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高地应力条件下高压空气爆破卸压增透技术实验研究 被引量：29
1
作者 吕进国 李守国 +2 位作者 赵洪瑞 谯永刚 唐治 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期1115-1128,共14页
为探索高地应力条件下的非常规卸压增透技术,研究了深部矿井高压空气爆破卸压机理,分析了地面与井下气爆致裂煤体的差异性,构建了高地应力条件下高压空气爆破卸压范围的理论计算模型,以丁集煤矿为工程背景,理论计算了气爆致裂煤体的卸... 为探索高地应力条件下的非常规卸压增透技术,研究了深部矿井高压空气爆破卸压机理,分析了地面与井下气爆致裂煤体的差异性,构建了高地应力条件下高压空气爆破卸压范围的理论计算模型,以丁集煤矿为工程背景,理论计算了气爆致裂煤体的卸压范围;详细介绍了高压空气爆破技术与装备,开展了高压空气爆破的地面实验,得到了有、无位移约束2种条件下混凝土试件气爆破坏效果与破坏特征,分析了气爆压缩波反射作用对试件的破坏影响作用;开展了丁集矿的井下现场试验,研究了气爆卸压增透效果,分析了气爆前后钻孔瓦斯流量、瓦斯抽采量、衰减系数与透气性系数的变化特征,结合以往经验类比与理论计算,得到了气爆后卸压增透的最佳范围。研究结果表明:在气爆压力达到60 MPa左右时,有、无位移约束的混凝土试件破坏程度很高,主要呈现出径向断裂特征;在淮南丁集煤矿气爆后的煤层钻孔瓦斯流量是无气爆的6～8倍,瓦斯抽采量是气爆前的4～7倍,透气性系数是未气爆的5～1 050倍,衰减系数是未气爆的0.4倍,气爆的最佳卸压增透半径不超过2 m;首次气爆使爆孔周围煤体的力学性质得到弱化,相当于爆孔周围发生了卸荷效应,在二次气爆与高地应力共同作用下形成了较大的松动破坏范围,从而达到卸压增透目的。 展开更多
关键词 高压空气爆破 卸压增透 高地应力 钻孔瓦斯流量 瓦斯抽采量 透气性系数
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采动影响下坚硬岩桥型断层活化与储能演变规律
2
作者 吕进国 韩文鹤 +3 位作者 张学朋 彭意胜 潘一山 代连朋 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期902-916,共15页
断层阻滑结构的存在会改变断层能量积聚与滑移行为规律,导致断层活化失稳机理与以往存在较大差异。为研究采动影响下坚硬岩桥型断层活化及储能的演化规律,理论分析了含坚硬岩桥型阻滑结构的断层活化条件;采用物理模拟试验方法,研究了开... 断层阻滑结构的存在会改变断层能量积聚与滑移行为规律,导致断层活化失稳机理与以往存在较大差异。为研究采动影响下坚硬岩桥型断层活化及储能的演化规律,理论分析了含坚硬岩桥型阻滑结构的断层活化条件;采用物理模拟试验方法,研究了开采扰动下含坚硬岩桥断层的滑移规律,分析了含坚硬岩桥与无阻滑结构的断层活化差异特征,研究了工作面回采过程中含坚硬岩桥与无阻滑结构的断层带正、剪应力变化特征;采用数值模拟方法,研究了临近断层开采过程中含坚硬岩桥与无阻滑结构的断层带应力分布与能量积聚规律。研究结果表明:开采扰动下含坚硬岩桥的断层呈现了更强的非均匀性滑移,但断层的滑移量明显减小,活化程度降低,坚硬岩桥可增加断层的稳定性,其稳定性的提高主要体现在断层面黏聚力的增加;靠近工作面的坚硬岩桥应力集中程度最高,最易发生剪切破坏,但在一定程度上坚硬岩桥会分散应力集中带;对于无阻滑的断层带,其弹性应变能密度随靠近断层开采而逐步增高,但增加幅度有限,且弹性应变能密度峰值始终呈现在工作面前方区域;而坚硬岩桥的存在改变了断层带能量的分布规律,其应变能密度峰值主要聚集在坚硬岩桥与断层带接触处位置。越靠近岩桥的断层带,其滑移挤压程度越高,能量积聚程度也越高;含坚硬岩桥的断层能量积聚程度远大于无阻滑结构断层,阻滑结构可大幅度提升断层带储能潜力。 展开更多
关键词 阻滑结构 坚硬岩桥 应变能 断层活化 失稳破坏
