摘要：为确定风流扰动综采工作面液压支架架间高压喷雾降尘雾滴粒度变化规律,选用3种喷嘴,基于自主设计的高压喷雾雾滴粒度测量系统进行了模拟实验,并进行了风流扰动架间高压喷雾雾滴降尘应用试验.结果表明:速度为1.2m/s的风流扰动后,雾滴场的雾滴粒径平均值有所增大,迎风侧雾滴粒径小于背风侧;随着喷嘴迎风安设角度α增大,雾滴场的整体雾滴粒度先减小后增大,α=10°时最小,3种喷嘴中喷嘴Ⅰ在8MPa喷雾压力时的雾滴粒度最小;风流扰动后,随着α增大,各测点粉尘质量浓度、全尘与呼尘降尘率平均值的差值均先减小后增大,降尘率平均值反之,α=10°时降尘效果最佳,全尘、呼尘的降尘率平均值分别为80.11%,78.04%,结合实验结果,确定最优α为10°.

摘要：为了提高掘进面的风幕隔尘效果并降低粉尘体积质量,设计轴向压风幕及径向旋流风幕形成与隔尘仿真实验,确定2种风幕的形成规律与隔尘规律.1)形成规律:压风量越大,越不利于2种风幕的形成,但对轴向压风幕的影响更大;压抽比越大,越利于形成轴向压风幕,对径向旋流风幕的影响相反.2)隔尘规律:压风量越大,2种风幕的隔尘效果越优;当压风量增至300m3/min后,轴向压风幕消失,该条件下,压风量越大,迎头粉尘向外运移能力越强;压抽比越小,2种风幕的隔尘效果越优,且径向旋流风幕的效果提高更大;当压抽比为0.75时,2种风幕的隔尘效果均已接近最优值.径向旋流风幕的形成受通风条件影响较小,隔尘效果也更优,更适用于掘进面现场隔尘.

摘要：为研究定向水力压裂的割缝间距,引入弹塑性力学理论与分形维数理论,分别建立缝槽力学模型与煤层注水渗透范围模型,分析缝槽的塑性区宽度及煤层注水的渗透范围。结合2个模型推导出定向水力压裂的割缝间距。以高家堡煤矿为例,检验割缝间距的合理性。同时,分析侧压系数、分形维数、迂曲度对割缝间距的影响效果。采用修正的Morris筛选法对影响定向水力压裂割缝间距的各因素进行灵敏度分析。研究结果表明:1)定向水力压裂割缝间距的理论值与现场实测值最大相对误差为8.643%,最大绝对误差为0.817 m,偏差较小,可为现场设计定向水力压裂的割缝间距提供理论参考。2)煤层注水渗透范围对定向水力压裂割缝间距的影响明显强于缝槽塑性区宽度。3)侧压系数对割缝间距影响较小,迂曲度与割缝间距呈现负相关性,分形维数与割缝间距呈现正相关性。4)煤层孔隙最大直径的灵敏度最大,迂曲度的灵敏度最小。

摘要：为研究水砂在采动覆岩裂隙中运移和突涌特征,研制了水砂突涌试验系统。以孔径为5 mm的水砂通道为例,通过设置不同的水压力,揭示水砂流量和含水砂层底部水压变化特征。在含水砂层水压接近临界水头压力时,水砂突涌会呈现失稳—运移—沉积—稳定的现象;若含水层水压超过临界水头压力,随着水压值的增加,水砂稳定流量呈升高趋势,二者为线性正相关。水砂通道开启瞬间,含水层内水压会出现明显的波动降低,水砂流量呈现先升高后平稳的趋势,随着水砂流量的平稳,水压也逐渐趋于稳定,但较初始设计压力仍有一定降低;在含水砂层底部,随着监测点距水砂通道距离的增加,水压呈逐渐升高趋势。试验结果表明该试验系统稳定可靠,研究方法及结果对进一步认识采煤工作面涌水溃砂灾害的形成机制具有指导和借鉴意义。

摘要：在矿山、水利、交通等工程领域中大变形锚杆已经获得了广泛的认可和应用,而相应理论水平落后于工程实践的现状则限制了大变形锚杆支护技术的进一步发展。针对大变形锚杆的力学及变形特性,提出了一种锚杆-围岩耦合作用结构模型,并基于塑性增量理论,从锚杆-围岩相互作用的角度,提出了大变形锚杆加固岩体的求解方法,推导了加锚岩体的平衡方程、位移协调方程和锚杆响应方程。在Visual Basic开发环境中编制有限差分计算程序,利用龙格库塔法求得了大变形锚杆-围岩耦合模型的半解析解,并通过数值模拟验证了理论模型的有效性。基于上述理论模型和计算方法,不仅可以计算得到大变形锚杆轴力和剪应力分布情况,定量分析其支护效应,还可以系统地求得加锚岩体的地层响应曲线及锚杆自身的响应曲线,对于地下工程中大变形锚杆的支护设计有基础性指导意义。

摘要：在开采沉陷数据处理中,针对当前主断面移动与变形归化计算繁琐和概率积分参数求取方法缺乏稳健性问题,采用理论研究和模拟试验的方法开展系统研究,主要取得到如下成果:(1)提出一种基于坐标系统转换的主断面移动变形归化计算模型;(2)构建一种具有鲁棒性的概率积分参数反演新方法,该方法主要包括残差移动矢量模平方和最小求参准则、参数初值样本均匀设计、异常结果样本肖维涅探测和纯净结果样本加权处理4个有机组成部分。模拟试验结果表明,即使在参数初值样本大跨度(局部样本参数严重偏离真值)的情况下,该鲁棒性求参方法亦可反演出精准的概率积分参数。研究成果对开采沉陷监测数据处理具有重要参考价值。

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：基于围岩力学性质进行回采巷道支护参数优化,可以在保证围岩稳定的基础上节约支护成本。为解决回采巷道支护设计因采用工程类比法而导致支护材料浪费等问题,以某矿8302皮带顺槽为研究背景,基于其坚硬顶板特性,选用悬吊理论进行支护优化设计,以锚杆及锚索间排距为优化因素,设计了3种优化方案及支护参数。利用FLAC^(3D)数值模拟软件对各支护方案的应力场、位移场及塑性区分布进行模拟研究,分析得出优化方案2对控制围岩稳定最有利。现场监测表明,优化方案2可有效控制巷道围岩体失稳破坏,该研究可为同类巷道的支护优化提供借鉴。

摘要：岩体崩塌破坏的突发性使其成为最难预防的地质灾害之一,严重威胁人类的生命财产安全.边坡岩块体崩塌破坏多是系统不稳定导致的动力破坏,因此应用动力学指标进行监测预警更为有效.本研究通过引入多种时域动力学监测指标,开展了岩体崩塌破坏全过程的监测预警实验研究.通过振动幅值、峭度指标等时域动力学指标监测,可有效识别岩体分离破坏前兆现象,提前55 s实现岩块体崩塌的早期预警.多个时域动力学指标均可识别岩体破坏前的非协调性动力特征,其中变异系数在识别这一振荡特征上优势明显,可通过识别这一震荡特征实现崩塌灾害的早期预警.此外,破坏前岩体的振动速度是稳定岩体的2.1倍,岩体破坏发生时刻赋存较大的冲击能量,是岩体启程剧动的主要原因之一,可通过综合分析峭度指标等时域动力学指标,实现分离破坏前兆更为合理的判识.本研究不仅为岩体崩塌灾害早期预警提供了新的数据与技术方法支持,也为崩塌岩体启程剧动机制与破坏后运动特性研究提供了新的启示.