摘要：为探究巷道开挖引起的主应力旋转路径演化规律及其诱发的岩体变形问题,以弱胶结软岩巷道为工程背景,建立弱胶结软岩巷道开挖扰动数值计算模型,研究巷道开挖诱发的围岩主应力大小和方向演化规律,确定开挖扰动旋转应力路径试验加载状态参数。开展弱胶结软岩空心扭剪试验,研究9种开挖扰动应力旋转路径下弱胶结软岩剪应力–应变–掘进距离空间曲线特征及(σ_(z)-σ_(θ))-2τ_(zθ)应力平面内的非共轴角变化规律。结果表明:随着巷道开挖,监测面位置巷道围岩底板、顶板和两帮的主应力大小和方向均发生显著变化,特别是在巷道2D范围内,发生了强烈的主应力方向旋转和应力量值突变。开挖扰动应力路径下巷道围岩剪应力–应变曲线呈现“V”,“Z”,“N”型发展形式。开挖扰动引起的主应力旋转造成了弱胶结软岩应变增量方向和应力方向的非共轴性,巷道底板、顶板和两帮扰动应力路径作用下,弱胶结软岩非共轴角最大值分别为52.8°,-22.3°和30.6°。研究成果将有助于揭示巷道开挖卸荷引起的主应力旋转路径下岩体非共轴塑性变形演化机制,提高地下工程设计水平以及灾害防治能力。

摘要：随着深部岩石工程的发展,岩爆变得越发严重。在岩爆的数值模拟方面,连续方法和非连续方法均具有一定的局限性。兼具二者优势的连续-非连续方法更具优势,且正在快速发展。基于CUDA对自主开发的三维拉格朗日元与离散元耦合连续-非连续方法进行了GPU并行加速。为了探索岩爆的机理和过程,模拟了不同静水压力、侧压系数和单元数目(最多达100×10^(4))条件下圆形洞室围岩V形坑的演化规律和单元弹射现象。考察了洞室围岩中裂纹的定量演化规律。研究表明:当静水压力较大时,基于芬纳公式的支护设计偏于不安全。由于V形坑的位置发生改变,V形坑的平均最大深度随着静水压力的增加先缓慢增加后快速增加。关于洞室围岩V形坑的模拟结果能与有关的实验结果、数值结果和现场观测结果吻合。上述研究很好地体现了岩爆并行计算较串行计算和商业软件计算的优势。

摘要：煤层钻孔是防治冲击地压常用的一种简单、经济和有效的降冲减灾手段。针对冲击地压发生后高应变率加载显现,揭示钻孔煤岩的冲击破坏物理过程及其减灾机制对于定量化设计煤层钻孔参数意义重大。为研究高应变率下钻孔对煤样力学性质的影响,通过室内霍普金森压杆试验及颗粒流数值模拟对预制孔煤样进行冲击试验。试验结果表明:高应变率加载下钻孔对煤样的动态抗压强度具有显著的弱化作用,随钻孔数目的增加,煤岩动态抗压强度分别下降11.9%、20.4%、23.2%;随钻孔间距的增加,动态抗压强度分别下降20.4%、14.9%、8.5%、16.4%。含钻孔煤样应力-应变曲线存在应力跌落现象与塑性耗能平台期,应力跌落范围与塑性平台范围随孔数目的增加呈上升趋势。高应变率加载下钻孔对煤样的破坏具有明显的变形局部化引导作用,当煤岩破坏时,初始主裂纹于平行加载方向的孔边拉应力区产生,次裂纹垂直主裂纹方向,孔间裂纹于孔桥间产生。应力集中区随孔桥破碎重新分布,孔边承载区远离钻孔。钻孔后煤样的AE(acoustic emission)事件数峰值出现不同程度的后移,当L≤2.5 d时,AE事件分布呈双峰特征,L>2.5d时,AE事件分布呈单峰特征。

摘要：选取神东矿区拟建地下水库22614工作面为研究背景,利用工作面开采相似实验和矿井水浸砂岩加载实验,模拟采场覆岩运动规律和应力分布状态,分析采空区覆岩结构特征,建立考虑矿井水流速和时间效应影响的煤矿地下水库储水系数计算模型。研究结果表明:模型工作面开采基本顶初次垮落步距46 cm,基本顶周期垮落步距7~16 cm;采空区覆岩仅存在裂隙带和垮落带,垮落带岩块间存在大量非完全接触的空洞、空隙及欠压实裂缝,是煤矿地下水库最主要的储水空间;采空区岩体承载应力沿走向基本呈“∩”形分布,最大应力趋于1.5 MPa,覆岩位移以走向中心线为对称轴呈“∪”形变化,最大位移为-2.5 cm。基于采空区覆岩关键层运移轨迹构建其底面下沉曲线函数方程,数学量化采空区垮落带体积、垮落带岩体空隙量和吸水量,建立包含岩石碎胀系数等参数构成的煤矿地下水库储水系数计算模型,通过明确砂岩碎胀系数与矿井水流速和时间的数学关系,进一步完善煤矿地下水库储水系数计算模型,并对模型进行实例计算和实验验证,模型计算储水系数0.1965,实验测定储水系数0.2104,证明了计算模型的准确性,可为煤矿地下分布式水库库容设计和储水调度提供重要理论依据。

