一、设备低应力脆性破坏的防治与管理(论文文献综述)
余柳明[1](2021)在《含裂纹损伤钢构件的拉伸试验及其呈现脆性性能的概率分析方法》文中进行了进一步梳理
郑强强[2](2021)在《动载作用下损伤砂岩的力学特性与破裂特征》文中研究说明与未受扰动的岩体相比,受人类采掘活动的影响,赋存于自然界中的岩体通常处于不同程度的损伤状态。损伤岩体内部随机分布不同尺度、规模、产状的节理和裂隙,这些弱面劣化岩体的内部结构,同时也削弱了岩体的强度。鉴于此,对岩土工程中岩体的工程设计、稳定性分析和解危措施,也与未受扰动的岩体有所不同。虽然,破岩工作机械化程度,随着技术的革新不断提升,但部分机械作业不能适应的区域仍采用爆破破岩。爆破作业诱发的爆破震动和冲击波,影响临近岩体的稳定性,不仅给工程安全埋下隐患,也威胁施工人员的生命安全。因此,研究动载作用下损伤岩体的力学特性和破裂特征,对安全生产和防护有着重要的意义。本文以损伤砂岩为研究对象,基于声发射和延时双差层析成像技术,分析受载砂岩内的损伤程度、破裂模式和速度结构演化。采用不同上限的循环静载作用于砂岩,并用CT扫描成像表征砂岩的损伤程度。然后,采用高速摄像和分离式霍普金森压杆,对不同损伤程度的砂岩试件开展冲击动力学试验。探究冲击荷载作用下损伤砂岩的强度变化、能量演化、裂纹扩展和破碎特征等问题。最后,采用工业CT扫描技术,分析爆炸荷载作用下损伤砂岩的裂纹扩展和破裂特征。得到以下结论:以声发射撞击比HR表征受载砂岩的损伤程度,并构建能定量描述包括原生裂隙压密闭合阶段和峰后阶段的受载全过程的损伤力学模型。依据监测到的声发射信号特征,将砂岩的受载过程依次划分为初始撞击阶段、撞击稳定阶段、撞击失稳阶段,这三个阶段的破裂模式依次是以剪切破坏、张拉破坏和剪切破坏为主。考虑岩体的非均质性,采用延时双差层析成像技术,反演不同应力水平下,受载砂岩任一截面的速度结构。速度结构随着荷载的增加而增大,岩石的损伤也逐渐增加,在破坏失稳阶段增长率和损伤程度都达到最大。此外,在受载砂岩进入塑性阶段后,其内部存在小部分区域受“隔离状态”的岩块,在裂隙的隔离和岩石扩容的综合作用下,岩块在破坏失稳阶段仍出现速度结构增加的现象。砂岩的损伤弱化了其动态力学强度。在冲击荷载的压缩和劈裂作用下,随着损伤程度的增大,初次起裂裂纹的数量、长度和宽度都增加,损伤砂岩的破碎程度和破碎岩块的动能也都有所增加。而当砂岩的损伤程度一定时,损伤砂岩初次起裂裂纹的数量、长度和宽度以及破碎程度、破碎岩块动能、压剪区域的力学显现等,都随着冲击气压的增加而增大。在冲击荷载劈裂拉伸作用下,杆-岩接触面的压剪区域的破碎范围和程度,随着损伤程度和冲击气压的增大而增加。冲击荷载作用下,砂岩的耗能占比,随着砂岩损伤程度和冲击气压的增大,都呈现出指数函数增大的规律。爆炸荷载作用下,损伤砂岩底部表面裂纹的扩展范围、裂隙宽度和数量,都随砂岩初始损伤程度的增加逐渐增大。上部爆破漏斗和下部砂岩裂隙的尺寸,也随着损伤程度的增加而增大。由CT成像的试验结果可知,爆炸荷载作用下砂岩内的损伤程度、损伤区域、裂隙的尺度和破裂程度,都随着初始损伤程度的增加而逐渐增大,且沿平行于边长方向贯穿裂缝的宽度和长度,也随着损伤程度的增加而增大。受循环静载作用时的端部套箍作用和砂岩尺寸效应的影响,爆炸荷载作用下,损伤砂岩内贯穿炮孔中心直至砂岩试件边界的裂隙,都是沿着静载的加载方向产生。图[92] 表[17] 参[278]
赵凯凯[3](2021)在《坚硬顶板区域水力压裂裂缝三维扩展机理研究》文中研究表明本文以煤矿坚硬顶板区域压裂裂缝为研究对象,采用理论分析、数值模拟、实验室试验、井下试验相结合的方法对水力裂缝三维扩展机理进行系统研究。论文研究内容包括六个方面:(1)水力裂缝起裂特征;(2)钻孔周边水力裂缝三维扩展特征;(3)层状岩体中水力裂缝越层扩展特征;(4)水力裂缝与天然裂缝交互作用;(5)多缝扩展缝间干扰机制;(6)坚硬顶板区域压裂井下试验。通过论文研究,主要取得以下结论:(1)在裂缝与主应力方向存在夹角且非等压条件下,水力裂缝起裂后均向较大主应力方向偏转。裂纹起裂角随水压和侧压系数的增加而逐渐减小。随裂纹倾角增加,起裂角先增加后减小。起裂角随裂纹长度增加而增加。临界水压随裂纹长度的增加而逐渐减小。临界水压随裂纹倾角和侧压系数增加而逐渐增加。临界水压随断裂韧度增加呈单调递增趋势。(2)钻孔方位改变导致钻孔周边裂缝扩展形态产生多样变化,但整体上裂缝趋向沿垂直最小主应力的平面扩展。低应力比条件下,钻孔孔身容易产生多条裂缝分支,裂缝扩展并无明显优势方向。随应力比增加,主裂缝分支逐渐减少,裂缝分支趋于沿最大主应力方向扩展。预制切槽压裂条件下,水力裂缝沿切槽扩展后会逐渐偏转至垂直于最小主应力的平面。裂缝最终扩展方向不受起裂方式的控制,地应力场主导水力裂缝的主要扩展方向。(3)水力裂缝能否在相邻层中扩展,取决于缝尖应力强度因子及缝内水压。当相邻层具有较高断裂韧度、高水平主应力或低弹性模量,裂缝在相邻层中扩展受到阻碍,而在本层中的扩展则增强。层间界面剪切滑移导致缝尖钝化,界面张开引起流体损失,双重效应抑制了水力裂缝穿越层间界面。裂缝形态近似为椭圆,岩性差异可能促进或抑制裂缝扩展,进而产生不规则形态。(4)裂缝缝尖应力扰动和流体侵入均可能激活天然裂缝,导致其张开或剪切滑移。天然裂缝开启为流体提供了流动空间,天然裂缝剪切滑移则削减了裂缝缝尖应力集中,进而导致裂缝扩展受阻。随着粘聚力、内摩擦角、应力差、逼近角、流体黏度和注入速率的增加,剪切激活面积逐渐减少,水力裂缝倾向于穿越天然裂缝。水力裂缝穿越天然裂缝可分为五个阶段:逼近、侵入、水压累积、非连续扩展、连续扩展。各阶段主导破裂模式的变化表明水力裂缝扩展遵循最小阻力原理。(5)已开启的裂缝会在其周围产生诱导应力,导致应力各向异性程度降低,甚至造成主应力方向反转,从而使得相邻裂缝偏转或分叉。低应力差下,水力裂缝受诱导应力干扰强烈,表现为裂缝弯曲程度较高并可能诱发次级裂缝。高应力差下,缝间干扰程度显着降低,裂缝扩展轨迹更为平直。高弹性模量会增强相邻裂缝之间的干扰作用,引起裂缝剧烈偏转并诱发次级裂缝。提出了一种新型交错压裂法,在两侧布置裂缝同步压裂,压裂完成后在中间压裂新裂缝,利用两侧裂缝产生的叠加诱导应力迫使中间裂缝转向。(6)胡家河煤矿坚硬顶板区域水力压裂试验结果表明:区域压裂宏观裂缝的空间展布方位受地应力场控制。试验点附近应力场特征为σH>σv>σh,主裂缝倾向垂直于σh方向扩展。裂缝整体形态接近垂直方向,主裂缝平均走向为N95°E。裂缝以起裂段为中心向外辐射状分布。主裂缝平均面积约为1.5×104m2,区裂缝平均扩展速度约为152m2/min。水压曲线包括三个典型阶段,即起裂阶段、回落阶段、平稳扩展阶段。区域压裂平均峰值破裂压力约为29.1 MPa,平均延伸压力约为23.2 MPa。
