断层作用下深部开采诱发冲击地压相似试验研究 被引量：43

1

作者 王爱文 潘一山 +4 位作者 李忠华 刘春生 韩荣军 吕祥锋 卢红旗 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第9期2486-2492,共7页

以典型断层型冲击地压矿井为例,采用相似材料模拟试验方法,基于覆岩空间结构失稳与断层活化耦合致灾原理,分析了巨型逆冲断层下盘煤层开采采场覆岩运动过程、工作面倾向支承压力及断层面的应力变化规律,研究了巨型逆冲断层影响下巨厚坚... 以典型断层型冲击地压矿井为例,采用相似材料模拟试验方法,基于覆岩空间结构失稳与断层活化耦合致灾原理,分析了巨型逆冲断层下盘煤层开采采场覆岩运动过程、工作面倾向支承压力及断层面的应力变化规律,研究了巨型逆冲断层影响下巨厚坚硬顶板易冲击煤层冲击地压显现特征。试验结果表明:煤层开采诱发巨型逆冲断层冲击灾变过程分为3阶段:第1阶段,受煤层采动影响,上覆岩层发生空间运动,煤体中形成明显高应力集中区;第2阶段,覆岩多层空间结构演化诱发断层活化,断层活化导致空间结构外部岩体回转,给空间结构施加外部载荷,造成空间结构失稳加剧,煤岩体的应力激增,影响范围扩大;第3阶段,断层滑移释放能量,提供动载荷。根据应力监测数据变化规律,划分了逆冲断层的明显影响区域,研究结果为断层影响下煤层开采的防冲策略与设计提供可靠依据。 展开更多

关键词 巨型逆冲断层 深部煤层 断层活化 冲击灾变 相似试验

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煤矿冲击地压巷道三级支护理论与技术 被引量：70

2

作者 潘一山 齐庆新 +5 位作者 王爱文 肖永惠 陈建强 吕祥锋 徐连满 代连朋 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期1585-1594,共10页

建立了冲击地压巷道“应力-围岩-支护”力学模型,得到了考虑巷道支护作用下冲击地压启动应力条件为远场应力大于临界应力,停止的能量条件为近场围岩吸收能量和支护吸收能量大于远场释放能量。基于巷道围岩与支护体动力响应分析发现,冲... 建立了冲击地压巷道“应力-围岩-支护”力学模型,得到了考虑巷道支护作用下冲击地压启动应力条件为远场应力大于临界应力,停止的能量条件为近场围岩吸收能量和支护吸收能量大于远场释放能量。基于巷道围岩与支护体动力响应分析发现,冲击地压发生过程中围岩阻尼特性、锚固岩体的抗冲击吸能特性及巷内支护体的阻尼及刚度对冲击载荷作用下巷道围岩的稳定性具有重要影响。提出巷道冲击地压防冲支护应从静-动力学两个角度,同时考虑“启动—破坏—停止”全过程。①在冲击启动前,依据冲击启动的应力条件降低煤体应力,减少弹性能积聚,提高支护阻力,增加启动难度;②依据冲击停止的能量条件,在冲击过程中,通过改变煤岩体结构与介质属性,吸收或消耗冲击能;③在冲击应力波传播的末端,通过提高巷内支护结构阻尼吸收剩余冲击能,减弱冲击应力波对巷道支护结构的破坏。提出冲击地压巷道支护结构应具有让压可缩与吸能特性,防冲支护应根据冲击地压能量特性进行分级设计。研发了吸能锚杆索、吸能O型棚、吸能液压支架等吸能支护装备,利用吸能构件的结合及功能互补特性建立了三级吸能支护体系,三级吸能支护系统具有径向让位、环向可缩以及轴向稳定特性,实现了冲击地压巷道三维立体吸能支护。 展开更多

关键词 巷道 冲击地压 启动应力条件 停止能量条件 三级支护

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冲击载荷下块系岩体摆型波传播特性的试验研究 被引量：10