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自移式吸能防冲巷道超前支架设计与研究 被引量：20
3
作者 唐治 潘一山 +1 位作者 朱小景 崔乃鑫 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期1032-1037,共6页
为提高支架抗冲击性能,有效防治巷道冲击地压,针对冲击地压矿井,从防冲角度创新设计了自移式吸能防冲巷道超前支架。支架可调节支护宽度,采用前推后拉实现自动移架,顶梁安装薄壁六边形吸能防冲构件,立柱安装扩径式吸能防冲构件,支架具... 为提高支架抗冲击性能,有效防治巷道冲击地压,针对冲击地压矿井,从防冲角度创新设计了自移式吸能防冲巷道超前支架。支架可调节支护宽度,采用前推后拉实现自动移架,顶梁安装薄壁六边形吸能防冲构件,立柱安装扩径式吸能防冲构件,支架具有吸能让位防冲功能。采用吸能防冲支架支护巷道,将形成"围岩—吸能支护"系统,冲击地压发生时,一是吸能防冲构件通过塑性变形直接耗散围岩冲击能;二是吸能防冲构件让位空间给煤岩提供了一定的能量释放空间,间接耗散围岩冲击能;三是构件恒力变形阶段改善了支架受冲击载荷时的受力情况,也为液压阀开启提供了时间,有效提高了支架抗冲性能;四是支架吸能让位过程中,支架与围岩自调节后又形成新的"围岩—支护"系统,有利于巷道稳定。吸能防冲支架具有较高的支护强度和较强的抗冲击载荷能力,为防治巷道冲击地压提供一种新型支架。 展开更多
关键词 冲击地压 吸能防冲巷道支架 吸能防冲构件 自移式
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防冲支架的核心吸能构件设计与吸能性能研究 被引量：30
4
作者 马箫 潘一山 +1 位作者 张建卓 肖永惠 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期1171-1178,共8页
为了解决巷道液压支架在冲击地压发生时结构失效以及立柱折损的问题,设计了一种能够快速变形让位、吸收冲击能的构件,用于门式吸能防冲液压支架中,从而保护液压立柱不损坏并且支架结构不失效。对吸能构件的构型进行设计并且研究了其吸... 为了解决巷道液压支架在冲击地压发生时结构失效以及立柱折损的问题,设计了一种能够快速变形让位、吸收冲击能的构件,用于门式吸能防冲液压支架中,从而保护液压立柱不损坏并且支架结构不失效。对吸能构件的构型进行设计并且研究了其吸能性能。首先,基于门式吸能液压支架的防冲功能提出吸能构件在承载力、反力变化、吸能方式、吸能量以及稳定性5个方面的性能要求。然后对吸能构件的构型设计及其吸能原理进行了详细论述,并结合数值模拟对构件的屈曲吸能机理进行了分析。最后通过室内实验,研究了1∶1吸能构件的力学性能,实验结果表明:吸能构件承载力均值为2 428 kN;后屈曲反力变化相对比较平稳;压缩量达50%时吸能量均值为357 kJ;吸收能量都转化为构件不可恢复的变形能;屈曲过程稳定且与数值模拟结果非常接近。 展开更多
关键词 冲击地压 防冲支护 吸能防冲支架 吸能构件
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六边薄壁构件径向压缩下的吸能防冲特性分析 被引量：14
5
作者 唐治 潘一山 +1 位作者 朱小景 崔乃鑫 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2016年第11期56-61,共6页
为增强巷道超前液压支架抵抗冲击能力,有效支护巷道,防止煤矿冲击地压灾害发生,设计一种六边薄壁吸能防冲构件安装在支架顶梁上方来提高支架抵抗冲击能力。对构件的吸能防冲特性进行数值模拟计算,结果表明:径向压缩下六边薄壁吸能防冲... 为增强巷道超前液压支架抵抗冲击能力,有效支护巷道,防止煤矿冲击地压灾害发生,设计一种六边薄壁吸能防冲构件安装在支架顶梁上方来提高支架抵抗冲击能力。对构件的吸能防冲特性进行数值模拟计算,结果表明:径向压缩下六边薄壁吸能防冲构件具有非常稳定的变形破坏模式、较为恒定的反作用力和较高的冲程效率,构件尺寸、材料对冲程效率和载荷波动系数影响较小;构件通过塑性变形吸收能量;在有效变形让位行程内,吸收能量随压缩距离增加而线性增加。构件压溃载荷峰值、平均压溃载荷和总吸能均随壁厚增加,有类似于二次函数的增大趋势;构件压溃载荷峰值、平均压溃载荷、总吸能均随长度和材料屈服强度增加而线性增大;构件压溃载荷峰值和平均压溃载荷随内边长增加而减小;研究结果可为构件尺寸和材料选取提供依据。 展开更多
