摘要：层状岩体变形破坏特征与均质岩体存在很大差别,深入揭示层状围岩在掘进过程中的变形破坏特征和机制,对于确保矿井安全生产具有重要的理论意义。本文通过进行层状岩石室内试验,建立了横观各向同性应变软化力学模型,通过掘进全过程的现场监测和数值模拟结果揭示了深井层状围岩的变形破坏特征和机制,采用相似材料试验揭示了预应力锚杆支护结构对层状围岩变形破坏的控制作用。学位论文完成的主要工作有:(1)分别开展了不同层理角度时的互层状砂岩三轴压缩试验、岩样破裂面的电镜扫描和巴西劈裂试验。分析结果表明:层状岩石强度随层面角度增大呈U型分布规律,层状岩石的各向异性程度随围压增大而降低;层状岩石破坏形式由围压、层理角度和岩石细观结构共同控制;竖直层理岩样弹性模量大于水平层理,倾斜层理岩样最小,这主要是由不同层理倾角时层状岩石的承载方式决定的;岩样抗拉强度随线荷载与层面角度增大而增大,其机制为岩样破坏由层理面的剪切破坏演化为穿过层理面的剪切–拉伸破坏,并最终过渡为基质的拉伸破坏。(2)针对现有横观各向同性力学模型未考虑单元应力状态的不足,基于互层状砂岩压缩试验结果,提出了考虑体积应力的塑性内变量表达式,并以此为基础分别研究了基质和层理的应变软化规律,建立了考虑体积应力的横观各向同性应变软化力学模型。基于该模型编制了相应的岩石变形破坏有限差分程序,并通过试验结果进行了检验。结果表明,无论从曲线的变化规律还是定量描述上,数值计算结果和试验曲线均体现了很好的一致性,说明利用该模型可以较好地反映层状岩石的力学特性和变形特征。(3)采用单因素分析方法对建立的横观各向同性力学模型的参数进行了敏感性分析,确定了对围岩变形敏感的参数;通过设计基于粒子群(PSO)优化算法的参数反演程序并将其嵌入FLAC3D程序中,建立了对变形敏感的力学参数的反演方法,为深井巷道层状围岩开挖模型参数的确定奠定了基础。(4)以济宁三号煤矿深井层状围岩为研究对象,通过布置超前监测断面,首次获得了煤矿深井巷道掘进全过程的变形规律,将巷道围岩变形划分为缓慢增长、迅速增加和变形稳定三个阶段,得出其演化机制主要与围岩的瞬间卸荷及应力调整有关。通过掘进面后方收敛变形的监测,将巷道表面收敛变形划分为失稳破坏、持续变形和变形稳定三个阶段,得到围岩变形的空间效应主要集中体现在第一阶段,而时间效应则主要体现在第三阶段。(5)基于深井巷道围岩深部位移实测数据,采用前文确定模型参数反演方法,得到了对变形敏感的七采区层状围岩力学参数。将所建立的横观各向同性应变软化模型应用于深井层状围岩巷道的分步开挖过程的模拟,获得了围岩的应力、塑性区和变形等参数随掘进面推进的演化规律,并给出了相应的巷道支护建议。通过相似材料试验分别模拟了未施加锚杆和施加预应力锚杆后含人工预制层理试样的变形破坏特征,揭示了预应力锚杆支护结构对于层状岩体变形破坏的控制作用和效果,为现场施工及支护设计提供了理论支撑和依据。

摘要：针对宏观角度研究巷道顶板结构造成的顶板脆弱区被忽视的问题,建立了岩梁稳定条件下的单位宽度简支梁极限跨距判别公式。结合工程背景,分析得到软弱砂质泥岩厚度、巷道跨度、软弱夹层及断层等是影响巷道稳定性的重要原因。通过采用岩层探测仪窥探顶板裂隙分布及离层情况并结合钻孔柱状图,以砂质泥岩厚度为主要指标对巷道隐患进行分级、圈定。结果表明,311102辅运巷从开切眼到3~#联络巷之间属于Ⅳ级冒顶隐患区域。针对性的设计了311103辅运巷支护参数,实现了对顶板脆弱区的有效控制。

摘要：结合青岛地铁施工过程中浅埋段下穿建筑物实例,对现场振动控制技术和经验进行总结,对监测数据进行了分析,并认为:振动控制要从钻爆设计、施工过程、振动监测和数据分析4个方面统筹进行,全过程控制;2个覫120中空孔直眼掏槽爆破减振效果较好。长期的监测数据表明,将振动速度控制在1.0 cm/s以内,可确保建筑物的安全。

