煤礦動靜載組合作用下煤的動力學(xué)特性試驗研究

沖擊礦壓是煤礦深部開采最為嚴(yán)重的動力災(zāi)害之一，呈現(xiàn)急劇增多、增強的趨勢。煤在動靜載組合作用下的動力學(xué)響應(yīng)特征是煤礦沖擊礦壓研究的基礎(chǔ)科學(xué)問題，對于揭示沖擊礦壓機理、指導(dǎo)沖擊礦壓監(jiān)測及治理具有重要作用。本項目針對煤礦采動動靜載組合作用下煤的動力學(xué)特性，首先采用微震監(jiān)測技術(shù)進行了煤礦井下原位測試，得到了煤礦采動動載的傳播規(guī)律、應(yīng)變率、強度、持續(xù)時間、波組等特征，煤礦采動動載應(yīng)變率一般小于10-1/s，對煤礦載荷狀態(tài)進行了分類，在此基礎(chǔ)上采用動靜載巖石力學(xué)試驗系統(tǒng)、聲發(fā)射系統(tǒng)、高速攝像系統(tǒng)試驗研究煤的靜力學(xué)及動力學(xué)特性與應(yīng)變率之間的相關(guān)性，以及不同動靜載組合條件下煤的損傷破壞過程中微觀、宏觀斷裂損傷特征和聲發(fā)射效應(yīng)規(guī)律，建立了煤礦采動動載條件下煤的動態(tài)力學(xué)參數(shù)與應(yīng)變率之間的耦合關(guān)系，揭示煤巖體沖擊破壞過程中能量積聚及耗散規(guī)律、煤的沖擊傾向特性與采動動載的相關(guān)性、微觀及宏觀損傷破壞規(guī)律、煤在動靜載組合作用下沖擊破壞的聲電物理效應(yīng)規(guī)律等，構(gòu)建基于微震監(jiān)測的靜載CT反演與動載擾動系數(shù)的動靜組合的煤的沖擊危險評價方法，并提出了切頂巷弱化動載，減弱靜載的沖擊礦壓防治方法。研究成果為基于動靜載防治沖擊礦壓奠定了基礎(chǔ)。 2100433B

沖擊礦壓是煤礦深部開采最為嚴(yán)重的動力災(zāi)害之一，呈現(xiàn)急劇增多、增強的趨勢。煤在動靜載組合作用下的動力學(xué)響應(yīng)特征是煤礦沖擊礦壓研究的基礎(chǔ)科學(xué)問題，對于揭示沖擊礦壓機理、指導(dǎo)沖擊礦壓監(jiān)測及治理具有重要作用。本項目針對煤礦采動動靜載組合作用下煤的動力學(xué)特性，首先采用微震監(jiān)測技術(shù)進行煤礦井下原位測試，得到煤礦采動動載應(yīng)變率、強度、波組等特征，在此基礎(chǔ)上采用動靜載疲勞試驗系統(tǒng)、煤巖損傷過程試驗系統(tǒng)、高速攝像系統(tǒng)及微觀掃描系統(tǒng)試驗研究煤的動力學(xué)特性與動載應(yīng)變率、強度、波組等特征之間的相關(guān)性，以及不同動靜載組合條件下煤的損傷破壞過程中微觀、宏觀斷裂損傷特征和聲電物理效應(yīng)規(guī)律，以期建立煤礦采動動載條件下煤的動力學(xué)本構(gòu)關(guān)系，揭示煤的能量積聚及耗散規(guī)律、煤的沖擊傾向特性與采動動載作用方式的相關(guān)性、微觀及宏觀損傷破壞規(guī)律、煤在動靜載組合作用下沖擊破壞的聲電物理效應(yīng)規(guī)律等，構(gòu)建基于動靜組合的煤的沖擊危險評價方法。