3

作者 贾宝新 陈扬 +3 位作者 潘一山 姜明 赵培 王凯兴 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第11期3071-3076,3192,共7页

摆型波现象是深部开采中块系岩体固有的动力学特征之一。为研究深部块系岩体摆型波传播规律,采用理论分析与室内试验相结合的方法,研究了在冲击载荷作用下摆型波的传播特性。该试验采用12块花岗岩和橡胶夹层材料建立了模型,采用TST5915... 摆型波现象是深部开采中块系岩体固有的动力学特征之一。为研究深部块系岩体摆型波传播规律,采用理论分析与室内试验相结合的方法,研究了在冲击载荷作用下摆型波的传播特性。该试验采用12块花岗岩和橡胶夹层材料建立了模型,采用TST5915动态数据采集系统进行信号监测,分别获得了在均质夹层和部分夹层介质增厚情况下的加速度响应曲线,并运用摆型波动力模型理论进行分析。结果表明,摆型波在块体间传播过程中,频率大小不受能量大小的影响,而能量大小决定了波的衰减时间。当块体间介质黏性增加时,加速度幅值均有所下降,但对加速度衰减周期没有影响,而影响加速度衰减的主要因素是冲击载荷的能量大小。此次试验研究将为今后进一步研究摆型波动力传播特性提供一定的基础。 展开更多

关键词 冲击载荷 块系岩体 摆型波 传播特性

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煤矿冲击地压巷道三级吸能支护的强度计算方法 被引量：17

4

作者 王爱文 潘一山 +5 位作者 齐庆新 徐连满 高明仕 刘金海 代连朋 肖永惠 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第9期3087-3095,共9页

针对冲击危险巷道防冲吸能支护缺乏量化设计方法这一难题,从冲击地压巷道围岩的静-动力学环境与结构特征两方面,开展防冲吸能支护强度计算方法研究。结果表明:由于支护与卸压双重作用,巷道周围形成了以巷内支护层、锚固层、卸压层以及... 针对冲击危险巷道防冲吸能支护缺乏量化设计方法这一难题,从冲击地压巷道围岩的静-动力学环境与结构特征两方面,开展防冲吸能支护强度计算方法研究。结果表明:由于支护与卸压双重作用,巷道周围形成了以巷内支护层、锚固层、卸压层以及原岩层为主的多层圆环结构,各层圆环内的围岩材料性能在巷道围岩径向方向形成典型的梯度结构特征。基于拟静态法,将远场冲击动载荷与围岩静载荷叠加,通过简化锚固层内锚杆(索)支护作用,弱化卸压层内煤岩力学参数,建立了冲击地压巷道围岩梯度结构力学模型。利用梯度结构内多层圆环接触面上的应力计算方法,进行了梯度结构围岩内多层圆环接触面间的受力分析,验证了弱化卸压层内的煤岩力学性能、增加卸压层的结构尺寸、提高锚固层的支护强度,可减小冲击载荷对巷内支护层的作用,提高巷内支护层的抗冲击能力。引入冲击破坏等级系数,建立了吸能防冲支护强度与冲击地压等级间的关系,给出了冲击危险巷道三级吸能防冲支护的强度计算方法,实现了冲击危险巷道吸能防冲支护参数的量化设计。结合某矿具体工程实践,核算了该矿所采用的“锚杆(索)+可缩性36U棚支架+液压抬棚和吸能液压支架”三级吸能防冲支参数最大能够抵抗等级为2级(相当于震源距离巷道100 m,释放108 J能量)的冲击地压。 展开更多

关键词 巷道 冲击地压 三级吸能支护 强度计算 围岩梯度结构

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轴裂式构件变形吸能特性研究及工程应用初探 被引量：6

5

作者 代连朋 潘一山 王爱文 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第7期1682-1690,共9页

