数字图像相关法在相似材料模拟试验中的应用

利用相似材料模拟试验研究印度某矿长壁开采采场厚硬顶板的破断规律,针对试验中传统的位移测量法的不足,引入了数字图像相关法。通过恰当布设模型、合理控制光照强度,实时用高分辨率数码相机拍摄模型在开采过程中的表面变形图像,借用数字照相图像分析与结果可视化应用软件系统GeoDPDM对序列照片进行相关性分析,得到了开采过程中上覆岩层变形的位移场和应变场。将分析结果与传统测量方法所得结果对比,得到两种方法具有较高的一致性,并将测试精度提高到0.6mm/pixel,成功实现了大范围模型变形的全场、非接触式测量。     

不同压实矸石充填体置换``三下''煤柱的岩层移动规律

为了分析不同压实矸石的充填体置换``三下'煤柱所引起的岩层移动及稳定性等问题, 采用弹簧原理和弹塑性理论分析了上覆岩层和矸石充填支撑体的压缩机理, 并推导了矸石充 填体的初期压缩量; 根据充填体的压实原理、岩层力学及相关理论, 推导了不同矸石充填体 压实度所对应的压缩值及等价采高的解析式; 结合工程实例, 采用理论计算和数值模拟方法 分析了不同矸石充填体置换煤柱所对应的上覆岩层移动规律. 结果表明, 随着充填体压实度 的减小, 二次岩层移动所引起的顶板下沉值和等价采高都是不断增大的, 而当孔隙比达到 0.55左右, 所得到的等价采高$H_{e}$增长速度更加灵敏, 并且最大侧向位移增加趋势明显 加快.     

高瓦斯综采面顶板覆岩卸压抽放瓦斯试验研究

针对我国高瓦斯低透气性煤层瓦斯预抽效果差的特点，在分析煤炭回采过程中顶板覆岩卸压移动规律基础上，提出了利用采动煤层顶板覆岩卸压裂隙发育特征，实施覆岩卸压区走向长钻孔抽放瓦斯。实践证明，顶板走向长钻孔覆岩卸压瓦斯抽放是解决低透气煤层瓦斯抽放率低的有效方法，回采面的瓦斯抽放率在20％以上；分析了顶板覆岩结构及关键层层位对覆岩移动规律的影响，给出了顶板走向长钻孔卸压抽放的合理布置区域。     

散斑图像相关数字技术原理及应用

研究图像处理技术在散斑测量中的应用，提出了一种散斑图像相关数字技术，该方法引进了亚像素技术，采用重心算法计算特征斑的重心，避免了数字散斑相关法计算相关系数的繁复过程；应用位移和应变的有关公式，可以获得物体变形实验曲线，实验结果表明，该方法在工程实际现场、振动过程以及变形测量的自动化等方面有着广泛的应用潜力，从而为光测力学拓展应用领域、实现自动化测量展现了新的前景。     

多煤层开采覆岩破断过程的模型试验与数值模拟

首先分析了研究区煤矿山西组煤层剖面和水文地质特征,针对多煤层联合开采的特点和覆岩的工程地质特征,采用工程地质力学模型实验、数值模拟计算相结合的综合研究方法,分析了多煤层开采的采动影响及岩层动态断裂机理,得出了有关岩层移动参数和多层煤同采时应力分布状态,计算得到了多煤层开采垮落带与导水裂隙带的发育高度分别为32m和81.5m,导水裂隙带高度影响范围已经达到风化带,未形成切冒,局部穿透粘土层。     

潞安矿区综放与分层开采岩层移动的相似材料模拟试验研究

本文根据相似理论,对潞安矿区综放与分层开采岩层与地表移动规律进行了相似材料模拟试验研究,获得了岩层与地表移动参数,对指导潞安矿区减小采动损害及保护煤柱留设具有实际应用价值。     

深部煤岩体保护层开采上覆岩层应力释放与转移特征的实验研究

煤层群保护层合理开采及了解其上覆岩层应力释放和转移特征是考察保护层开采效果的重要途径。对煤层群保护层开采卸压机制进行了分析,得出间隔保护层开采卸压方式可使上、下被保护层双向卸压重叠(即保护层开采上、下双向应力释放,开采影响范围相互叠加),煤层卸压效果较好。采用相似材料模拟和数值计算相结合的研究方法,对煤层群保护层开采卸压过程进行研究,分析保护层开采上覆岩层及被保护层应力释放与转移特征。研究结果表明,应力的积聚、释放和转移过程也伴随着岩层的变形,应力呈现出"增加-减小-再增大-再降低-平稳"过程,其变形呈现出"增加-急剧减小-再增加-平稳"的过程;相似模拟实验结果与数值计算结果具有较好的一致性,说明间隔保护层开采卸压方式可使上、下被保护层双向卸压重叠,是煤层群开采中较合理的卸压方式。     