关键词 六边薄壁构件 吸能防冲特性 冲击地压 径向压缩
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冲击地压巷道围岩支护作用动力学分析 被引量：19
6
作者 唐治 潘一山 王凯兴 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第8期1532-1538,共7页
建立了冲击地压巷道围岩支护作用动力学模型,模型将上覆岩层简化为由多个质量块组成的块系,岩块简化为刚体,岩块间的连接简化为Kelvin-Voigt模型,把支护系统简化为弹簧和耗能阻尼器,初始岩块受冲击载荷作用。支护系统中阻尼为零时,为常... 建立了冲击地压巷道围岩支护作用动力学模型,模型将上覆岩层简化为由多个质量块组成的块系,岩块简化为刚体,岩块间的连接简化为Kelvin-Voigt模型,把支护系统简化为弹簧和耗能阻尼器,初始岩块受冲击载荷作用。支护系统中阻尼为零时,为常规支护系统;支护系统中阻尼大于零时,为吸能防冲支护系统。分析得出:加强支护,提高支护强度,可以大幅度减少巷道冲击载荷作用下围岩加速度和位移幅值;支护系统中加入阻尼构件有利于快速平息围岩震动,增强支护抗冲击载荷能力,提高巷道围岩稳定性。提出了高强度吸能支护防治巷道冲击地压,为冲击地压巷道安全防冲支护设计提供理论依据。 展开更多
关键词 冲击地压 动力学模型 围岩支护 吸能防冲
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煤体单轴压缩感应电荷时频演化规律与失稳破坏电荷评价指标 被引量：6
7
作者 吕进国 张建卓 +3 位作者 丁鑫 潘一山 唐治 王学滨 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期2074-2086,共13页
为了有效预测预报煤岩破坏所引起的动力灾害,介绍了受载煤体变形破坏电荷产生机理与感应电荷监测原理,开展了煤体单轴压缩过程感应电荷监测实验,采用基于假设原理的Lilliefors检验方法研究了有效电荷产生的初始时刻,获得了煤体破坏演化... 为了有效预测预报煤岩破坏所引起的动力灾害,介绍了受载煤体变形破坏电荷产生机理与感应电荷监测原理,开展了煤体单轴压缩过程感应电荷监测实验,采用基于假设原理的Lilliefors检验方法研究了有效电荷产生的初始时刻,获得了煤体破坏演化过程的应力与感应电荷的时序共性特征;研究了加载前期与破坏后期电荷信号的频域特征,设计了基于FIR方法的低通滤波器,得到了滤波后的有效电荷信号;基于煤体破坏演化过程的电荷时频特征,构建了失稳破坏电荷评价指标;开展了井下有、无动力显现的电荷监测试验,使用研发的本质安全型电荷监测仪验证了监测动力破坏现象的有效性。综上研究结果表明:Lilliefors检验方法能够判识煤体加载初期所产生的有效电荷信号,得到了压密阶段基本为白噪声信号,弹性阶段会产生不易识别的、少量的、且与白噪声混合的低幅值有效电荷信号,弹塑性过渡阶段会产生易于辨识、幅值相对增大且连续性较差的电荷信号,塑性阶段与破坏阶段的有效电荷信号随应力降次数增多而增多,随应力降幅度增大而增大,两阶段的电荷信号波动幅度较为剧烈,高幅值电荷信号连续性较强;通过时频变换,得到电荷信号白噪声主频不小于50Hz,煤体破裂所产生的电荷信号主频不超过15Hz,设计的FIR低通滤波器可有效降低噪声信号,能保留高幅值与高波动性的电荷信号;建立的电荷累积量、平均电荷强度、电荷变异系数3种评价指标,它们均能良好地反映出煤体的破裂状态,平均电荷强度还可反映出煤岩体的应力水平,变异系数能更加准确地识别煤体进入加速破坏阶段的前兆点;在采动影响下现场各测点的电荷变异系数与平均电荷强度明显比无采动影响的数值更大,电荷变异系数随着远离工作面而逐渐减小,平均电荷强度在超前工作面支承压力峰值影响范围内达到最大值,说明电荷法能够有效监测巷道的动力破坏情况,可为煤矿动力灾害预警提供一种新的监测手段。 展开更多