为使锚杆适应深埋巷道围岩大变形,有效防治巷道冲击地压灾害,设计了一种适用于锚杆的轴裂式防冲吸能构件。通过理论分析与室内试验,研究了轴裂式吸能构件的变形特性、吸能效果等;探讨构件在锚杆中的应用方式与工作原理,初探了其工程试... 为使锚杆适应深埋巷道围岩大变形,有效防治巷道冲击地压灾害,设计了一种适用于锚杆的轴裂式防冲吸能构件。通过理论分析与室内试验,研究了轴裂式吸能构件的变形特性、吸能效果等;探讨构件在锚杆中的应用方式与工作原理,初探了其工程试验效果。研究表明,轴裂式吸能构件撕裂变形稳定,形成"螺旋式"扩展板条,具有良好的可重复性与可控性;构件吸能作用全程具有"峰值轴力波动吸能段、恒定轴力稳定吸能段"两阶段特性,且吸能构件经过预撕裂加工可消除波动载荷,使恒定轴力稳定吸能行程效率达到100%;采用内径26 mm、壁厚4 mm,预制导裂切线4或6条的吸能构件,其恒定轴力达到111.8~143.1 k N,相应吸能量达5.77~8.93 k J,构件恒定载荷值及其吸能量的试验结果与理论分析结果相符合。现场试验表明,轴裂式构件能较好地启动劈裂,实现让压耗能。 展开更多

关键词 冲击地压 锚杆支护 吸能防冲 轴裂式构件 金属圆管

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基于临界应力指数法巷道冲击地压危险性评价 被引量：16

6

作者 王爱文 王岗 +4 位作者 代连朋 陈建强 施天威 吕祥锋 蔡荣宦 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期1626-1634,共9页

冲击危险性评价的目的是确定待采掘区域的冲击地压危险等级及范围,是冲击地压防治工作的基础。建立了“应力-围岩-支护”巷道冲击地压力学模型,发现了巷道冲击地压发生的临界应力、临界阻力区深度与煤体单轴抗压强度、巷道支护强度、巷... 冲击危险性评价的目的是确定待采掘区域的冲击地压危险等级及范围,是冲击地压防治工作的基础。建立了“应力-围岩-支护”巷道冲击地压力学模型,发现了巷道冲击地压发生的临界应力、临界阻力区深度与煤体单轴抗压强度、巷道支护强度、巷道几何参数以及冲击能指数4者之间的内在关系。冲击能指数直接影响巷道围岩系统结构失稳的临界应力与临界阻力区的大小,阻力区深度增加导致冲击地压发生的临界载荷增加,实际阻力区深度与应力环境是影响冲击地压发生的重要因素。给出了考虑了煤体的实际应力环境、煤体冲击倾向性、巷道结构属性及实际围岩状态4个因素的临界应力指数计算方法。提出采用临界应力指数评价巷道冲击地压危险性的方法,将相似条件下已经发生过冲击地压区域的临界应力指数,作为待评价区域的冲击地压发生指标Kfcr,把临界应力指数在[0,Kfcr]区间以0.25Kfcr为间隔,划分为4个数值区间,由低到高分别对应无冲击危险、弱冲击危险、中等冲击危险和强冲击危险4个危险等级,依据临界应力指数在4个区间的分布情况判定待评价区域的危险等级。以某矿303工作面实际工程为案例,介绍了包含10个步骤的冲击危险性评价流程,评价结果表明:该工作面存在中等冲击危险区域5个,强冲击危险区域7个。钻屑法监测数据表明评价结果与现场实际相符。与综合指数法评价结果相比,临界应力指数法的评价结果更趋于量化。 展开更多

关键词 巷道 冲击地压 支护 临界应力指数 冲击危险性评价

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基于能量计算的冲击地压巷道三级吸能支护参数确定 被引量：10

7

作者 王爱文 范德威 +4 位作者 潘一山 代连朋 肖永惠 徐连满 陈建强 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期72-81,共10页

