【摘 要】
:
冲击地压等动力灾害严重威胁煤矿安全、高效生产。冲击地压发生机理的研究是预测预警及灾害防治的理论基础,刚度理论是最基础的冲击地压机理之一,认为加载系统刚度低于煤柱峰后刚度时易诱发冲击地压。本文围绕采掘作业导致局部矿井刚度降低,当加载系统(围岩)刚度降低至低于煤柱(受载体)刚度,围岩系统中积蓄能量大于煤柱破坏消耗能量,进而诱发煤柱发生应变型冲击地压展开研究。首先,构建不同刚度比组合试样,实现煤样低刚度
论文部分内容阅读
冲击地压等动力灾害严重威胁煤矿安全、高效生产。冲击地压发生机理的研究是预测预警及灾害防治的理论基础,刚度理论是最基础的冲击地压机理之一,认为加载系统刚度低于煤柱峰后刚度时易诱发冲击地压。本文围绕采掘作业导致局部矿井刚度降低,当加载系统(围岩)刚度降低至低于煤柱(受载体)刚度,围岩系统中积蓄能量大于煤柱破坏消耗能量,进而诱发煤柱发生应变型冲击地压展开研究。首先,构建不同刚度比组合试样,实现煤样低刚度加载,量化能量的分区与分类演化、裂隙扩展过程及变形破坏特征,以定量分析加载刚度降低导致受载体破坏程度加剧的机理。然后,采用数值模拟方法分析局部矿井刚度随采掘作业演化过程,并与现场实测地音及微震数据对比,从局部矿井刚度角度分析冲击地压发生机理。最后,通过煤体峰后特征影响因素分析,总结煤矿防冲技术手段,选择大直径钻孔技术防冲典型案例进行工业性试验,验证该技术方案防冲效果。(1)通过岩石力学实验及数值模拟验证定量评价并验证了加载刚度降低导致受载体破坏程度加剧的过程。构建不同刚度比组合试样,定量分析煤样裂隙扩展过程及破坏特征,发现随垫块刚度降低,煤样破坏后裂隙总量、远场碎屑质量占比及碎屑弹射速度、动量、动能呈增大趋势,但增长速率逐渐降低;碎屑平均粒径随加载刚度降低而加速减小。表明随加载刚度降低,煤样破坏剧烈程度增加,且加载刚度较高时,降低加载刚度对受载体破坏特征影响不明显,当加载刚度降低至接近甚至低于受载体刚度后,受载体破坏剧烈程度显著增加。(2)揭示低刚度加载加剧煤样破坏剧烈程度的机理。组合试样破坏前,垫块与煤样均发生压缩变形,进而积累弹性应变能。由于煤样极限抗压强度低于垫块,而先于垫块发生破坏,煤样破坏为垫块回弹变形释放空间,垫块中积累弹性应变能随回弹对煤样做功。随垫块弹性模量降低,峰值载荷时刻施载体变形量增加,积累弹性能量增多,回弹过程对煤样做功越多,煤样破坏越剧烈。(3)探究局部矿井刚度随采掘推进的时空演化规律及诱冲机理。局部矿井刚度LMS随采掘作业呈降低趋势,LMS变化幅度与采出空间尺寸正相关,与其距作业空间距离负相关。对比分析随工作面推进LMS演化与现场地音及微震数据,当工作面距离研究区域较远时,LMS处于较高水平,地音和微震能量在较低量级周期性波动;当工作面靠近研究区域时,LMS迅速降低,地音能量处于较高水平;当LMS降低至最小值时,地音和微震能量激增至最大值,现场发生冲击,三者良好的对应关系表明煤层回采导致LMS降低,煤层及其顶底板系统中能量随局部矿井刚度降低而快速积累,在煤柱承载能力降低时迅速释放,致使其发生冲击破坏。(4)提出煤冲击倾向性综合评价定量评价指标,并验证其评价结果的合理性。分析单轴压缩过程中能量演化规律,发现任一时刻试件中弹性能量积累与其应力的平方呈正比,基于此修正峰值强度时刻弹性应变能密度积累量计算方法,提出综合考虑试件峰值强度、弹性能量积累能力、破坏过程能量耗散及破坏时间的冲击倾向性评价指标——有效弹性能释放速率指数,并与试样破坏特征相比较,验证其评价结果的合理性。(5)明晰煤体峰后特征影响因素并提出针对性防冲技术手段。基于峰后降模量M及峰后能量密度U定量评价煤在单轴载荷下的峰后特征,采用颗粒流数值分析软件构建SRM数值模型,探究煤样基质力学性质、结构弱面特征、测试煤样尺寸及加载条件对峰后特征影响,发现PBM模型弹性模量、SJM模型DFN裂隙网格密度、模型高径比及加载速率对峰后特征影响显著。根据煤体基质力学参数、结构面特征、模型尺寸及加载速率等可控因素对峰后特征影响趋势,可从弱化煤体力学性质、增加煤体中结构弱面数量、降低煤柱宽度、优化采掘布置及降低开采强度4个角度制定技术可靠、经济实用的煤矿防冲技术措施。选择大直径钻孔防冲技术作为典型案例进行工业性试验,并验证该技术方案的防冲效果。
其他文献