胡杰[4](2021)在《隧道块状节理岩体破坏前兆规律及块体垮塌监测预警方法》文中进行了进一步梳理随着我国经济社会的持续高速发展以及人民对生活质量要求的不断提升,交通运输工程建设规模与数量总体上呈现不断增长的趋势。进入21世纪以来,铁路、公路工程建设步入高潮,隧道建设规模进一步增加,我国已成为世界上隧道建设数量、运营里程最大的国家。隧道围岩结构垮塌灾害是节理硬岩隧道最为常见的地质灾害之一,具备强隐蔽性、强突发性、强破坏性、强致灾性特点,灾变过程涉及节理岩体渐进破坏和危险块体群大规模垮塌,防控难度极大,每年造成严重的经济财产损失和人员伤亡。本文针对隧道节理硬岩破裂及衍生块体垮塌灾害监测预警,重点关注岩桥破断和岩块失稳两个重要的灾变阶段,综合采用案例分析、室内试验、前兆监测、机器学习、物理模拟、数值模拟等手段,系统地研究了不同应力状态下节理岩体破坏行为及伴生多元前兆演化规律,提出了基于岩体裂纹类型演化的岩桥破断预警判据;在此基础上进一步探索了岩块失稳过程尖点突变模型,提出了静、动荷载条件下,基于岩块固有振动频率演化的块体突变失稳预警判据,为块体垮塌灾害防控提供了重要的理论支撑。主要研究成果包括:(1)总结了高、中、低地应力条件下隧道节理硬质围岩常见的破裂、掉块现象,分析了破裂内在驱动要素及力学机制,将块体垮塌灾害概化为岩桥破断和岩块失稳两个主要阶段;针对张拉、拉剪、压剪三种典型应力状态的岩桥破断行为研究,创新研发了“拉-压-剪”新型多功能岩石力学试验系统,满足了不同应力状态下统一尺度立方体岩样直接破坏过程模拟及伴生多参量信息的监测需求,为不同破坏行为及前兆差异性的直观、精确对比提供了设备支撑;重点解决了直接拉伸试验偏心抑制、端部应力集中效应弱化、剪切弯矩效应弱化、小力值拉应力稳定加载、新型加载辅具设计等试验技术难题。(2)基于自主研发的新型试验平台,开展了统一尺寸节理岩样直接拉伸、拉剪、压剪破坏试验,结合声发射仪、光学高速摄像仪、红外热像仪进行破坏过程的同步监测,系统地对比分析不同应力状态下岩桥的破断行为及“声-光-热-力”多参量前兆信息演化机制,揭示了应力大小、节理贯通度对岩样强度及前兆演化的影响规律;试验与监测结果表明:三类试验破坏现象存在显着的差异,拉伸与拉剪试验脆性破坏特征显着,破裂迅速且释能特性强于压剪破坏,而声发射信号响应则明显强于温度与变形参数;在试验结果的基础上,进一步采用RFPA丰富节理岩样工况,揭示了节理贯通度增加对岩样整体强度和岩桥部位强度不同的影响规律。(3)针对响应较灵敏的声发射监测,从特征参数和波形参数两个方面对不同应力状态下岩桥破断过程的声发射信号进行深入分析,基于计数、能量、幅值、b值、主频、熵值多个声发射监测指标,从破裂数量、破裂尺度、破裂有序性等多个角度对不同应力状态下的岩桥破坏过程进行刻画分析;在此基础上进一步采用RA-AF值拉、剪裂纹分类法探索了岩桥破坏过程的破裂类型演化规律,不同破坏试验均呈现早期以拉裂纹为主,临近破坏时刻剪裂纹产生的裂纹演化机制;综合特征参数、波形参数和裂纹判识类型,建立了三种典型应力状态下节理岩体安全状态三色判识方法。(4)针对不同应力状态下的节理岩体破坏,探索基于RA-AF值拉、剪裂纹分类法的普适性预警判据,引入机器学习算法,提出了基于高斯混合模型(GMM)的声发射RA-AF值自动聚类分析方法,结合支持向量机(SVM)模型建立了拉裂纹与剪裂纹簇的最优分割方法,分析了 GMM-SVM模型在裂纹类型自动判识方面的可靠性,解决了JCMS-ⅢB5706规范中对角分割法存在的人为经验性和不确定性问题;针对工程实际,建立了声发射等数据点、分时段裂纹类型动态判识方法,将单元时段剪裂纹数超过20%且剪裂纹数据点簇呈现靠近RA轴的条带作为普适性岩桥破断预警判据,并进一步建立了基于似然比估计的拉、剪、复合裂纹三分类自动判识方法。(5)针对岩桥破断后可能产生的继发岩块失稳垮塌,重点考虑大型关键块体常见的滞后突变滑动失稳类型,建立了块体简化弹簧质子振动模型,揭示了滑动面剪切刚度对块体固有振动频率的影响机制;创新开展了大尺度岩块失稳过程物理模拟试验,揭示了应力、接触面积对块体固有振动频率的影响规律及滑动失稳过程声发射参数的响应特征,结合3DEC数值分析,进一步验证了考虑滑动面剪切刚度的简化振动模型的有效性;建立了块体失稳的尖点突变分析模型,提出了静、动荷载条件下岩块突变失稳预警判据,首次通过滑动面剪切刚度搭建起块体固有振动频率与块体稳定性分析间的桥梁。
王博[5](2021)在《陕蒙深部矿区典型动力灾害发生机理及防治研究》文中研究指明陕蒙浅部矿区采深普遍为53~280m,而其深部矿区采深已普遍超过580m,且近年来开采深度以每年数十米的速度增加。根据现场调研,陕蒙深部矿区具有开采强度大、煤层冲击倾向性强、顶板存在大范围富水区和厚硬砂岩组等特点,部分矿井开采过程中已发生十余起冲击地压、矿震等动力灾害,严重制约了矿区的安全、高效生产。针对陕蒙深部矿区动力显现频发的现状,本文以该地区近年来发生的几起典型动力灾害为研究背景,采用案例调研、理论分析、相似模拟实验、数值模拟和现场实测等方法,开展了陕蒙深部矿区典型动力灾害(冲击地压和矿震)发生机理及防治研究工作,取得如下成果:(1)调研分析了陕蒙深部矿区开采条件与动力灾害特征,确定了形成动力灾害的力源类型,并据此将动力灾害划分为采动疏水应力叠加型冲击地压、宽区段煤柱应力叠加型冲击地压和隔离煤柱区硬岩破断型矿震。(2)分别建立了疏水转移应力和高强度开采支承压力分布力学模型,研究了疏水及高强度开采对工作面应力分布规律的影响,揭示了陕蒙深部矿井采动疏水应力叠加诱冲机理:疏水后形成增压区和卸压区,当工作面快速推采至疏水形成的增压区时,采动应力与增压区应力叠加后超过冲击地压发生的临界值,是诱发冲击的主要原因。在此基础上预测了疏水前后冲击危险区的动态变化,提出了疏水区基于防冲的推采速度动态调控方法。(3)研究了该矿区典型开采条件下不同埋深和不同宽度区段煤柱应力分布规律,分析了特定条件下宽区段煤柱破坏分区特征,建立了宽区段煤柱冲击力学模型并给出了宽区段煤柱诱发冲击的力学判别条件,揭示了宽区段煤柱应力叠加诱冲机理,并据此提出了该地区宽区段煤柱冲击地压防治对策和下阶段基于防冲的窄煤柱宽度设计方法。(4)分别建立了煤柱支撑条件下关键层挠曲变形力学模型和隔离煤柱压缩量估算模型,给出了关键层挠曲破断诱发矿震的判别条件,揭示了陕蒙深部矿井隔离煤柱区硬岩破断诱发矿震机理,提出了冲击地压和矿震协同控制的合理隔离煤柱宽度设计方法。研究成果已在陕蒙深部纳林河、呼吉尔特矿区3对冲击地压矿井现场应用,效果良好。