煤矿冲击地压的工程治理主要集中体现在冲击地压启动前的"防"与冲击启动后的"止",而如何依据冲击类型及能量特征设计吸能支护参数,有效地"止冲"对削弱冲击破坏程度具有重要意义。为实现冲击地压巷道吸能... 煤矿冲击地压的工程治理主要集中体现在冲击地压启动前的"防"与冲击启动后的"止",而如何依据冲击类型及能量特征设计吸能支护参数,有效地"止冲"对削弱冲击破坏程度具有重要意义。为实现冲击地压巷道吸能支护参数的量化设计,通过分析不同类型冲击地压释放的能量主体与破坏特征,指出了冲击危险巷道三级吸能支护方式的选择原则;基于能量守恒原理,考虑冲击释放能级、围岩破坏特征以及支护装备力学特性,给出了三级吸能支护参数的确定方法。研究结果表明:煤体压缩型冲击地压释能主体为煤体,释放能量一般不大于10~6J;顶板断裂型冲击地压释能主体为顶底板围岩,坚硬顶板断裂时释放能量不低于10~6J;断层错动型冲击地压释能主体为断层,释放能量在10~7J以上。不同类型冲击地压发生后,巷道围岩表现出不同程度的震动破坏,吸能支护设计应遵循原则:冲击能量分级设防、锚杆锚索主动支护优先、全断面主-被动联合支护、巷道支护结构整体稳定性与经济性。进行防冲支护参数设计时应采用逐次递进法设计吸能锚索、吸能U/O型棚、吸能液压支架的支护参数,当吸能锚索支护间距小于0.8 m时,升级为二级吸能计算,当吸能U/O型棚的排距小于0.6 m时,升级为三级吸能计算。现场实践表明:基于能量法的巷道支护参数可靠,防冲效果显著。 展开更多

关键词 冲击地压 冲击类型 释能主体 三级吸能支护 能量计算

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深部矿井冲击地压、瓦斯突出复合灾害发生机理 被引量：39

8

作者 朱丽媛 潘一山 +1 位作者 李忠华 徐连满 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第11期3042-3050,共9页

为了探索深部矿井冲击地压、瓦斯突出复合灾害机理,为复合灾害的有效监测与防治提供理论基础,通过试验研究和理论研究相结合的研究方法,研究了瓦斯对煤岩体力学性质和冲击倾向性的影响,建立了圆形巷道冲击地压、瓦斯突出复合灾害模型并... 为了探索深部矿井冲击地压、瓦斯突出复合灾害机理,为复合灾害的有效监测与防治提供理论基础,通过试验研究和理论研究相结合的研究方法,研究了瓦斯对煤岩体力学性质和冲击倾向性的影响,建立了圆形巷道冲击地压、瓦斯突出复合灾害模型并进行了解析分析,探讨了冲击地压和煤与瓦斯突出的诱导转化机理。结果表明:随着瓦斯压力的增大,煤岩体强度降低,弹性模量减小,峰值应变减小,冲击倾向性降低;煤岩体应力存在一个临界值,当煤岩体应力超过临界煤岩体应力时,系统失稳发生冲击地压、瓦斯突出复合灾害;冲击地压、瓦斯突出复合灾害的临界煤岩体应力随瓦斯压力的增加而减小,随煤岩体强度的增大而增大,随冲击倾向性的增大呈现先减小后增大的趋势;冲击地压诱导瓦斯突出多发生在煤岩体中存在含气封闭断层等储气构造或煤层底板含有高弹性模量岩层(夹层)等情况,瓦斯突出诱导冲击地压多发生在软硬煤相间、相互包裹的煤层或突出过程中破碎煤岩体的抛出形成较大的空顶面积等情况。 展开更多

关键词 冲击地压 瓦斯突出 复合灾害机理 冲击倾向性 瓦斯压力 煤岩体

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锚杆静-动力学特性及其冲击适用性 被引量：19

9

作者 王爱文 高乾书 +3 位作者 代连朋 潘一山 张建卓 陈建强 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第11期2999-3006,共8页

