摘要：吸能支护是地下岩体工程领域中用于提高围岩稳定性和避免冲击地压等灾害发生的一种重要的防治技术。吸能支护技术的核心原理是通过特定的结构设计,使支护体系在岩体发生位移或变形时能够有效吸收或消耗能量,从而减少由冲击载荷引发的工程破坏和事故。吸能锚杆是吸能支护的一种常见形式,此技术通过锚杆将表面围岩与深部稳定岩体相结合,并在围岩内部产生预应力吸收或耗散能量从而避免矿山灾害的发生。吸能锚杆这种柔性支护方式适用于多种环境的巷道支护,现已被广泛应用于矿山灾害的防治。综述自1968年以来30余种具有代表性意义的吸能锚杆设计方式,以结构和材料2大类型为切入点进行划分,着重分析8种典型吸能锚杆的工作原理与设计优势,并以此指出现有吸能锚杆支护在应用中存在的安全性与智能性等方面的不足。结合前人研究成果与目前深部矿井支护高强度与智能化等需求,提出一种智能预警负泊松比结构吸能锚杆。该锚杆利用负泊松比吸能结构实现增阻效果,具有双向恒阻吸能与双向监测预警等特性,能够满足复杂的非线性软岩巷道强阻支护、可视化预警等需求,有助于加快支护体系一体化,促进安全、智慧矿山的发展。最后,对吸能锚杆支护设备的优化革新趋势进行了展望。

摘要：针对液压支架防冲性能弱,遭受冲击地压易失效的问题,提出一种多齿式切削吸能构件,分析不同齿宽及不同齿形下各个构件的吸能特性,确定最优方案,将最优方案安装在液压立柱上构成吸能立柱并进行防冲吸能分析;结果表明:在相同齿形的情况下,随着轮齿宽度的增加,各齿形的峰值力、总吸能量与平均切削力均增加,三角形齿切屑脱落较快,载荷波动较大,齿高过大也会导致切削过程有较大波动,其余各组较为稳定;在相同齿宽的情况下,除齿高过大的影响外,峰值力、总吸能量与平均切削力均为梯形齿最高,矩形齿的吸能效率最高,三角形齿的载荷波动系数最大;最终选择梯下底25mm,上底11mm,高15mm的梯形齿吸能构件为最优方案;对吸能立柱与普通立柱进行吸能防冲性能进行对比分析,结果表明:吸能立柱相对于常规立柱在受冲击时应力与变形更小,证明了吸能构件对液压支架具有保护效果。

摘要：针对当前煤矿支护方面不能有效解决冲击地压防御这一工程难题,分析并指出煤矿支护形式、支护方法上存在的根本问题。基于深部非连续自平衡应力岩体介质的等级块系构造理论,建立一维非连续自应力块系上覆岩体与支护互馈作用的理论模型,研究在冲击扰动下岩体中摆型波传播时支护性质对支护端岩块动力响应影响上覆岩块动态响应受不同性质支护作用的影响。分析得到:对于刚性支护当支护为刚性时,支护端岩块动力响应的加速度幅值随支护刚度的增大而降低;当刚性支护中具有柔性阻尼耗能机制时,岩块动力响应时间会随阻尼系数的增加而缩短。由此推论:在煤矿支护中,利用刚性支护与柔性阻尼耗能机制相结合的方式可以增强围岩稳定性、增加支护–围岩系统抵抗冲击的能力,以防止冲击地压的严重显现。由此提出刚柔耦合快速吸能让位防冲支护设计理念,并对基于该理念研制的新式巷道防冲吸能液压支架进行简要介绍,对其中核心吸能构件进行初步分析,为进一步研制系列防冲支护设备,形成新式防冲支护技术与方法,改善当前煤矿防冲支护设计,形成新式防冲支护技术与方法,奠定一定的理论基础。

摘要：针对采矿支护设备在冲击地压中呈现的损坏问题,利用泡沫金属材料优异的防冲吸能特性,研制一种能够快速消减冲击波、消耗外界冲击能的装置,并通过力学分析和室内试验,对装置的预期功能做了初步的研究和验证,得到较为理想的结果。试验结果表明:装置通过外部弹簧的控制,基本实现100 kN承载力的预期目标;装置可以实现变形让位的功能,即随着压力的增加,卡销最终可以突破最大静摩擦向外扩张,没有发生自锁现象;吸能材料具有良好的抗压强度和较高的吸能效率。此次试验中装置总的吸能量为1 650 J,与理论计算结果 1 550 J相近。该装置的设计与研究,为进一步解决支护设备在冲击地压中呈现的失稳破坏问题、提高支护设备的防冲支护能力打下一定基础。

摘要：为进一步研究花岗岩变形破坏的前兆特征,采用自主研发的电荷感应监测系统,获得了花岗岩变形破坏全过程时-频域信息,并设计数字滤波器降噪。研究结果表明:岩石在变形破坏过程中伴随着电荷信号产生,随着加载速率的增大,能量积聚加快,岩石破裂所需积累能量时间越短,产生高幅值电荷信号越提前,应力调整次数增多,高幅值脉冲数量增多。对信号傅里叶变换并进行频谱分析,发现信号主频分布在0~100 Hz。岩石变形破坏频域特征总体表现为主频幅值在岩石产生应力降时急剧增加,且在岩石完全破坏时主频幅值增幅最大,主频幅值与电荷感应幅值增高具有同步性,可将电荷信号与主频幅值急剧提高作为岩石失稳破坏前兆特征之一。设计了数字滤波器,较好地滤除了工频干扰信号和高频噪声信号,提高了频谱分析准确性。