松软煤层综放面顶底板采动应力分布规律研究

以某矿综放采场为背景,通过现场实测、相似材料模拟等手段,研究了松软煤层综放开采中液压支架受力状态、两巷单体支柱受力特征和顶底板的采动应力分布规律,结果表明液压支架在工作面不同位置受力状态不同,处于中部位置的支架受力最大,同一支架前立柱受力大于后立柱;风巷围岩应力大于机巷围岩应力,两巷的超前采动应力峰值位置在工作面前3～11m;顶板岩层同一层位中采动应力分布随工作面的距离不同而不同;不同层位应力分布也不同,离煤层越近的岩层中应力集中系数越大;底板岩层在工作面前方6m左右处应力达到最大,在工作面处应力为零。该研究结果有效地指导了该矿井同一煤层综放面巷道布置、两巷支护及工作面顶板管理。     

应用数字散斑相关技术研究缺口根部高温疲劳变形

应用数字散斑相关技术研究了耐热合金试件在450°环境中缺口根部的弹塑性变形及其与疲劳循环次数的相关性。疲劳试验在单边带缺口的拉伸板状试件上进行。试件由耐热合金GH4169材料制成，试件表面预先通过离子溅射法制作了离散的金粒散斑图。试验采用逐级循环加载和疲劳循环加载交替的方式进行。首先进行逐级循环加载，将最大载荷Pmax平均分成8级，由0逐级加载至最大载荷，再由最大载荷逐级卸载至0；同时由图像系统半自动地、连续同步地采集系列散斑图。然后按0→Pmax→0加载方式，连续进行250次疲劳循环加载。逐级循环加载和疲劳循环加载不断交替，直至疲劳断裂。利用数字散斑相关技术计算出缺口根部的弹塑性应变，进而求出缺口根部应变、名义迟滞回线面积及斜率与疲劳循环次擞的相关性。试验结果对于耐热合金材料的疲劳寿命研究很有意义。     

红层与煤系复合结构覆岩采动破坏分析及其应用

许多矿区煤层采动影响范围内的覆岩层由红层和煤层共同构成。本文研究了山东省太平煤矿东区二叠系 3号煤层覆岩破坏和防水煤柱留设的问题 ,在对上覆第四系水文地质条件分析的基础上 ,对红层和煤系复合结构覆岩的工程地质特征和破坏状况进行了分析 ,确定了合理的防水煤岩柱高度 ,并经过开采验证 ,避免了水害发生.     

A SURFACE SUBSIDENCE MODEL OF COAL SEAM MINING IN MOUNTAIN AREA BASED ON PLATE BENDING DEFORMATION1)

分析了长壁工作面采煤上覆岩层破坏、移动的 “三带” 理论,认为地表的下沉变形受控于弯曲下沉带,且地表的最大下沉量远小于弯曲带岩层的厚度,弯曲带岩层的变形符合板的小挠度弯曲问题。在此基础上,根据山区地形地貌的特征及山体坡向与煤层倾向的关系,将地表山体简化为顺向坡、反向坡、沟槽、山岭四种情况,用薄板理论中的半逆解法分别建立了四种地貌情形下的地表下沉盆地模型。模型虽然作了一些简化假设,但体现了煤层倾角、埋深、岩层物理力学性质、地貌形状等影响开采沉陷的主要因素。     

Numerical analysis of the effects induced by normal faults and dip angles on rock bursts

The study of mining effects under the influences of a normal fault and its dip angle is significant for the prediction and prevention of rock bursts. Based on the geological conditions of panel 2301N in a coalmine, the evolution laws of the strata behaviors of the working face affected by a fault and the instability of the fault induced by mining operations with the working face of the footwall and hanging wall advancing towards a normal fault are studied using UDEC numerical simulation. The mechanism that induces rock burst is revealed, and the influence characteristics of the fault dip angle are analyzed. The results of the numerical simulation are verified by conducting a case study regarding the microseismic events. The results of this study serve as a reference for the prediction of rock bursts and their classification into hazardous areas under similar conditions.     