利用自主研制的静-动加载试验系统开展了等强与非等强螺纹钢锚杆的静力拉伸实验及有无预应力加载的动力冲击实验。结果表明:在静荷载作用下等强与非等强螺纹钢锚杆都经历了"线弹性变形—屈服平台—强化阶段—径缩破坏"的4个阶... 利用自主研制的静-动加载试验系统开展了等强与非等强螺纹钢锚杆的静力拉伸实验及有无预应力加载的动力冲击实验。结果表明:在静荷载作用下等强与非等强螺纹钢锚杆都经历了"线弹性变形—屈服平台—强化阶段—径缩破坏"的4个阶段;冲击加载时锚杆的屈服阶段可划分为瞬态屈服与稳态屈服,瞬态屈服的峰值载荷明显高于稳态屈服载荷,且相同直径条件下与静力加载相比锚杆屈服伸长量减小;当冲击能量低于9 kJ时,锚杆杆体能承受多次冲击扰动,且冲击后能够保证足够的杆体强度,但当冲击能量高于9 kJ时,锚杆抗冲吸能性能显著下降,低能量冲击时非等强螺纹钢锚杆的抵抗能力明显优于等强螺纹钢锚杆;无论从锚杆的动态轴力-位移曲线还是从锚杆的峰值载荷与伸长量上看,预应力对冲击载荷下锚杆的动力响应特征无明显影响,但进行防冲支护时,有必要提高预应力加载水平。 展开更多

关键词 冲击地压 锚杆 静-动力学性能 预应力冲击 冲击适用性

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防冲吸能锚杆(索)的静动态力学特性与现场试验研究 被引量：15

10

作者 王爱文 潘一山 +1 位作者 赵宝友 盛继权 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第7期1292-1301,共10页

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... 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。 展开更多

关键词 冲击危险巷道 吸能支护 吸能锚杆(索) 静动态力学特性 现场试验

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矿山地震监测台站的空间分布研究与应用 被引量：19

11

作者 贾宝新 李国臻 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第12期2045-2048,共4页

为了提高矿山地震定位精度,在分析定位误差产生原因的基础上,研究了矿震监测台站的空间分布,提出了台站空间分布准则。研究表明,定位误差主要来自于随机定位误差和系统偏差。在给定速度模型时,随机误差由地震波到时准确性和震中与观测... 为了提高矿山地震定位精度,在分析定位误差产生原因的基础上,研究了矿震监测台站的空间分布,提出了台站空间分布准则。研究表明,定位误差主要来自于随机定位误差和系统偏差。在给定速度模型时,随机误差由地震波到时准确性和震中与观测站间的几何图形来决定。通过在北京昊华能源有限公司木城涧煤矿的实际应用表明,该方法有效地提高了矿震定位的精度。 展开更多

关键词 矿震 监测台站 空间分布 定位 误差

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煤层钻孔降倾-控变-耗能防冲机制试验研究 被引量：16

12

作者 王爱文 高乾书 潘一山 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期1230-1244,共15页

对预制钻孔试样开展单轴压缩试验,采用声发射(acousticemission,简称AE)及数字图像相关(digitalimage correlation,简称DIC)监测技术探究多列多排布置钻孔试样的力学响应特征,分析钻孔对试样冲击倾向性、变形破坏及能量积聚与释放的影... 对预制钻孔试样开展单轴压缩试验,采用声发射(acousticemission,简称AE)及数字图像相关(digitalimage correlation,简称DIC)监测技术探究多列多排布置钻孔试样的力学响应特征,分析钻孔对试样冲击倾向性、变形破坏及能量积聚与释放的影响规律。试验结果表明:煤层钻孔具有降低煤体冲击倾向、引导和控制煤体变形、增加变形能耗散的作用。(1)钻孔试样的强度较完整试样显著衰减,且随钻孔数增多,应力峰前弹性模量、应力峰值、冲击能量指数逐渐降低,冲击倾向性减弱。钻孔提升了AE事件的活动强度,但降低了高能量事件的占比。(2)钻孔布置方式改变了试样的破裂模式。完整试样由其表面中部形成应变局部化区域,并以该区域为弱面发生最终破裂;单列多排钻孔试样在钻孔上下侧起裂,产生局部化带,并向上下延伸形成宏观裂隙;双列多排钻孔试样在同排钻孔间的岩桥内起裂,然后垂直钻孔间岩桥内的裂隙进一步发育,最终形成纵横及斜交的宏观裂隙。钻孔展现出诱导试样提升垂直钻孔方向变形、约束平行钻孔方向变形、增强垂直方向变形、减小体积变形的空间效应。(3)钻孔能够降低变形能密度增长速率UV及变形能密度峰值Umax,同时延缓破坏时刻变形能的释放速率URV,且钻孔数越多,变形能密度峰值Umax及释放速率URV降低幅值越大。 展开更多