李德行[6](2021)在《受载煤体损伤过程微电流效应及其机理研究》文中认为煤炭在未来相当长时间内依然是我国最重要的能源资源。煤炭开采会伴随冲击地压、煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害,严重影响煤矿安全高效生产。采动影响下煤岩体应力增加、变形加剧和损伤积累是动力灾害的主要原因,因此,煤岩动力灾害预测实际上是对煤岩体应力、变形和破裂的监测。前期研究表明,受载岩石能够激发出微电流信号,但对受载煤体微电流效应鲜有研究,缺乏相应的理论基础。基于此,本文紧紧围绕受载煤体损伤微电流效应及其机理关键科学问题,采用实验室试验、理论分析和现场测试等手段,重点开展受载煤体损伤过程微电流效应及响应规律、基于微电流效应的煤体损伤演化规律及能量转化关系、煤体损伤微电流产生机理及模型等研究,并进行现场验证。主要结论如下:建立了受载煤体微电流测试系统,开展了原煤单轴加载、集中加载和冲击加载试验,分析了煤体受载过程微电流的方向性及响应规律,研究了不同变形阶段微电流与煤体力学行为之间的定量关系。结果表明:煤体在不同加载方式下均能产生微电流,且由应力集中区流向非应力区;微电流大小与煤体力学行为(应力、应变、应变率、应力降等)紧密相关,但在不同变形阶段,微电流与力学行为的定量关系存在差异;塑性变形阶段,微电流呈加速增加趋势,并于破裂时达到峰值;应力降的出现伴随微电流突增(异常),且电流增幅与应力降成正比,即电流异常程度与煤体破裂程度正相关;煤在冲击载荷下能够产生瞬变电流,其大小随冲击速度的增加而增加。研究了恒定应力下微电流衰减规律,基于非广延统计力学(Tsallis熵)研究了电流衰减的非广延性。结果表明:在恒定应力下或应力撤去后,微电流以指数形式衰减,最终趋于稳定,稳定电流随恒定应力线性增加;应力的存在能够降低微电流衰减的速率和程度;微电流衰减具有非广延性,非广延参数q大于1,且无应力作用下微电流衰减的非广延程度高于应力作用下;非广延参数q随应力水平呈先增后减的趋势,可利用q值评价煤体所处的应力水平。建立了基于微电流效应的煤体损伤变量解析表达,研究了煤体受载破坏过程的损伤演化规律,构建了基于累计电荷的煤单轴压缩一维损伤演化方程及本构模型;研究了应力扰动过程及蠕变过程耗散能密度和电流能密度的变化规律及二者之间的定量关系。结果表明:定义的基于“归一化”累积电荷量的损伤变量能够较好地反映煤体损伤演化过程;煤在扰动载荷下能够产生脉动直流电,其幅值随扰动应力的幅值线性增加;在静应力恒定的扰动载荷下,电流能密度随耗散能密度线性增加;恒定应力下煤体发生蠕变,蠕变速率和程度均随应力水平的增大而增加,蠕变过程电流能密度随耗散能密度呈负指数函数形式增加。研究了微观尺度下煤表面电荷的分布规律并建立相应物理模型,从宏微观结合的角度揭示了煤体损伤过程微电流产生机理及衰减机制,建立相应物理模型对电荷转移和微电流产生过程进行描述,并建立数学模型对电荷密度表达式进行推导。结果表明:受载煤体的载流子主要为自由电子,其分布具有尖端效应,即电荷趋于向裂纹尖端富集,越靠近尖端电荷密度越大;受载煤体损伤过程微电流的产生机理是煤体中自由电荷在尖端效应和扩散作用下的积聚与释放,变形过程由于电荷扩散形成扩散电流,破裂过程则是由于积聚电子的瞬间释放形成发射电流;微电流大小取决于应变、应变率、电荷密度及电荷密度变化率,而电荷密度又是关于应变率的函数,使得不同变形阶段微电流的主导因素不同;微电流的衰减过程本质上是载流子的弛豫过程,该弛豫是相界面电场边界的存在而产生的结果,微电流弛豫时间与应力水平有关。自主研制了矿用微电流监测仪,在煤矿回采工作面开展了现场试验,研究了回采过程微电流空间分布规律及时域演化规律,确定了基于微电流响应的矿震前兆信息,验证了利用微电流法监测预警煤岩动力灾害的可行性。结果表明:巷道围岩微电流大小分布与应力分布具有一致性,微电流从巷帮沿向煤体深出表现出先增加后减小然后趋于稳定的变化规律;微电流对工作面推进过程响应较好,整体呈现阶梯型增加的趋势,在煤层回采期间,微电流呈逐渐增加的趋势,在停采期间,微电流处于稳定波动状态;微电流能够对矿震事件提前响应,微电流的加速增加可作为矿震/煤体破坏的前兆特征;微电流法具有抗干扰能力强、响应灵敏、灾害预警超前性好等优点,应用前景广阔。本文研究成果能够为煤岩动力灾害监测预警提供新思路和新方法,对促进煤岩体应力监测、稳定性评价和煤岩动力灾害预测等具有理论意义和实践价值。该论文有图108幅,表23个,参考文献220篇。
高琳[7](2021)在《岩石变形破坏过程中的能量演化机制与灾变特征分析》文中提出随着地下资源开采深度的增加,深部岩体动力灾害发生的频率和强度显着提高,动力灾害行为更为复杂,灾变机理至今尚不清晰,以至于工程中难以准确预测预报与精准防治。基于应力-应变关系和强度准则角度研究深部岩体动力灾害具有局限性,难以揭示深部灾害的量级、规模、剧烈程度以及灾变形式,而这些恰恰是评价分析深部动力灾害至关重要的指标。研究表明,从能量角度分析深部岩体动力灾害问题更加科学有效。本文针对岩石变形破坏过程中的能量演化机制与灾变特征,从能量演化规律、岩石破坏能量特征的细观结构效应、岩石破坏烈度和能量灾变准则四个方面开展了深入研究。(1)针对五种不同类型岩石分别开展了单轴及7个围压下的全程循环加卸载试验,基于能量平衡理论,提出了岩石峰后能量计算方法,系统地获得了岩石变形破坏全过程的能量演化特性曲线;对比分析了脆塑性岩石的能量演化差异,提出了用以定量描述岩石弹性能积聚特性的表征参数,将岩石的能量演化模式细分为四类;探究了不同岩性岩石能量演化的围压效应,发现不同岩性岩石的能量积聚和耗散特性随围压增加表现出不同的变化模式。(2)基于岩石断裂过程区的剪切破坏理论模型,分析了不同岩性岩石能量演化围压效应的差异,揭示了围压对岩石能量演化特征的微观影响机制;运用X射线分析和电镜扫描等实验手段分析了矿物组分、微观结构及微观断裂模式对岩石能量演化特征的影响,研究表明,岩石组分中脆性矿物比例决定了岩石积聚应变能的能力,岩石抵抗剪切变形的能力和能量耗散的特性取决于岩石内部颗粒的粘合结构以及结晶程度;并通过破坏试样的3D激光扫描实验,探究了岩石能量演化特征与断裂面粗糙度及分形维数之间的关系,发现这两者的相互关系与岩石的微观断裂模式及相应的微观破坏形态密切相关。(3)基于损伤力学理论,提出了表征岩石单位应变弹性能和耗散能变化量的两个指标,能量释放率和能量耗散率;分析了岩石变形破坏过程中能量积聚和耗散的动态过程及其演化规律,首次提出了岩石破坏烈度指数,对岩石破坏剧烈程度进行了定量化表征,并依据试验数据建立了岩石破坏剧烈程度划分标准;随后,基于岩石破裂形式表征方法,探究了岩石破坏烈度与岩石破碎程度、声发射阶跃现象以及岩石破裂角度的关系,为岩石灾变特征分析提供了理论与实验依据。(4)开展了不同岩性岩石的单轴压缩试验,以声发射聚类分析方法建立了岩石损伤本构模型;利用该理论模型给出了岩石临界损伤能量释放率以及破坏烈度的理论表达式,明确了破坏烈度指数的物理意义,进而建立了评定岩石失稳及危险性量级的能量灾变准则;通过岩石三维损伤本构模型,将能量灾变准则推广到三维应力状态。该论文有图106幅,表27个,参考文献228篇。