摘要：为成功爆破拆除一座120 m高钢筋混凝土烟囱,根据实际工程环境、工程结构特点完成爆破方案的设计,并运用有限元软件LS-DYNA进行了的爆破设计的合理性验证。结果表明:数值模拟倒塌过程与实际倒塌过程高度一致,烟囱的倒塌过程持续10.5 s左右,在倒塌过程中烟囱筒体主要经历切口闭合、下坐、触地倒塌3个阶段,不同阶段运动规律特征明显。爆破方案整体合理,钢筋混凝土烟囱被成功拆除爆破,达到预期效果,对于相似工程实践具有指导意义。

摘要：针对高瓦斯坚硬顶板综放工作面初采期来压步距大及顶煤损失的问题,提出代替火药爆破的开切眼架前及两顺槽煤柱侧静态膨胀预裂切顶技术;采用数值模拟方法确定了静态膨胀预裂切顶的关键参数,设计了切顶方案及工艺,并通过现场工程应用验证了静态膨胀预裂切顶技术的有效性。结果表明:综放工作面初采前在开切眼架前及两顺槽煤柱侧实施静态膨胀预裂切顶,既保证了开切眼设备安装期间的安全性,又可在后续采动应力的作用下顶板及时破断,减小坚硬顶板初次来压步距和强度;当综放工作面初采推进至开切眼宽度时发生初次来压,人工减跨效果良好,不仅提前回收了工作面的顶煤资源,而且还消除了坚硬顶板大面积悬顶带来的诸多重大安全隐患,研究成果可在类似条件下代替炸药爆破进行推广应用。

摘要：整体式惯性粒子分离器是一种直升机进气防护装置,其性能优异、应用广泛,对于保护直升机发动机、延长其使用寿命具有重要意义。本文从4个方面对整体式惯性粒子分离器的研究现状进行归纳总结,包括:总结了现有直升机进气防护装置的类型及相关气动参数,梳理了整体式惯性粒子分离器现有的研究方法及取得的相关成果,分析了影响整体式惯性粒子分离器工作性能的因素,并展望了整体式惯性粒子分离器未来的发展方向。研究成果可为今后开展整体式惯性粒子分离器研究及优化设计提供一定参考。

摘要：采场上覆岩层的开裂和破断在力学上可归结为连续介质向非连续介质转化或非连续介质进一步演化。正确模拟岩层运动对于岩层稳定性控制和有关灾害预防具有极其重要的意义。在自主开发的拉格朗日元与离散元耦合连续-非连续方法中,只有法向刚度系数正确取值,势接触力才更可靠。为了模拟时间较长的开采过程和解决煤层离散单元形成的聚集体仍能承受超过自身承载能力的问题,采用了准静力模式和应力跌落方法。为了有助于正确选择适于模拟岩层相互作用的法向刚度系数,首先对其进行了标定,以考察嵌入引起的误差的影响。然后设计了4组(上相对较软-下相对较硬、两相对较软、上相对较硬-下相对较软和两相对较硬)两岩块撞击-平衡过程的数值试验,并以其中一组为例进行了重点分析。通过考察两岩块的嵌入量和上岩块下表面的平均应力的演化以及上块从运动到平衡的时长,最终得到了具有普适性的结果,即法向刚度系数与弹性模量的比值为15 m^(-1)时较为适当。为了检验上述建议值是否适于模拟采场岩层运动,以某煤矿1141工作面为例进行了计算。研究发现,在法向刚度系数取为建议值时,计算结果较为合理,且计算效率较高。

摘要：基于自主知识产权的微波辐射三轴加载实验系统,设计煤样在不同微波辐射功率、辐射时间及有效应力作用下的渗流实验,分析影响煤样渗透率的关键因素,并对实际构造煤层内渗透情况进行合理预测。以温升实验为基础得到煤样表面温度、辐射功率及辐射时间的拟合公式。分析渗透率的主要影响因素:有效应力、辐射功率,并对其进行敏感性分析。以能耗比的方式分析辐射功率与辐射时间的协同增渗情况,得出应选择较高微波辐射功率增渗的结论。通过辐射功率、辐射时间与有效应力对煤样渗透率影响的分析,使微波辐射增渗机理更加明确,对微波辐射热采技术具有理论参考及产能预测的指导作用。

摘要：为解决辛安矿907工作面开切孔揭露坚硬全岩断层导致采煤机截割困难的问题,采用深孔预裂爆破理论,分析了爆炸荷载对断层的破坏作用,并设计了钻孔直径、钻孔深度、装药量、封孔长度和安全振动控制等爆破参数。运用LS-DYNA软件,开展断层爆破参数数值模拟,计算结果显示,炸药爆炸作用的有效范围约为7 m×22 m×2.7 m,在作用区域内应力叠加的作用下,产生远大于岩石的动态抗拉强度的应力,使岩体破碎。根据模拟结果优化爆破参数,并进行现场试验。试验效果表明,爆破后钻孔壁产生了不同长度和宽度的裂缝,形成了裂缝集中区域,基本达到了深孔预裂爆破破碎岩石的目的。采用深孔预裂爆破技术过断层有效地改善了采煤机作业环境,减少了50%的采煤机截齿消耗。