摘要：针对现有支护理论、支护方法不能有效解决煤矿巷道冲击地压的问题,建立了冲击地压作用下的巷道围岩与支护响应的动力学模型,分析了支护刚度和支护阻尼对上覆岩体动力响应的影响,并由此提出了冲击地压矿井巷道支护设计的两个新思路,即提高支护刚度和快速吸能让位支护。其中,提高支护刚度主要以研制高强度的巷道液压支架为主,通过采用刚度较大的梁体和工作阻力较高的液压支柱来增加支护体系的整体刚度;快速吸能让位支护则采用多孔泡沫金属材料或吸能构件来增大支护中的阻尼系数,即利用其优异的吸能特性使支护体系能够在围岩冲击下快速吸收冲击能并稳定地变形让位,最终防止支护体系失效与巷道破坏,并据此研发了一种新型防冲吸能巷道液压支架并准备进行现场试验研究。

摘要：通过对钻孔过程中钻杆扭矩及钻屑推力的力学分析,理论上给出了利用钻杆扭矩及钻屑推力判断煤体应力、煤体强度的可行性,提出通过测试钻孔过程中的钻杆扭矩和钻屑推进力来判断煤矿冲击地压危险性的方法。利用自行设计的扭矩–推力测试装置,对预制煤体相似材料试件进行了不同煤体应力、不同煤体强度和不同推进速度条件下的钻孔试验。研究结果表明:1单一因素影响下,钻杆扭矩与煤体所受应力存在线性递增关系,钻屑推力与煤体应力呈近似线性递减关系,且钻杆扭矩变化规律与煤体应力及钻屑量具有较好的一致性。2钻杆扭矩和钻屑推力均与煤体强度呈线性递增关系。3同种煤岩体材料,相同压力条件下,钻进速度越快,钻屑扭矩越大,反之,钻屑扭矩越小。研究结果可为煤矿动力灾害的预测预报提供参考依据。

摘要：首次将先进的无损检测NMRI成像技术引入煤层中气水两相运移的研究领域,将自主设计研制的、可同时改变围压、轴压和孔隙压的、非磁性聚碳酸酯材料制成的三轴渗透仪置于NMRI成像仪磁体腔中,通过气驱水和水驱气NMRI试验实时观测了气水流动规律.主要以水驱气NMRI试验为例,详细介绍了核磁共振三轴渗透仪和型煤试件的研制,并重点阐述了水驱气试验过程和相关参数,利用NMRI技术实时观测得到了不同时间沿驱替方向型煤试件水平剖面的NMRI成像图,最后对试验结果进行了比较分析,揭示了一些新的规律认识:(1)水驱替前缘具有不一致性,从NMRI试验角度验证了前人甲烷类气体赋存形式主要以吸附在孔隙内表面为主的重要结论;(2)煤试件存在优势驱替路径,且这种优势路径在驱替过程中基本保持不变,水驱气的优势驱替路径易产生在煤试件边缘,即煤孔隙裂隙发育区;(3)水驱流量变化决定了水驱前缘的运移速度,且对水驱气效果具有滞后效应;(4)水驱气初次驱替效果好于二次驱替效果;(5)水驱替气的顺序为:主要大裂隙—周边裂隙—周边孔隙.

摘要：针对我国高瓦斯煤层渗透性普遍差、瓦斯抽采率低的难题,结合超临界CO2具有提高孔隙介质渗透性的特性,通过正交设计不同温度、孔隙压力、轴压和围压工况,对低渗透煤层煤样注入超临界CO2的流动规律进行试验研究,结果表明:超临界CO2作用前后煤体渗透率和渗透系数与有效体积应力均表现为负指数规律;渗透系数与孔隙压力呈现正指数递增规律;渗透率和渗透系数均随着温度升高呈现负指数下降趋势;并得到了有效体积应力和温度及孔隙压力共同作用下煤体渗透系数指数关系式,在有效体积应力一定的条件下,超临界孔隙压力对煤样渗透性的提高起主导作用;超临界CO2密度和动力黏度均随着温度的升高呈现负指数的递减趋势,与孔隙压力呈现线性递增规律,在临界点附近对温压变化敏感;超临界CO2作用后,煤样出现蜂窝似的孔隙和裂隙,煤的渗透性得到显著地提高,超临界CO2对提高煤层渗透性具有良好的效果。

摘要：为有效提升后防撞系统耐撞性能以满足碰撞冲击载荷作用下的车辆被动安全需求,研发了6种正多边形镶嵌的多胞体薄壁吸能器。基于简化超折叠单元理论分析了截面参数和肋板连接方式对薄壁吸能器的能量耗散途径与影响机制;采用ABAQUS数值仿真探究了各种吸能器吸能特性,同时揭示了正八边形截面、肋板对边连接的薄壁吸能器吸能特性优异;依托拉丁超立方试验方法和基于Kriging代理模型的NSGA-II遗传算法进行多目标优化,确定了吸能器内薄壁管截面尺寸、管壁和肋板厚度分别为18.073 mm、1.669 mm、1.924 mm。结果分析表明,参数优化后的正八边形多胞体吸能器压溃吸能过程平稳可靠,能够为后防撞系统吸能器的结构设计提供参考。