王龙飞[8](2021)在《综采工作面煤层注水渗流模型及防突机理研究与应用》文中研究表明对于已实施区域防突措施的突出煤层,其在开采过程中仍可能会发生煤与瓦斯突出,威胁着工作人员生命健康及矿山安全生产。为降低综采工作面开采过程中的突出危险性,以首山一矿已15-12070综采工作面为研究背景,采用理论分析、数值模拟、实验室实验及现场试验相结合的方法,研究了综采工作面煤层注水两相渗流规律及其防突机理,得出了各因素对煤层注水两相渗流及其防突效果的影响规律,制定了综采工作面煤层注水防突工艺方案,并进行现场试验,取得了良好效果。根据多孔介质渗流理论,建立了综采工作面煤层注水两相渗流数学模型通过有限元数值模拟方法,得到了工作面应力“三带”内煤层注水两相渗流规律,并确定出其主要影响因素。得出注水后水与瓦斯形成交界面,离注水孔越远,两相压力、压力梯度、渗流速度、渗流速度梯度及含水饱和度越小;各应力带湿润半径不同,湿润半径随注水压力、注水时间的增大呈对数函数型增大,随煤层瓦斯压力、溶液表面张力的增大呈二次函数型减小,封孔深度对注水效果影响较大。根据煤与瓦斯突出理论,确定出综采工作面突出的主要影响因素为煤体物理力学性质、地应力及煤体瓦斯。建立了可注水型瓦斯吸附-解吸装置,利用该装置及其他实验系统,实验研究了煤层注水对突出因素的影响规律。得出了注水后随着煤的含水率增大,突出强度、脆性系数、抗拉强度、抗压强度、弹性模量、泊松比、粘聚力及内摩擦角减小,瓦斯驱排效应、置换效应呈二次函数型增强,抑制效应呈对数函数型增强;煤粒吸附和存储瓦斯的能力随着注水压力增大而增大。采用有限差分数值模拟方法得到了综采工作面煤层注水对煤体应力及瓦斯分布的影响规律。得出了注水后随着煤体含水率增大,卸压带宽度呈对数函数型增大,应力峰值呈幂函数型降低,应力峰值位置向煤体深部转移;在压力水驱排作用下,注水区域内瓦斯含量及压力大幅降低。根据实验及数值模拟结果,揭示了综采工作面煤层注水防突机理。现场试验结果表明,注水后各应力带湿润半径达2.36~2.59m,煤体内瓦斯压力降低了 20.04%~46.56%,瓦斯含量降低了 53.96%~71.79%,突出危险性指标均降低至临界值以下,取得了较好的注水防突效果。
蔡金龙[9](2020)在《侏罗系弱胶结软岩巷道变形失稳机制及应用研究》文中研究表明我国中东部地区煤炭资源逐渐枯竭,煤炭资源开采逐步向西部地区发展,然而侏罗系弱胶结岩层广泛分布于我国西部地区,此类岩体胶结性差,层间粘合力差,遇水砂化泥化崩解,在此类岩体中开挖的巷道易发生围岩失稳现象,巷道维护困难,是西部煤矿安全生产中亟待解决的问题。本文以侏罗系地层泊江海子矿弱胶结软岩巷道支护为工程背景,综合采用现场调研、室内试验、理论分析、数值计算、物理相似模拟和现场工程实践等方法,探究了弱胶结软岩巷道围岩的物理力学性质、巷道变形特征、顶板弱胶结软岩体的本构模型,揭示了弱胶结软岩巷道顶板失稳机制,基于上述研究成果提出了弱胶结巷道围岩控制对策,并进行现场实践,效果较好。本论文主要研究成果如下:(1)通过现场调研,得出了弱胶结巷道冒顶区冒落特征,明确了巷道失稳原因:侏罗系煤系地层成岩时间短,胶结性差,层间粘结力弱,裂隙较发育;受弱含水层和掘进扰动影响,岩层层间胶结能力随时间推移具有不同程度弱化;巷道断面为矩形,易导致巷道肩角应力集中;巷道跨度大,在顶板下部易产生较大拉应力,且顶板结构复杂;采用锚网索支护的巷道,围岩锚固拱整体易失稳,形成锚固区外松脱型冒顶。(2)通过XRD、SEM和岩石铸体薄片观察,分析其矿物成分和微观结构;采用室内试验测定其单轴抗压、抗拉强度等力学参数,分析了弱胶结岩石遇水崩解和泥化特性;采用MTS816型电液岩石力学测试系统,开展了常规三轴试验,揭示了弱胶结软岩的变形破坏机理,弱胶结软岩呈现出明显的脆性破坏,岩石峰值强度、残余强度和弹性模量随围压增大而增大,泊松比随围压增大而减小规律。(3)基于常规三轴试验结果,引入了修正系数η,基于力学损伤对于弱胶结软岩微单元强度k的影响服从Weibull分布,建立了弱胶结软岩力学损伤本构模型,其关系式为:(?)通过数值计算得到了不同围压岩体试样的应力-应变曲线,并与实验数据进行对比分析,验证了本文提出的损伤本构模型的准确性;讨论了本构模型中的参数取值范围与应力-应变曲线的关系。(4)建立了复合顶板受力变形的力学模型,分析了离层失稳原因;构建了巷道复合顶板裂隙发育的力学模型,推导出裂隙发育的起裂角和临界应力;引入扩展应变能密度因子,建立其裂纹开裂角θ 0裂隙失稳判据;明确了顶板冒落失稳机制:巷道顶角处发生剪切破坏而形成裂隙,该裂隙带沿裂隙扩展角至易离层的软弱层理面,并与之相互贯通,发生冒顶。(5)建立了数值计算模型,探究了弱胶结层理、不同断面形式等单因素影响下巷道围岩塑性区、应力场、位移场演变特征,揭示了弱胶结软岩巷道围岩变形破坏规律,围岩稳定性动态响应特征,为合理支护技术提供重要的理论依据。(6)利用两向四面加载装置试验系统,通过持续增载(开挖扰动和采动影响)作用,对常规支护和优化支护两种支护条件下进行模拟分析,研究了各个阶段内的巷道表面位移、应力变化规律和离层裂隙演化特征,获得了支护形式变化对巷道周边围岩变形破坏演化的影响规律。(7)基于现场调研巷道冒顶失稳原因,结合数值模拟和物理模拟研究成果,提出了弱胶结巷道控制对策为:高强度高预紧力“倒梯形”锚网索梁支护结构+直墙切拱形为巷道断面+全断面喷浆耦合支护形式,并通过理论计算确定锚杆、锚索长度和支护密度,确定其支护参数。将确定的巷道支护方案进行现场实践,监测表明,巷道没有发生明显变形,无冒顶现象,较好地控制了巷道顶板围岩稳定性。图[109]表[14]参[161]
