散热测定实验,对铲运机顺风运行与逆风运行的散热进行分析,得出铲运机的顺风散热量为259.05 kW、逆风散热量为239.40 kW。随后运用ANSYS有限元分析软件中的重叠网格功能对铲运机在巷道移动进行动态模拟,得出铲运机在巷道25~30 m内对热环境均有影响,而且逆风运行远比顺风运行影响的范围更广的结论,为矿井热环境降温提供了理论依据。