关键词 钻孔卸压 冲击地压 冲击倾向性 变形特征 能量耗散

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预制钻孔煤样冲击倾向性及能量耗散规律 被引量：18

13

作者 王爱文 高乾书 +2 位作者 潘一山 宋义敏 李岚 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期959-972,共14页

基于煤的冲击倾向性测定方法进行预制钻孔煤样单轴加载试验,研究钻孔煤样的冲击倾向性变化规律,引入破碎颗粒分形维数与新增表面积,分析钻孔煤样破碎过程中的能量耗散规律。结果表明:(1)钻孔使试样以剪切劈裂破坏形式转变为在孔洞两侧... 基于煤的冲击倾向性测定方法进行预制钻孔煤样单轴加载试验,研究钻孔煤样的冲击倾向性变化规律,引入破碎颗粒分形维数与新增表面积,分析钻孔煤样破碎过程中的能量耗散规律。结果表明:(1)钻孔使试样以剪切劈裂破坏形式转变为在孔洞两侧孕育、融合裂隙并在岩桥之间产生贯穿裂纹的破坏形式,同时伴随塌孔现象。随钻孔排数增多,钻孔试样呈现出应力峰前塑性损伤逐渐增大,峰值强度降低、积聚弹性能减少,峰后破坏耗时延长、耗能提升的趋势,且单轴抗压强度、冲击能量指数、弹性能量指数均逐渐降低,动态破坏时间显著升高,冲击倾向性逐渐减弱。(2)试样破碎颗粒分形维数与新增表面积具有良好的负相关性:试样破碎程度越低,分形维数越高,新增表面积越小。(3)试样应力峰前能量的输入、耗散与新增表面积无明显关系。峰后能量释放及耗散规律与破碎颗粒新增表面积变化规律一致,新增表面积越大则峰后耗能越多。受加载速率及钻孔布置影响峰后能量差值与新增表面积变化呈"U"形变化趋势。钻孔减缓了试样峰后能量释放与能量耗散速率,且二者降低幅值较为相近,单孔试样降低约17.0%,双孔试样降低约68.3%,三孔试样降低约70.8%。钻孔卸压可以降低峰前积聚的应变能,降低峰后单位时间内释放的能量,使得不易发生动力破坏。 展开更多

关键词 冲击地压 钻孔卸压 分形维数 破碎颗粒表面积 能量耗散规律

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深部残采区域下冲击危险易突出煤层开采的相似模拟试验 被引量：5

14

作者 王爱文 潘一山 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第4期578-584,共7页

针对深部残采区域下伏煤层工作面的安全开采问题,采用相似模拟试验的方法,通过监测残采区域形成过程中及稳定后下伏煤层应力变化情况,分析应力变化规律,根据应力卸压准则确定了残采区域的走向和倾向的卸压角及保护范围。试验结果表明,... 针对深部残采区域下伏煤层工作面的安全开采问题,采用相似模拟试验的方法,通过监测残采区域形成过程中及稳定后下伏煤层应力变化情况,分析应力变化规律,根据应力卸压准则确定了残采区域的走向和倾向的卸压角及保护范围。试验结果表明,残采区域下伏煤层工作面开采过程中上覆岩层运动经历了"正常—剧烈—缓和—剧烈—正常"5个阶段和2次瞬时大面积整体失稳,工作面进风巷位于高应力集中区域内;在工作面走向方向上存在2处危险区域,结合应力观测数据划定了2处危险区域的范围。该研究工作为制定残采区域下伏煤层工作面防冲、防突安全措施提供了可靠的基础数据。 展开更多