毛瑞彪[10](2020)在《声发射实时定位监测岩体压裂破裂演化方法与规律研究》文中提出当前,岩体水力压裂技术已广泛应用于工程领域。但岩体作为一种非均质、各向异性、富含结构面且不可视的脆性结构,岩体的压裂过程是一个极端复杂非线性不可逆的破裂演化过程;外力作用下,岩体内不同破坏机理破裂事件的出现、累积致使压裂裂缝产生,压裂裂缝可能出现延伸、转向、分叉、交汇和贯通等现象。大量研究表明,研究岩体水力破裂这类极端复杂的非线性破裂演化过程,实时跟踪监测压裂过程中破裂事件是最直接有效的方法;岩体压裂过程释放大量的应力波,根据声发射探头监测接收到的应力波信号和相关算法可获得压裂中实时破裂事件定位信息,可为岩体压裂破裂演化的研究提供跟踪定位信息。但现有岩体声发射监测技术,只能获得一系列独立的定位点,并不能有效的反应破裂事件的区域范围。本文中在现有岩石力学、地震学、弹塑性力学和断裂力学中相关理论的基础上提出4个假设条件,将声发射定位点作为破裂事件的中心坐标,反演计算破裂事件对应破裂区域的方位、形状和大小,累加可获得压裂过程的破裂区域,称为声发射实时定位监测反演岩体破裂演化方法,系本文首次提出。在具备了有效岩体破裂监测手段的基础上,本文选取质地坚硬原生孔隙裂隙不发育的鲁灰花岗岩和原生层理裂隙发育的抚顺油页岩作为研究试样,在实验室中进行了大尺度岩石试件的水力压裂实验,使用高采集频率的声发射采集卡和高灵敏度的声发射探头观测记录压裂全过程中声发射现象,反演获得压裂过程破裂区域的变化特征,从而研究不同岩性岩体压裂过程中的破裂演化特征。本文主要研究可分为三个主要部分,如下:(1)声发射实时定位监测反演岩体破裂演化的方法研究。类似地震学中将震源看作有一定尺度的点,文中将岩石压裂过程中声发射定位信号看作破裂区域的中心;提出四个假设:1)岩体破坏服从最大弹性能密度准则,2)对于任一特定的岩体,其破坏能由弹性能和塑性能两部分组成,二者比例与岩石种类有关,3)岩体的破裂区域呈扁平的椭球状,4)声发射能量和岩石破裂的所需弹性能呈正比;依据假设并利用插值平均可反演得到的声发射定位点对应的椭球状破裂区域,后续根据简化后的震源函数与测得的声发射信息可求得破裂区域的方位和对应的破坏类型。(2)大尺度花岗岩实验室水力压裂裂缝起裂孕育、裂缝起裂和裂缝扩展延伸过程破裂演化特征研究。选取1m尺度的鲁灰花岗岩试件,在试件中心位置钻通孔并在钻孔两侧用60MPa后混合式磨料二相流岩石割缝设备预制裂纹,使用大型真三轴试验机施加围压,高精度伺服水泵恒流注水施加水压,进行不同水平应力差条件下的水力压裂实验,观测记录压裂过程中围压、钻孔压力和声发射信号;根据实验结果将压裂过程划分为三个阶段:起裂孕育阶段、起裂阶段和裂缝扩展延伸阶段,结合各个阶段内的细分时段新增破裂区域形态、累积破裂形态、破坏类型和最大破裂连通团变化情况研究压裂过程的破裂演化特征,分析水力裂缝的起裂、扩展、转向、延伸过程的破裂特征。根据分布位置将新增破裂事件划分为四类,研究了不同压裂过程中破裂演化模式,并使用最大破裂连通团(n)与累积破裂区域(N)的比值(n/N)和破裂集中度来研究压裂破裂演化过程。(3)大尺度油页岩实验室水力压裂破裂演化特征研究。油页岩试件取自辽宁抚顺露天矿,尺寸达1400mm,经过水泥包裹充填制成外观为直径1400mm,高800mm的圆柱形试件,设置13个钻孔,从位于中心区域的7#号孔注入流量为100m L/min压力水,观测记录压裂中各个钻孔内的压力和声发射信号,研究水平层理结构发育岩体压裂过程中的破裂演化特征。经过上诉研究过程,本文获得到的主要结论如下:(1)声发射实时定位监测反演岩体破裂演化方法是一种可行、有效的研究岩体压裂破裂演化研究方法,可对压裂过程中破裂区域进行实时监测。(2)通过研究大尺度花岗岩的水力压裂过程发现,随着水平应力差的增加花岗岩的起裂压力减小,最终产生的水力裂缝中沿预制裂缝扩展的直线段越短,起裂孕育,起裂过程中的破裂强度下降,裂缝扩展延伸阶段内的破裂强度增加,裂缝面的形成发育愈发在起裂阶段后的裂缝扩展延伸阶段中发生。(3)破裂区域的大范围连通多出现在压力上升过程中,多伴随拉伸占比下降,剪切占比上升的现象。剪切破裂更能反映裂缝面的扩展,起裂阶段的拉伸占比/剪切占比最高。(4)岩体破裂演化是4类事件组合作用的结果,D类事件是累积破裂区域的主要增长原因,B类和C类事件使得各自所属的破裂连通团区域增长,可将破裂演化模式分为五种。(5)低应力条件下破裂事件以A类为主,当局部应力出现集中时,破裂事件在此区域的出现概率增加,区域内新增破裂事件破裂集中度增加,破裂区域连通;之后随着部应力向周围岩桥传递,局部区域外开始出现较多分散破裂事件;伴随着破裂事件累积,新增破裂集中度又开始上升,局部区域内形成的破裂连通团向周围扩展。(6)联合n/N与破裂集中度的变化趋势可得到四种组合,每种组合对应的破裂演化的特征不同,分别为:主破裂区域发育占据主导,非主破裂区域发育占据主导,主破裂区域发育、外部区域破裂事件分散,破裂分散。
二、设备低应力脆性破坏的防治与管理(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、设备低应力脆性破坏的防治与管理(论文提纲范文)
(2)动载作用下损伤砂岩的力学特性与破裂特征(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 岩石损伤的表征 |
1.2.2 损伤岩石的力学性能研究 |
1.2.3 爆炸荷载作用下损伤岩体的破裂特征研究 |
1.2.4 目前研究存在的不足 |
1.3 研究内容与研究方法 |
1.3.1 研究内容 |
1.3.2 研究目标 |
1.3.3 研究方法 |
1.3.4 技术路线 |
2 动态荷载作用下损伤岩体的能量演化与破裂特征理论 |
2.1 受载岩体的损伤表征 |
2.1.1 受载岩体的损伤力学模型 |
2.1.2 受载岩体的速度结构演化 |
2.2 冲击荷载作用下损伤岩体的能量演化 |
2.3 爆炸荷载作用下损伤岩体的破裂特征 |
2.3.1 爆炸荷载作用下岩体的破裂特征 |
2.3.2 爆炸荷载作用下损伤岩体的破裂特征 |
2.4 本章小结 |
3 基于声发射检测受载砂岩的损伤、破裂与速度结构演化 |
3.1 概述 |
3.2 试验方案 |
3.3 试验过程 |
3.3.1 试件的制备 |
3.3.2 砂岩的孔隙率 |
3.4 单轴荷载作用下砂岩的损伤与破裂模式 |
3.4.1 试验装置与试验过程 |
3.4.2 砂岩的强度 |
3.4.3 单轴荷载作用下砂岩的声发射特性 |
3.4.4 单轴荷载作用下砂岩的破裂模式 |
3.4.5 单轴荷载作用下砂岩的量化损伤 |
3.5 单轴荷载作用下损伤砂岩的速度结构演化 |
3.6 循环荷载作用下受载砂岩的声发射信号特征 |
3.6.1 试验设备与试验过程 |