关键词 感应电荷 时频特征 失稳破坏 评价指标
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煤体破坏过程感应电荷再认识与井下应用实践 被引量：2
8
作者 吕进国 彭意胜 +5 位作者 唐治 赵洪瑞 王学滨 王子琪 包鑫阳 符辉 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期1547-1558,共12页
为发展和完善煤岩动力破坏感应电荷监测技术及理论,以单轴压缩试验为基础,再认识了煤体破坏过程感应电荷变化规律与主控因素,提出了带电煤屑弹射过程的感应电荷产生机理;分析了感应电荷及其干扰信号的频域特征与影响要素,研究了感应电... 为发展和完善煤岩动力破坏感应电荷监测技术及理论,以单轴压缩试验为基础,再认识了煤体破坏过程感应电荷变化规律与主控因素,提出了带电煤屑弹射过程的感应电荷产生机理;分析了感应电荷及其干扰信号的频域特征与影响要素,研究了感应电荷与煤体应力、应变能与变形破坏之间的定性关系,建立了受载煤体与感应电荷信号的损伤统计关系,分析了感应电荷与煤体能量的演化特征,进而提出了煤体应力与感应电荷的量化关系;研发了适用于井下复杂条件下煤岩电荷监测装备,在辽宁红阳三矿与河南平顶山十一矿开展了应用实践,分析了感应电荷与煤岩动力破坏、超前支承压力及巷道变形的相关性。结果表明:高幅值感应电荷信号产生的主因不是煤体的压电效应,而是煤体裂纹扩展、破裂面滑移摩擦与带电煤屑弹射的综合作用,特别是带电煤屑弹射到传感器时,感应电荷信号幅值将会突增;感应电荷信号以低频为主,干扰信号主频与外部供电网络谐波频率一致,但不同煤体的感应电荷信号主频分布范围存在差异;感应电荷强度与应力大小关系非直接相关,与应力非线性变化程度直接相关,特别是与应力降幅度呈正相关关系;感应电荷强度可直接反映煤体破坏程度,也可通过分析外载环境以及感应电荷信号和煤体损伤的统计关系,间接估算煤体应力;感应电荷强度与煤体弹性应变能存储量关系不显著,而与应变能耗散和释放量显著相关,即煤体破坏过程中耗散与释放能量越多,感应电荷强度越高。回采工作面支承压力影响区、高能微震频发区与巷道变形破坏严重区的感应电荷强度较高,说明感应电荷与煤岩动力破坏、超前支承压力及围岩变形具有良好相关性,可适用于井下动力灾害、采场来压与围岩稳定的监测预警。 展开更多
关键词 感应电荷 动力破坏 应变能 应力非线性变化 监测预警
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不同轴压/侧压下逐步开挖马蹄形巷道围岩分区破裂化数值模拟 被引量：5
9
作者 王学滨 马冰 +1 位作者 张智慧 吕进国 《防灾减灾工程学报》 CSCD 北大核心 2019年第5期827-834,共8页
基于空间局部化视角研究分区破裂化的发生机制。采用三维非均质应变软化模型,在逐步开挖和不同轴压与侧压之比条件下研究了马蹄形(U形)巷道围岩不同剖面和测线上剪切应变增量的分布特征。结果表明:U形巷道围岩的分区破裂化呈圆环形;分... 基于空间局部化视角研究分区破裂化的发生机制。采用三维非均质应变软化模型,在逐步开挖和不同轴压与侧压之比条件下研究了马蹄形(U形)巷道围岩不同剖面和测线上剪切应变增量的分布特征。结果表明:U形巷道围岩的分区破裂化呈圆环形;分区破裂化可出在现掌子面的前、后方;在掌子面前方,随着远离掌子面,分区破裂化有所减弱,直至消失;轴压与侧压之比越大,分区破裂化越明显;在垂直于巷道轴线的不同平面上,分区破裂化有所不同,这与不同剪切带的特征不同及发育不同有关;共轭剪切带的出现,会使分区破裂化变得复杂。启动于巷道表面的空间圆锥剪切面的充分发展产生了分区破裂化。 展开更多
关键词 分区破裂化 三维模型 非均质应变软化 轴压 侧压 逐步开挖 马蹄形巷道 数值模拟
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