礦井火災(zāi)是煤礦的主要災(zāi)害之一?；馂?zāi)發(fā)生后，在直接滅火無效時常采用封閉火區(qū)的辦法控制火勢?；饏^(qū)封閉后，在滅火工作取得成效的情況下，需要啟封火區(qū)?；饏^(qū)的啟封是一項復(fù)雜而又危險性的工作，對火區(qū)狀態(tài)的判斷不明往往會引起復(fù)燃而造成重大事故，因此，關(guān)于火區(qū)啟封時機及啟封后復(fù)燃特性的研究意義重大。這項內(nèi)容也是目前研究較少的基礎(chǔ)性研究工作之一。本申請項目通過對火區(qū)熱量的生成和釋放速率的變化規(guī)律的研究，建立火區(qū)復(fù)燃的動力學(xué)模型，確定通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)條件下火區(qū)陰燃、復(fù)燃的試驗方法；通過建立火區(qū)啟封及復(fù)燃模擬實驗平臺，考察出不同類別可燃物在不同溫度、濕度、通風(fēng)強度、通風(fēng)方式等條件下，火區(qū)的復(fù)燃特性及氣體產(chǎn)物的生成規(guī)律；結(jié)合現(xiàn)場火區(qū)啟封及防復(fù)燃的實測數(shù)據(jù)，確定出具有指導(dǎo)性的火區(qū)啟封及防復(fù)燃的關(guān)鍵參數(shù)和控制方法。研究成果可為煤礦井下火區(qū)的啟封及啟封后防復(fù)燃的技術(shù)工作提供參考依據(jù)。 2100433B

基樁承受水平荷載并產(chǎn)生水平位移，改變了樁側(cè)阻力的分布，進而對單樁的豎向承載特性產(chǎn)生影響；在存在水平位移的情況下，樁身產(chǎn)生撓曲變形，豎向荷載的作用會使樁頂產(chǎn)生附加彎矩并導(dǎo)致樁周土體抗力發(fā)生改變，從而影響單樁的水平承載特性?；诨鶚秾嶋H經(jīng)常受到水平、豎向和彎矩荷載（組合荷載）共同作用的事實，而目前工程上不考慮組合荷載的相互影響，且對荷載組合情況下單樁承載特性的研究結(jié)論不一致的現(xiàn)狀，本課題進行了三次在不同情況下的室內(nèi)模型試驗，通過理論研究建立了考慮組合荷載各分量間相互影響的單樁承載特性分析理論，并結(jié)合現(xiàn)場試驗和數(shù)值模擬對其進行了進一步的修正和補充，得出了考慮樁周土體性質(zhì)和土體加卸荷效應(yīng)的樁周土體水平反力、樁側(cè)阻力和樁端阻力的變化規(guī)律，建立了組合荷載下樁身內(nèi)力的分析理論，并給出了考慮組合荷載各分量間相互影響的單樁極限承載力建議公式。本課題的主要研究結(jié)論如下： （1）室內(nèi)模型試驗結(jié)果表明，水平和彎矩荷載對樁側(cè)阻力的影響主要集中在地面以下10倍樁徑范圍，在該范圍內(nèi)，隨著樁頂位移的增大，樁側(cè)阻力不斷減小?，F(xiàn)場試驗結(jié)果顯示，該影響范圍為地面以下0~15倍樁徑深度。建議在工程設(shè)計中，應(yīng)重點加強地面以下0~15倍樁徑深度范圍內(nèi)的樁身配筋和樁周土體的加固，以提高單樁的抗彎能力和樁周土體抗力，減小樁身側(cè)向位移。 （2）水平或彎矩荷載的增大，均會降低單樁的豎向極限承載力，但只有水平荷載大于相應(yīng)水平荷載作用點位置的極限承載力的0.5倍時，這種降低程度才較明顯。水平或彎矩荷載對單樁沉降的影響程度與其產(chǎn)生的水平位移大小正相關(guān)。 （3）在存在水平位移的情況下，豎向荷載的施加會產(chǎn)生P- 效應(yīng)，導(dǎo)致水平位移的進一步增大，從而削弱了單樁水平承載力。 （4）室內(nèi)模型試驗表明，水平、彎矩和豎向荷載共同作用對單樁承載特性的影響存在組合效應(yīng)。數(shù)值模擬結(jié)果顯示，先施加豎向荷載再施加水平荷載時，當(dāng)豎向荷載介于0.4~0.5倍豎向極限承載力時對樁頂側(cè)移的減小作用最為明顯。 2100433B