3.6.2 试验结果与分析 |
3.7 本章小结 |
4 冲击荷载作用下损伤砂岩的能量演化与破碎特征 |
4.1 损伤砂岩的冲击动力学试验 |
4.1.1 试件的制备 |
4.1.2 试验装置与试验过程 |
4.2 基于CT扫描砂岩损伤的表征 |
4.3 冲击荷载作用下损伤砂岩的强度变化和能量演化 |
4.3.1 动态应力平衡验证 |
4.3.2 损伤砂岩的动态抗压与劈裂抗拉强度分析 |
4.3.3 冲击荷载作用下损伤砂岩的能量演化 |
4.4 冲击荷载作用下损伤砂岩的裂纹扩展 |
4.4.1 冲击荷载压缩作用下损伤砂岩的裂纹扩展和走势 |
4.4.2 冲击荷载劈裂作用下损伤砂岩的裂纹扩展和走势 |
4.5 冲击荷载作用下损伤砂岩的破碎特征与几何分形 |
4.5.1 冲击荷载作用下损伤砂岩的破碎特征 |
4.5.2 冲击荷载作用下破碎岩块的几何分形 |
4.6 本章小结 |
5 爆炸荷载作用下损伤岩体的破裂特征与CT成像 |
5.1 爆炸荷载作用下损伤砂岩的破裂特征试验 |
5.1.1 试件的制备 |
5.1.2 试验设备与试验过程 |
5.2 损伤砂岩的表征 |
5.3 爆炸荷载作用下损伤砂岩的破裂特征 |
5.4 爆炸荷载作用下损伤砂岩的CT成像 |
5.5 本章小结 |
6 结论与展望 |
6.1 主要结论 |
6.2 创新点 |
6.3 展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介及在校期间主要科研成果 |
作者简介 |
攻读博士学位期间主要的科研成果 |
(3)坚硬顶板区域水力压裂裂缝三维扩展机理研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
1 绪论 |
1.1 选题意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 水力压裂理论研究现状 |
1.2.2 水力压裂数值模拟研究现状 |
1.2.3 水力压裂实验研究现状 |
1.3 存在的主要问题 |
1.4 主要研究内容 |
1.5 研究方法和技术路线 |
1.5.1 研究方法 |
1.5.2 技术路线 |
2 水力裂缝起裂特征研究 |
2.1 裂纹扩展准则与力学模型 |
2.2 起裂角影响因素分析 |
2.3 临界水压影响因素分析 |
2.4 T应力对起裂角和临界水压的影响 |
2.5 本章小结 |
3 钻孔周边水力裂缝三维扩展特征研究 |
3.1 基于真三轴水力压裂试验的裂缝三维扩展特征研究 |
3.1.1 水力压裂试验技术路线 |
3.1.2 钻孔起裂水力压裂试验 |
3.1.3 预制裂缝起裂水力压裂试验 |
3.2 基于格点法的裂缝三维扩展特征数值模拟研究 |
3.2.1 数值模拟方法简介 |
3.2.2 数值模拟与室内试验的对比分析 |
3.2.3 钻孔方位对水力裂缝三维扩展特征的影响 |
3.2.4 地应力对水力裂缝三维扩展特征的影响 |
3.2.5 预制切槽对水力裂缝三维扩展特征的影响 |
3.3 本章小结 |
4 层状岩体中水力裂缝越层扩展特征研究 |
4.1 水力裂缝越层扩展关键影响因素分析 |
4.2 层间理想接触条件下水力裂缝越层扩展特征 |
4.2.1 断裂韧度对水力裂缝越层扩展的影响 |
4.2.2 弹性模量对水力裂缝越层扩展的影响 |
4.2.3 水平应力对水力裂缝越层扩展的影响 |
4.2.4 分层压裂对水力裂缝越层扩展的影响 |
4.3 层间界面发育条件下水力裂缝越层扩展特征 |
4.4 本章小结 |
5 水力裂缝与天然裂缝交互作用研究 |
5.1 水力裂缝与天然裂缝交互作用理论分析 |
5.2 水力裂缝与天然裂缝交互作用关键影响因素研究 |
5.2.1 内摩擦角对水力裂缝与天然裂缝交互作用的影响 |
5.2.2 粘聚力对水力裂缝与天然裂缝交互作用的影响 |
5.2.3 应力差对水力裂缝与天然裂缝交互作用的影响 |
5.2.4 逼近角对水力裂缝与天然裂缝交互作用的影响 |
5.2.5 压裂液黏度对水力裂缝与天然裂缝交互作用的影响 |
5.2.6 注入速率对水力裂缝与天然裂缝交互作用的影响 |
5.3 水力裂缝与天然裂缝交互作用演化特征分析 |
5.4 水力裂缝与天然裂缝交互作用三维形态分析 |
5.5 本章小结 |
6 多缝扩展缝间干扰机制研究 |
6.1 裂缝诱导应力场理论模型 |
6.2 同步压裂缝间干扰关键影响因素研究 |
6.2.1 应力场对同步压裂缝间干扰的影响 |
6.2.2 弹性模量对同步压裂缝间干扰的影响 |
6.2.3 注射速率对同步压裂缝间干扰的影响 |
6.2.4 压裂液黏度对同步压裂缝间干扰的影响 |
6.3 压裂顺序对缝间干扰效应的影响分析 |
6.4 起裂点方位对缝间干扰效应的影响分析 |
6.5 压裂液返排对缝间干扰效应的影响分析 |
6.6 本章小结 |
7 坚硬顶板区域压裂井下试验 |
7.1 试验矿井概况 |
7.2 区域压裂钻孔布置方案 |
7.3 区域压裂技术与装备 |
7.4 区域压裂地面微震监测 |
7.5 区域压裂裂缝三维扩展特征分析 |
7.6 区域压裂裂缝三维扩展数值模拟研究 |
7.7 本章小结 |
8 结论与展望 |
8.1 主要结论 |
8.2 创新点 |
8.3 展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简历 |
学位论文数据集 |
(4)隧道块状节理岩体破坏前兆规律及块体垮塌监测预警方法(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 岩体结构探查与块体识别方面 |
1.2.2 节理岩体结构破坏过程分析方面 |
1.2.3 隧道围岩破坏监测预警方法方面 |
1.2.4 存在的问题与研究趋势 |
1.3 本文主要研究内容与创新点 |
1.3.1 研究内容 |
1.3.2 技术路线 |
1.3.3 创新点 |
第二章 “拉-压-剪”新型多功能岩石力学试验系统研发 |
2.1 节理岩体破裂的应力状态分析 |
2.2 岩桥破裂-岩块失稳灾变演化过程 |
2.3 “拉-压-剪”新型岩石力学试验系统 |
2.3.1 系统研制背景与设计思路 |
2.3.2 主体框架与新型试验装置 |
2.3.3 高精度液压伺服控制模块 |
2.3.4 数据实时采集与分析模块 |
2.3.5 试验机主要技术参数指标 |
2.4 试验系统可靠性验证分析 |
2.4.1 类岩石材料试样制备 |
2.4.2 试验过程与结果分析 |
2.5 本章小结 |