摘要：作为我国常见的一种地质灾害,崩塌成因复杂,分布范围广,隐蔽性和突发性强,危害性大,其早期预警技术一直难以实现。通过对岩体崩塌灾害成因机理与预警研究总结得出,开展崩塌灾害发生的主控因素岩桥的定量识别与模糊评价,是未来岩体崩塌灾害预警预防的关键所在,而固有振动频率等动力学指标在岩桥损伤分析、危岩快速识别以及崩塌早期预警等方面具有明显的应用优势。此外,关注分离阶段及其分离破坏前兆是提高岩块体崩塌灾害早期预警时效性的有效手段之一,建立基于分离破坏前兆识别的岩体崩塌灾害预警方法并健全三位一体的监测预警指标体系可改变目前崩塌灾害被动预防的态势。与此同时还需同步开展国产高精度遥感振动监测技术装备研发,这是满足我国崩塌灾害早期预警核心技术创新发展与国家工程安全建设战略需要的必然选择。针对目前崩塌灾害早期监测预警研究中存在的五大技术瓶颈问题,提出了具体的应对策略和技术措施。最后得出系统开展脆性破坏灾害的早期监测预警体系研究并实现相关技术突破无论是在"一带一路"等工程安全需求方面,还是在全国地质灾害预警预防方面,都将具有极强的理论意义与应用价值。

摘要：为了研究锚杆加固节理岩体的锚固机理,借助颗粒离散元软件PFC2D软件内嵌FISH语言分析了加载过程中锚杆和结构面之间的相互作用机理以及锚杆内部轴向和剪切应力情况,探讨了锚杆对结构面锚固效应和锚杆的变形破坏规律。结果表明:锚杆在剪切荷载作用下容易在结构面和锚杆交界位置发生"S"形变形并在节理面两侧形成塑性铰,导致锚杆在塑性铰处发生拉弯屈服,揭示了锚杆在剪切作用下的拉弯屈服机制,并从细观机制上阐明了锚杆对岩体结构面的支护作用主要体现为结构面内聚力的提高。

摘要：针对梁宝寺煤矿3434掘进工作面作业期间瓦斯浓度较高的实际问题,以瓦斯防治为研究目的。运用自行研制的真三轴气—固耦合煤体渗流实验系统,根据掘进工作面周围煤体应力分布情况,开展了卸载围压和加载轴压实验,研究各应力分区煤体渗透率演化规律,分析瓦斯赋存情况。研究结果表明:卸压区渗透率增大,适宜瓦斯逸散;应力增高区渗透率下降,瓦斯难以逸散。根据实验结果和应力分区特点设计出瓦斯治理方案,并进行工程实践。实践结果显示:采用超前钻孔抽采煤层瓦斯后,掘进工作面瓦斯浓度由0.53%~0.76%降至0.35%以下,证明应力—渗流关系研究结果正确。

摘要：为提高大采高液压支架结构件和机械加工件质量以及装配后整机的力学性能和使用寿命,对现有液压支架生产制造工艺进行改进。以ZY15000/29/63大采高液压支架为研究对象,分析了现有液压支架生产制造工艺在自动化控制、实时监测方面的不足,据此制定了合理的液压支架结构件选材、自动整版下料、先进坡口加工和焊接工艺,大直径立柱、缸筒、活柱等机械加工件加工工艺以及支架的装配、检验试验工艺。研究表明:制定的板材整体喷丸、整版下料切割、焊接实时监测以及焊前、焊后处理等方法,能有效提高结构件性能,刮削、滚光复合加工方法能显著提高缸筒加工精度,样机压架试验技术能促进产品设计优化。

摘要：通过研究鲍店煤矿生产调度室信息系统现状,针对存在的问题,结合煤矿现代化建设及鲍店煤矿生产调度管理的业务需求,建立了煤炭企业主要生产工序(采煤和掘进)的产量预测模型,在Visual Studio开发平台下运用C语言和SQL Server 2008为数据库研发了生产调度管理系统。实现了安全生产信息共享和生产预控,最终达到科学管理、合理调度的目标。

摘要：为了确定风流影响雾滴与尘粒耦合沉降的规律,分析了雾滴与尘粒耦合沉降机理,并自主设计实验装置进行了风流影响雾滴与尘粒耦合沉降实验。由实验结果可知:随着风流速度的增大,喷雾场雾滴粒径平均值整体呈增大趋势,喷雾场上风侧的雾滴粒径一般小于下风侧,测点处雾滴的粒径增大值及增大率均不断减小,喷雾场对全尘、呼尘的降尘率分别由风速为0.5m/s时的49.3%和47.5%降至风速为1.5m/s时的42.7%和39.2%。研究结果表明:风流速度越大,越不利于雾滴耦合沉降尘粒、尤其小粒径尘粒。

摘要：采用二次回归正交组合设计,以改性比、催化剂用量、反应时间、反应温度为考察因素,研究优化了超支化聚酯作为抑尘剂的改性工艺。结果表明,各因素对保水率的影响由大到小依次为:改性比、反应温度、催化剂用量、反应时间。最佳改性工艺条件为:改性比为1.0∶5.0、反应温度为131℃、催化剂的质量分数为1.00%、反应时间为2.0h。在最佳工艺条件下,改性超支化聚酯的保水率为74.7%,实验验证结果与模型预测值相近,并且在自然条件下风蚀15天后样品的抑尘率为81.5%。