关键词 深部开采 残采区域 相似模拟试验 下伏煤层 危险区域

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山西某矿2^(#)煤层锚网支护参数设计优化研究 被引量：1

15

作者 黄勇 孙淼 +6 位作者 王爱文 庄小威 卢盛亮 李钢 王刚 徐宁 司广宏 《煤炭技术》 CAS 北大核心 2023年第5期34-39,共6页

为研究山西某矿回采巷道锚网支护参数最优方案,以该矿井田地质条件为工程背景,采用理论计算和数值模拟方法,并基于锚杆、锚索支护理论计算结果,初步提出3种支护参数,通过数值模拟结果从模拟方案中比选出最优支护方案。研究表明,2^(#)煤... 为研究山西某矿回采巷道锚网支护参数最优方案,以该矿井田地质条件为工程背景,采用理论计算和数值模拟方法,并基于锚杆、锚索支护理论计算结果,初步提出3种支护参数,通过数值模拟结果从模拟方案中比选出最优支护方案。研究表明,2^(#)煤层巷道选用长度为2.1 m,直径φ20 mm的MG335型左旋螺纹钢锚杆且锚杆间排距定为0.9 m。锚索选用长度为7.3 m的7股钢绞线。同时2^(#)煤层巷道掘进后煤帮最大破坏深度为1.15 m,回风和进风巷顶板最大破坏深度分别为1.52 m和1.71 m,选取的锚杆、锚索理论上满足设计要求。通过支护方案优化,可以有效控制围岩稳定性和巷道安全。 展开更多

关键词 锚网支护 数值模拟 支护方案优化 围岩稳定

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吸能防冲锚杆索-围岩耦合振动特征与防冲机理 被引量：18

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作者 王爱文 潘一山 +3 位作者 赵宝友 李忠华 李国臻 代连朋 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第11期2734-2742,共9页

为提高冲击危险巷道防冲支护的有效性,研发了由内置六角管衬里的吸能套筒、端部设有摩擦圆柱的螺纹钢锚杆、钢绞线锚索与锚杆尾部吸能装置组成的吸能锚杆索。将吸能锚杆索中吸能套筒的作用简化为设置在锚杆底部并联的弹簧与阻尼器,建立... 为提高冲击危险巷道防冲支护的有效性,研发了由内置六角管衬里的吸能套筒、端部设有摩擦圆柱的螺纹钢锚杆、钢绞线锚索与锚杆尾部吸能装置组成的吸能锚杆索。将吸能锚杆索中吸能套筒的作用简化为设置在锚杆底部并联的弹簧与阻尼器,建立了吸能锚杆索-围岩在冲击载荷作用下的三维轴对称力学模型。对黏性阻尼围岩中吸能锚杆索与围岩耦合振动时锚杆顶部动力响应进行了解析研究,获得了锚杆顶部的位移阻抗函数的解析表达。结果表明:在相同频率的冲击载荷作用下,锚杆顶部位移振荡幅值随着围岩黏性阻尼、围岩强度、锚固长度以及锚杆底部阻尼的增加而衰减。采用吸能锚杆索支护时,吸能套筒能够吸收一部分作用在锚杆锚固岩体上的冲击能;后注浆全长锚固增强了支护系统抵抗纵向变形的能力;尾部吸能装置能够削减冲击波的发射拉伸作用;支护系统在冲击载荷作用下的稳定性得到显著提高。在此基础上,初步阐述了吸能锚杆索支护系统的"缓冲-抗震-消波"吸能防冲机理。 展开更多

关键词 冲击危险巷道 吸能锚杆索 耦合振动 动力学模型 防冲机理

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非均匀介质条件下矿震震波三维传播模型构建及其应用 被引量：8

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作者 贾宝新 赵培 +2 位作者 姜明 李国臻 王帅 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第2期364-370,共7页