第三章 不同应力状态非贯通节理岩体破坏行为分析 |
3.1 试验总体思路与监测方案设计 |
3.1.1 试验思路与节理岩样制备 |
3.1.2 声-光-热-力多参量监测方案 |
3.2 拉伸破坏行为与多参量信息演化特征 |
3.2.1 岩桥张拉破裂多参量监测分析 |
3.2.2 节理贯通度对抗拉强度影响规律 |
3.3 压剪破坏行为与多参量信息演化特征 |
3.3.1 岩桥压剪破裂多参量监测分析 |
3.3.2 节理贯通度对压剪强度影响规律 |
3.4 拉剪破坏行为与多参量信息演化特征 |
3.4.1 岩桥拉剪破裂多参量监测分析 |
3.4.2 节理贯通度对拉剪强度影响规律 |
3.5 本章小结 |
第四章 不同应力状态岩桥破断过程声发射演化特征分析 |
4.1 基于RFPA模拟的岩石破裂类型概述 |
4.2 不同破坏模式AE参数特征对比分析 |
4.2.1 计数与能量演化特征 |
4.2.2 幅值与b值演化特征 |
4.3 不同破坏模式AE波形特征对比分析 |
4.3.1 频谱分析与主频分布特征 |
4.3.2 主频信息熵值演化特征 |
4.4 基于RA-AF值的拉、剪裂纹识别方法 |
4.4.1 RA-AF值裂纹判别法 |
4.4.2 不同破坏模式裂纹演化分析 |
4.5 基于AE多参数的岩体安全状态综合判识 |
4.6 本章小结 |
第五章 基于GMM-SVM裂纹自动识别的岩桥破断预警判据 |
5.1 机器学习方法概述 |
5.2 GMM-SVM模型介绍 |
5.2.1 高斯混合模型(GMM) |
5.2.2 支持向量机(SVM) |
5.2.3 GMM-SVM裂纹识别流程 |
5.3 基于RA-AF值的拉、剪裂纹自动识别 |
5.3.1 拉、剪裂纹自动识别方法 |
5.3.2 岩桥临近破断自动预警判据 |
5.4 基于RA-AF值的拉、剪、复合裂纹自动识别 |
5.4.1 裂纹直接三分类法 |
5.4.2 基于似然比的改进三分类法 |
5.5 本章小结 |
第六章 基于固有振动频率监测的岩块失稳突变预警判据 |
6.1 隧道围岩块体振动模型 |
6.1.1 动力特征参数 |
6.1.2 块体失稳模式 |
6.1.3 块体振动模型 |
6.2 块体失稳物理模拟试验研究 |
6.2.1 试验总体思路与装置介绍 |
6.2.2 试验方案与试验过程介绍 |
6.2.3 块体失稳固有振动频率演化 |
6.2.4 块体滑动摩擦声发射参数演化 |
6.3 基于固有频率的块体突变失稳预警方法 |
6.3.1 突变基本理论 |
6.3.2 尖点突变模型 |
6.3.3 静荷载下块体失稳突变预警判据 |
6.3.4 动荷载下块体失稳突变预警判据 |
6.4 块体垮塌灾变“声-振”监测模式与预警流程 |
6.4.1 监测模式与预警流程设计 |
6.4.2 监测指标隧道应用可行性 |
6.5 本章小结 |
第七章 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读博士期间参与的科研项目 |
攻读博士期间撰写的科技论文 |
攻读博士期间授权的发明专利 |
攻读博士期间获得的荣誉奖励 |
学位论文评阋及答辩情况表 |
(5)陕蒙深部矿区典型动力灾害发生机理及防治研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
1 引言 |
2 绪论 |
2.1 课题来源、研究背景及意义 |
2.1.1 课题来源 |
2.1.2 研究背景 |
2.1.3 论文研究意义 |
2.2 国内外研究现状 |
2.2.1 冲击地压发生机理研究现状 |
2.2.2 冲击地压监测预警研究现状 |
2.2.3 冲击地压防治技术研究现状 |
2.2.4 矿震发生机理、预测及防治研究现状 |
2.3 主要存在及亟待解决的问题 |
2.4 课题研究内容及技术路线 |
2.4.1 主要研究内容 |
2.4.2 研究方法 |
2.4.3 技术路线 |
3 陕蒙深部矿区动力灾害特征及其分类 |
3.1 陕蒙深部矿区典型地质开采条件特征 |
3.1.1 陕蒙深部矿区地层条件 |
3.1.2 陕蒙深部矿区煤岩体冲击倾向性 |
3.1.3 陕蒙深部矿区现阶段开采设计概况 |
3.2 陕蒙深部矿区典型开采条件下动力灾害特征 |
3.3 陕蒙深部矿区覆岩结构演化特征与力源类型 |
3.3.1 首采工作面开采边界条件下覆岩结构演化特征与力源类型 |
3.3.2 沿空工作面开采边界条件下覆岩结构演化特征与力源类型 |
3.3.3 两侧采空边界条件下覆岩结构演化特征与力源类型 |
3.4 陕蒙深部矿区动力灾害分类 |
3.5 本章小结 |
4 陕蒙深部矿井采动疏水应力叠加诱冲机理及其防治 |
4.1 采动疏水应力叠加诱冲案例分析 |
4.2 采动疏水应力叠加冲击地压力学模型 |
4.2.1 疏水对工作面支承压力的影响 |
4.2.2 推采速度对支承压力的影响 |
4.2.3 采动疏水应力叠加诱冲机制 |
4.3 疏水区开采冲击地压发生机制的相似材料模拟 |
4.3.1 相似材料模拟模型 |
4.3.2 相似模拟揭示的疏水后应力演化规律 |
4.4 采动疏水应力叠加冲击地压发生机制的数值模拟 |
4.4.1 数值模拟揭示的疏水前后应力分布规律 |
4.4.2 不同推采速度过疏水影响区支承压力分析 |
4.5 疏水前后221_上06工作面冲击危险区划分 |
4.5.1 221_上06工作面富水区疏水概况 |
4.5.2 221_上06工作面④号富水区疏水前冲击危险区划分 |
4.5.3 221_上06工作面④号富水区疏水后冲击危险区划分 |
4.5.4 221_上06工作面④号富水区疏水前后冲击危险区对比分析 |
4.6 采动疏水应力叠加冲击地压防治 |
4.6.1 疏水增压区的防治措施 |
4.6.2 疏水影响区域推采速度的动态调控 |
4.7 本章小结 |
5 陕蒙深部矿井宽区段煤柱应力叠加诱冲机理及其防治 |
5.1 陕蒙深部矿井宽区段煤柱诱冲案例分析 |
5.2 区段煤柱所处应力环境分析 |
5.2.1 不同埋深条件下宽区段煤柱应力环境分析 |
5.2.2 不同宽度条件下区段煤柱应力环境分析 |
5.3 宽区段煤柱诱发冲击地压机理研究 |
5.3.1 区段煤柱破坏分区 |
5.3.2 不同区段煤柱弹性核区宽度数值分析 |
5.3.3 宽区段煤柱应力演化规律 |
5.3.4 宽区段煤柱诱发冲击地压机理 |
5.4 区段煤柱诱发冲击地压防治与现场应用 |
5.4.1 理论计算和现场监测结果 |
5.4.2 已留宽区段煤柱冲击地压防治对策 |