Monte Carlo Simulation and Well Testing Applied in Evaluating Reservoir Properties in a Deforming Longwall Overburden

During longwall mining, the intact strata start to deform and fracture as the mining face progresses. Gob gas ventholes (GGVs) are drilled from the surface over a longwall panel before mining to capture methane from the fractured zone. Due to fracturing and bedding-plane separations, reservoir properties change extensively. This poses a major problem for venthole designers and methane control engineers and may become a safety and health concern for underground work force due to unexpected methane emissions: it is difficult to predict the location of major strata separations and their temporal magnitudes to best locate the ventholes. Measurements obtained at different times during longwall mining may not be helpful for this purpose as strata deformation is a dynamic process and the results from different tests may not be lumped together to analyze the data collectively. This article uses a combination of Monte Carlo (MC) simulation and well testing methods to analyze multiple data sets obtained from a GGV at different longwall face locations. The aim was to determine the magnitude of average strata separation before conducting well test analyses to determine the properties of a deformed reservoir. MC simulation was used to process cross-correlated and uncertain data distributions obtained from measurements to generate a set of normally distributed values for each data type. These values were further used to project the amount of strata separation to the timing of well test. Finally, well-test analyses were used to interpret test data and to evaluate reservoir properties.     

采动岩体的流变与控制技术

指出采矿工程中岩体的稳定性研究焦点是破裂岩体的流变与控制技术,这给固体流变学研究带来严峻挑战和发展良机,本文较为全面地 采矿工程中巷道围岩变形,采场覆岩运动,岩层移动与围岩突出中的流变现象,以及与之相应的传统理论与控制技术,并为岩石流变学研究指出了新的发展方向。     

氧乙炔焰喷焊挺杆抗点蚀性能的试验研究

作者以45号钢为基材,对其施行表面喷焊覆层强化处理的工艺,试验研究了氧乙炔焰喷焊斯太尔挺杆与国产斯太尔凸轮配副的抗点蚀性能。结果表明,在相同工况下,氧乙炔焰喷焊挺杆的优点蚀寿命比212堆焊合金铸铁挺杆的长一倍,比按国外原图纸工艺要求试制的20Cr气体软氮化斯太尔挺杆的长4培。文章还就喷焊挺杆的点蚀失效机理、挺杆表面喷焊覆层的抗点蚀性能和喷焊工艺对挺杆抗点蚀性能的影响等进行了比较系统而深入的分析和讨论,指出这种喷焊上艺可以应用于斯太尔挺杆的国产化批量生产。     

大跨度采空影响顺倾构造山体侧向变动的复合机理

采空区地表山体侧向变动,不同于一般天然山坡,也与采空区一般上覆岩层的变形破坏有异;它是二者复合机理的效应。本文在分析考察了毗邻电厂的横山顺倾构造山体,剖析了地下采空情况后认为,山体侧向变动中,软弱夹层有决定性作用;变动范围、速率与规模,与地下采空有关。从而又利用地质力学模型试验和数值模拟,探索了采动引起山体应力场及变动规律。结果表明,山体岩层的变形、位移、破坏,由直接顶板向地表发展;采空坍陷诱发了软弱夹层的蠕滑,则产生山体侧向滑移;电厂区地表隆起变形是山体侧向滑移挤压地基土的反映。通过现场实际调究、变形观测资料分析与数值模拟和模型试验的对比研究,提出了“坍落拱梁”的成生效应、挤压蠕滑效应、失稳效应;揭露了顺倾构造山体在采空影响下,具有地表、地下的“复合临空面”的“复合应力场”中“复合变动”的“复合机理”;并提出这种山体侧向变动机理的典型地质模式,借以论证山体稳定性。     

采动影响下井筒壁后岩体空间附加应力变化规律

本文较为详细地介绍了某矿井筒应力观测情况。得出了井筒壁后岩体空间附加应力随工作面推进的变化规律。观测结果表明 :井筒上部壁后岩体在铅垂方向上受张应力影响 ,而井筒底部壁后岩体应力的大小和性质与工作面的布置方式、开采顺序以及井筒与工作面的相对位置有关。     

上覆岩层组合运动的力学解析特征研究

运用弹性薄板理论和复合材料力学的层合板理论,讨论了在覆岩运动中起决定作用的组合关键层的应力,为计算组合关键层的整体强度提供了途径;并且从控制开采沉陷工程实际入手,将结构塑性极限分析理论运用于组合关键层的失稳最大荷载计算,解析得出了充分采动情况下关键层塑性极限荷载的表达式,从另一个角度得到了一种判别关键层位置的新方法,为实施离层带注浆减沉提供参考。