为了研究速度模型对矿震定位误差的影响,基于惠更斯原理建立了矿震波在层状非均匀介质中的三维传播模型,通过现场爆破振动试验,采用矿山微震定位监测系统进行监测。对矿震震波的正演建立了矿震震波传播的三维波动方程,并给出了矿震波在... 为了研究速度模型对矿震定位误差的影响,基于惠更斯原理建立了矿震波在层状非均匀介质中的三维传播模型,通过现场爆破振动试验,采用矿山微震定位监测系统进行监测。对矿震震波的正演建立了矿震震波传播的三维波动方程,并给出了矿震波在介质分界面上传播速度计算公式,由此对经典线性定位方法进行合理改进,使得基于均匀介质的线性定位方法适合于非均匀分层介质。将理论推导结果应用于矿山微震监测定位系统中,进行实际矿震定位计算。试验表明,速度模型对定位的影响较大,运用所建立的三维传播模型应用于矿震定位,有效提高了定位精度。 展开更多

关键词 矿震震波 非均匀介质 三维传播模型 定位

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扩胀-摩擦式吸能防冲锚索及其力学特性 被引量：4

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作者 王爱文 范德威 +2 位作者 潘一山 赵宝友 代连朋 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期695-710,共16页

冲击危险巷道围岩冲击大变形造成锚固支护材料过载失效已成为深部煤矿巷道支护技术中亟待解决的工程难题。针对传统钢绞线锚索难以适应围岩冲击作用而出现的过载拉断问题,基于金属圆管扩胀塑性变形及摩擦耗能原理,研发了一种扩胀-摩擦... 冲击危险巷道围岩冲击大变形造成锚固支护材料过载失效已成为深部煤矿巷道支护技术中亟待解决的工程难题。针对传统钢绞线锚索难以适应围岩冲击作用而出现的过载拉断问题,基于金属圆管扩胀塑性变形及摩擦耗能原理,研发了一种扩胀-摩擦式吸能防冲锚索。采用塑性力学理论开展了吸能防冲锚索吸能原理解析分析,并结合正交模拟试验讨论了吸能装置结构尺寸及材料属性对吸能阻力的影响规律及敏感性,得到了影响吸能防冲锚索吸能阻力的主控因素。研究结果表明:吸能防冲锚索的吸能装置在让位吸能过程中,吸能装置吸能总阻力可分为扩胀变形阻力和滑动摩擦阻力2部分。吸能套管壁厚、膨胀比、屈强比、摩擦因数以及扩径台锥角对扩胀变形阻力、滑动摩擦阻力的影响规律存在显著差异,吸能套管屈强比增加会导致吸能总阻力降低,扩径台锥角越大,降低速度越快;滑动摩擦阻力对吸能套管膨胀比变化较为敏感,而扩胀变形阻力对扩径台锥角变化极为敏感,增大扩径台锥角可迅速降低滑动摩擦阻力,增大扩胀变形阻力,从而改变2者在吸能总阻力中的占比;扩径台锥角相同时滑动摩擦阻力对吸能套管膨胀比的敏感性显著大于扩胀变形阻力;摩擦因数直接影响滑动摩擦阻力,而对扩胀变形阻力没有影响。6因素5水平正交模拟试验结果表明:影响吸能总阻力的因素主次顺序为吸能套管壁厚、扩径台锥角、吸能套管屈强比、挤压圆台高度、吸能套管膨胀比以及摩擦因数,吸能总阻力数值模拟与理论计算结果的相对误差在10%以下,吸能套管壁厚、膨胀比、屈强比、摩擦因数以及扩径台锥角,对吸能总阻力的影响趋势与理论分析基本一致。理论解析、数值模拟与试验结果具有较高的吻合程度,证实了吸能防冲锚索解析模型、数值模型的正确性,可作为吸能防冲锚索结构设计的理论依据。通过调整吸能装置的材料及结构参数,可以实现吸能阻力在300~500 kN的调整,以匹配不同型号钢绞线。 展开更多

关键词 冲击地压 吸能防冲锚索 敏感性分析 正交模拟试验 结构参数

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