以液压型风力发电机组的上位监控系统为研究对象,针对上位监控系统与下位机的通信问题,结合EtherNet/IP通信原理,提出一种基于CIP协议的液压型风力发电机组上位监控系统通信方法,并通过Microsoft Visual Studio开发环境,采用C#语言实现上位监控系统的通信。测试结果表明:采用基于CIP协议的通信方法能够实现液压型风力发电机组上位监控系统的通信,并独立于其他任何通信软件;与上位
无隔水管取样钻柱和钻井隔水管作为深海油、气和天然气水合物等资源勘探钻井过程中连接海底井口和顶部浮体的关键设备,在复杂海洋环境中静态性能和动态响应比较复杂。静态性能直接关系到钻柱和隔水管强度和刚度是否满足要求,同时也是隔水管动态性能分析的基础,而动态响应对隔水管疲劳使用寿命具有重要影响。立管在服役中一旦发生破坏,不但产生巨大经济损失,而且对环境产生较大污染。因此,准确掌握复杂载荷作用下静态性能和动态
在煤矿井下生产过程中,煤岩界面的预先、精准识别对无人化采煤和钻孔地质导向具有重要意义,是实现煤矿智能化开采的关键技术之一。现有煤矿井下物探和钻孔测量方法对煤岩界面探测精度较低,无法满足采掘工作面数字化模型构建精度的需要。方位电磁波探测仪器具有方位分辨能力和较大探测深度,对煤岩界面探测有较大应用潜力。由于测量环境不同,现有的油田商用测井仪器无法直接用于煤矿井下顺煤层钻孔测量,因此,开展适用于煤矿井下
我国甲醛行业由于前期快速发展形成了“产能过剩、竞争激烈、效益低下”的行业现状。针对以上问题,将过剩、廉价的甲醛资源转化为高附加值化学品,扩展甲醛下游产业链,成为甲醛行业重点研究方向。本论文主要围绕甲醛制备高附加值精细化学品1,3-二羟基丙酮(DHA)、缩甲醛醚及其衍生物展开,分为两条路线,第一条为甲醛缩合制备1,3-二羟基丙酮及衍生物乳酸酯;第二条为甲醛缩合制备缩甲醛醚衍生物二乙醇缩甲醛和缩甲醛醚
近年来,随着经济的发展及人们生活质量的提高,对于绿色环保的重视程度不断加强,国家出台了系列规定来促进生态环境的保护,人们对于绿色环保的意识也不断增强。因此,设计师在进行环境艺术设计的过程中,不仅仅要遵循最基础的设计规范与要求,而且更要重视绿色设计思想在环境艺术设计中的应用,从而让人们的生活、居住环境得以保障,实现人与自然共生。基于此,本文将首先阐述绿色设计思想的涵义及设计原则,并提出基于绿色设计的
为满足日益增长的低碳烯烃需求并实现低碳烷烃的高附加值利用,低碳烷烃脱氢制烯烃技术正受到越来越多的关注。低碳烷烃脱氢工艺的核心是高效催化剂的使用,目前工业上使用的Pt系催化剂不仅价格昂贵,且在反应过程中易烧结、对原料适应性差;而Cr系催化剂毒性大、易失活。因此,开发一种脱氢性能优异、价格低廉、环境友好的新型脱氢催化剂至关重要。V相较于Pt和Cr其价格低廉、环境污染小,但其活性和选择性能有待提升。本论
采用GC/MS与GC分析手段分析春、夏季炒青绿茶与不同级别炒青绿茶的香气浓缩物,结果表明:春、夏季炒青绿茶香气的差异与不同级别炒青绿茶香气的差异在于花香成分与酯类化合物含量的差异,因此它们可能是炒青绿茶的香气特征性化合物,并且,香气成分形成与加工条件有一定的关系。
液雾燃烧广泛应用于工业、后勤保障和应急救援等领域。在高原地区,低气压环境对水平喷雾火焰结构的影响及其变化机制尚未明确。研究低压环境下的喷雾燃烧问题不仅能丰富两相流燃烧理论体系,而且对高原加热技术的工程应用有重要指导意义。本文以水平喷雾燃油燃烧器为研究对象,采用理论分析、实验研究和数值计算相结合的方法,对低气压环境下水平射流柴油喷雾燃烧机制及火焰结构变化规律进行了研究。首先,不考虑燃料的雾化蒸发过程
煤炭是我国能源消费的基石,其中80%以上被直接燃烧,加工转化水平低且严重污染环境。与此同时,近年来我国石油对外依存度已超过70%。煤炭液化和重油加工等技术已成为国家能源战略技术储备和产能储备的迫切需要,对于保障国家能源安全、保护生态环境、国民经济社会可持续发展具有重要意义。煤/重油加氢共炼工艺是煤炭直接液化与重油加氢轻质化的结合,高性能分散型催化剂的开发是其中的关键技术。因此,在煤/重油加氢共炼反
高丰度稀土Ce部分取代长期价格居高和供应不足的Pr/Nd,制备高性价比的含Ce永磁材料,已实现商业化量产。然而Ce取代Pr/Nd会降低2:14:1主相的内禀性能,导致制备的含Ce磁体应用领域受限,因而如何提高Ce元素的替代量及提高含Ce磁体的服役性能成为了国内外研究的热点。本文采用熔体快淬的纳米晶磁体制备技术,以北方稀土矿冶炼生产的混合稀土(MM)为基础,人工调配混合稀土中La/Ce比例,获得了高