摘要：针对煤岩在屈服破坏过程中有微震和电荷信号产生这一特征,利用自行设计的微震和电荷感应信号监测试验系统,分析不同组合比例煤岩在变形破裂过程中微震和电荷信号的变化规律。研究结果表明:微震和电荷信号是低频信号,信号频谱集中分布在0～80 Hz,应力突变与微震信号和电荷信号的产生及变化有较好的一致性;随着"煤-岩"高度比的增加,试样的单轴抗压强度减小,试样屈服破裂时微震和电荷信号幅值增大,同步性增强,试件破坏的突发性增强;试件破坏过程中电荷比微震信号数更多,初次明显的电荷信号也早于初次明显的微震信号。

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：针对冲击危险巷道锚杆支护结构破坏特征及冲击载荷对锚杆–围岩支护系统的特殊要求,设计研发了新型防冲吸能锚杆(索)。基于塑性弯曲理论分析了吸能锚杆(索)的吸能原理,利用自主设计的静–动加载试验系统,进行吸能锚杆(索)的静力拉伸试验与冲击拉伸试验。结果表明:吸能锚杆(索)在拉伸过程中六角管衬里被挤压变形,同时给摩擦圆柱提供滑移阻力,六角管的管壁厚度、套筒内径及摩擦圆柱直径三者的装配参数对吸能阻力具有重要影响;无论是静力拉伸还是冲击拉伸,吸能锚杆(索)的轴力–位移曲线均存在轴力初始增长、轴力平稳和轴力突增—平稳3个阶段;在轴力平稳阶段内锚杆杆体基本处于弹性状态,摩擦滑移结束后,锚杆杆体开始受力屈服;吸能结构在吸收能量的同时很好的延迟或减缓了锚杆杆体受力屈服。与普通锚杆相比,吸能锚杆(索)具有良好的"自保护性"与"冲击适应性"。现场试验表明,吸能锚杆(索)能够有效削弱冲击能对巷道围岩的作用。

摘要：针对倾斜煤层防水煤柱合理尺寸留设问题,以道清煤矿淹井事故为原型,采用理论解析分析与数值计算相结合的对比分析方法,研究矿井突水对防水煤柱的稳定性影响,得到在矿山压力作用与水压作用下防水煤柱的极限设计尺寸优化公式,结合道清煤矿生产实际得到防水煤柱尺寸,通过数值模拟分析对比验证防水煤柱尺寸的合理性,并探究了防水煤柱的破裂过程。结果表明,煤体受采动应力影响,应力状态重新分布,煤体由弹性状态转变为塑性状态,产生塑性形变,强度逐渐降低,当压力增大达到其强度极限时,煤体内部出现裂纹,裂纹逐步扩展靠近防水煤柱,形成裂纹带,随着时间的累积,防水煤柱的强度逐渐降低,塑性变形区逐步向弹性核区移动,矿井涌水后,煤体裂隙导通充满大量孔隙水,在水压作用下,新生裂纹及原生裂纹进一步扩展,裂纹的张开度不断增大,最终形成导水裂纹带,使得防水煤柱发生严重破坏,煤体的破坏形式以拉剪破坏为主,煤层沿倾向发生相对位移,表现出剪涨变形,煤体出现剪切带。

摘要：鉴于煤矿支护设备抗冲击能力差、在冲击地压中易遭受破坏而失效,开发一种结构简单且吸能性能良好的防冲支护装置。对普通方管轴向压缩过程完成数值模拟后,设计折棱管防冲支护装置,并重点研究其板块倾角对其吸能效果的影响。首先,通过有限元数值模拟分析,研究不同板块倾角的防冲支护装置在冲击下的压溃全过程,分析板块倾角对装置吸能效果的影响;其次,将折棱管防冲支护装置与普通方管做吸能性能对比,综合评价折棱管防冲支护装置的优势;最后,结合室内试验,验证折棱管防冲支护装置的最佳板块倾角。结果表明,板块倾角为156°的折棱管防冲支护装置吸能性能最佳。

摘要：针对南阳坡煤矿沿空掘巷围岩稳定性较差的问题,分析了其工程地质条件,在研究沿空巷道围岩应力的分布规律及锚杆支护原理的同时,采用数值模拟的方法,对比分析了无支护和有支护条件下巷道围岩的应力分布、塑性区分布和围岩位移量,验证了以锚杆为主体的沿空巷道支护方法的有效性。以南阳坡煤矿5800沿空巷道为工程背景,设计出该沿空巷道的支护方式为:锚杆+锚索+钢筋网+钢筋梁(W型钢带)+木托盘+煤柱注浆加固,并通过现场监测,进一步验证了该支护方案的现场实际应用效果。应用结果表明,该支护方案的围岩控制效果较好,能够满足安全生产的需要。

摘要：应用端帮采煤机开采工艺回收端帮滞留煤资源过程中,合理地设计支撑煤柱参数,是端帮开采安全、高效进行的前提。基于尖点突变理论,确立了端帮开采支撑煤柱失稳充要条件;建立了采硐顶板-煤柱力学分析模型,基于弹性地基梁理论,研究了煤柱局部失稳后顶板应力、变形空间演化规律,提出了采硐顶板垮落失稳判据,以此作为非均布载荷条件下支撑煤柱失效判据;研究了不同煤柱留设宽度下顶板极限垮落距与煤柱失稳区段长度变化规律,提出了非均布载荷下支撑煤柱参数设计方法。研究结果表明:煤柱失稳的充要条件为分叉集Δ<0;采硐顶板的失稳判据为最大拉应力σtmax大于抗拉强度σtl;煤柱的失效判据为煤柱失稳区段长度lmax大于采硐顶板极限垮落距l2max;设计了山西某露天煤矿端帮开采煤柱宽度最终为3.0 m。

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。

摘要：研究承载输送带压陷阻力能耗机理,可以为设计低能耗、高速度、大运量、大功率输送机提供理论依据。通过对运行中输送带与物料间相互作用机理研究,覆盖层采用三元件固体模型,基于平型托辊上输送带压陷阻力能耗理论,推导出承载输送带通过槽形托辊时压陷阻力及压陷阻力系数计算公式,并结合具体输送机技术参数,利用公式和MATLAB软件对几种主要影响因素进行了分析和探讨,结果表明该公式能够正确反映各种因素对压陷阻力系数的影响,可以通过选配合适的输送带黏弹性参数,并结合调整输送带和输送机的结构参数达到降低输送带压陷阻力的目的。

摘要：为解决防冲支护设备在研发过程中缺少冲击加载试验平台的问题,运用高速液压来实现大吨位冲击加载试验的方法,设计一种能实现静态加载和动态加载的冲击试验机.阐述了冲击试验机的组成及工作原理,设计了阀控液压缸控制系统.应用ABAQUS对冲击试验机的台架进行数值模拟,结果表明,台架在承受100 MPa冲击力时,静载下应力为15.17 MPa,变形为0.86 mm;动载下最大应力为60 MPa,最大变形为2.02 mm,均满足要求.通过冲击试验机对吸能构件进行冲击压缩试验、对锚杆进行冲击拉伸试验,结果表明,冲击试验机能有效完成静载和动载下的冲击试验,冲击试验机能较为真实的模拟支护设备在冲击地压过程中的受力情形.