5.4.3 宽区段煤柱诱发冲击地压防治措施现场实施方案 |
5.4.4 下阶段基于防冲的窄煤柱宽度设计 |
5.5 本章小结 |
6 陕蒙深部矿井隔离煤柱区硬岩破断型矿震机理 |
6.1 隔离煤柱区硬岩破断型矿震案例 |
6.1.1 工程地质概况 |
6.1.2 工作面现场矿震发生情况 |
6.2 隔离煤柱区硬岩破断型矿震发生机理 |
6.2.1 关键层挠度弯曲变形分析 |
6.2.2 采动引起的隔离煤柱压缩量分析 |
6.2.3 煤柱压缩量与关键层挠曲变形量关系分析 |
6.3 基于“冲击-矿震”协同控制的隔离煤柱宽度设计 |
6.4 数值模拟和现场监测分析验证 |
6.4.1 理论计算验证 |
6.4.2 数值模拟分析验证 |
6.4.3 微震监测分析验证 |
6.5 本章小结 |
7 结论 |
7.1 主要结论 |
7.2 创新点 |
7.3 不足与展望 |
参考文献 |
作者简历及在学研究成果 |
学位论文数据集 |
(6)受载煤体损伤过程微电流效应及其机理研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
abstract |
变量注释表 |
1 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 存在问题及不足 |
1.4 主要研究内容及技术路线 |
2 煤体受载微电流测试系统及试验研究 |
2.1 煤体受载微电流测试系统 |
2.2 试样及试验方案 |
2.3 试验结果初步分析 |
2.4 本章小结 |
3 煤体损伤过程微电流响应规律及特征 |
3.1 试样及加载方案 |
3.2 微电流与煤体力学行为间的定量关系 |
3.3 微电流衰减规律 |
3.4 本章小结 |
4 基于微电流的煤体损伤演化规律及能量转化关系 |
4.1 损伤力学基本理论 |
4.2 受载煤体损伤演化分析 |
4.3 煤体损伤过程能量演化规律及转化关系 |
4.4 本章小结 |
5 受载煤体损伤微电流产生机理及其模型 |
5.1 电学基本概念和理论 |
5.2 煤的组成与结构 |
5.3 煤体变形破裂电荷产生机制 |
5.4 煤体损伤微电流产生机理 |
5.5 极化弛豫与微电流衰减机理 |
5.6 本章小结 |
6 回采工作面煤体微电流响应现场试验研究 |
6.1 试验地点概况 |
6.2 矿井微电流监测系统及装备 |
6.3 测点布置及试验方案 |
6.4 回采过程煤体微电流响应规律 |
6.5 本章小结 |
7 全文总结、创新点及展望 |
7.1 全文总结 |
7.2 创新点 |
7.3 展望 |
参考文献 |
作者简介 |
学位论文数据集 |
(7)岩石变形破坏过程中的能量演化机制与灾变特征分析(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
abstract |
变量注释表 |
1 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 研究现状 |
1.3 研究内容与创新点 |
1.4 研究方案与技术路线 |
2 基于能量理论的岩石变形破坏特征分析 |
2.1 引言 |
2.2 岩石变形破坏过程中的能量形式 |
2.3 能量损伤理论 |
2.4 岩石破裂形式和程度表征 |
2.5 岩石能量演化的微观机制 |
2.6 小结 |
3 岩石变形破坏过程中的能量演化规律 |
3.1 引言 |
3.2 应变能密度计算方法 |
3.3 单轴加载下不同岩性岩石的能量演化 |
3.4 不同围压下不同岩性岩石的能量演化 |
3.5 本章小结 |
4 岩石破坏能量特征的细观结构效应 |
4.1 引言 |
4.2 围压对岩石能量演化的影响机制分析 |
4.3 岩石能量特征与岩石组分的关联 |
4.4 岩石能量特征与断口微观形貌的关联 |
4.5 岩石能量特征与断裂面粗糙度的关联 |
4.6 小结 |
5 基于能量演化规律的岩石破坏烈度研究 |
5.1 引言 |
5.2 能量释放率和能量耗散率定义 |
5.3 单轴加载下不同岩性岩石的破坏烈度分析 |
5.4 不同围压下不同岩性岩石的破坏烈度分析 |
5.5 本章小结 |
6 岩石失稳破裂的能量灾变准则研究 |
6.1 引言 |
6.2 不同岩性岩石的损伤演化分析 |
6.3 岩石失稳破裂的能量灾变准则 |
6.4 本章小结 |
7 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 展望 |
参考文献 |
作者简历 |
学位论文数据集 |
(8)综采工作面煤层注水渗流模型及防突机理研究与应用(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
1 引言 |
2 文献综述 |
2.1 选题的意义及目的 |
2.1.1 选题意义 |
2.1.2 课题来源及目的 |
2.2 国内外煤层注水渗流模型的研究现状 |
2.2.1 煤层注水技术的研究现状 |
2.2.2 多孔介质多相渗流理论的研究现状 |
2.2.3 煤层注水渗流数值模拟的研究现状 |
2.3 国内外水力化防突技术及其防突机理的研究现状 |
2.3.1 煤与瓦斯突出机理的研究现状 |
2.3.2 水力化防突技术的研究现状 |
2.3.3 煤层注水防突机理的研究现状 |
2.4 课题的研究内容及方法 |
2.4.1 研究内容 |
2.4.2 研究方法 |
3 综采工作面煤层注水两相渗流模型研究 |
3.1 综采工作面煤层注水两相渗流过程及影响因素 |
3.1.1 煤层注水两相渗流过程 |
3.1.2 煤层注水两相渗流影响因素 |
3.2 综采工作面煤层注水两相渗流物理模型及假设条件 |
3.2.1 多孔介质水气两相渗流机理 |
3.2.2 煤层注水两相渗流物理模型 |
3.2.3 煤层注水两相渗流假设条件 |
3.3 综采工作面煤层注水两相渗流数学模型的建立 |
3.3.1 水相渗流区域数学模型 |
3.3.2 瓦斯相渗流区域数学模型 |
3.3.3 两相交界面数学模型 |
3.3.4 含水饱和度分布数学模型 |
3.4 本章小结 |
4 综采工作面煤层注水两相渗流及影响因素的数值模拟研究 |
4.1 数值模拟方法及模型参数设定 |
4.1.1 数值模拟方法 |
4.1.2 数值模型建立及参数设定 |
4.2 综采工作面煤层注水两相渗流的数值模拟及分析 |
4.2.1 两相压力分布规律 |
4.2.2 两相渗流速度分布规律 |
4.2.3 含水饱和度分布规律 |
4.2.4 综采工作面煤层注水两相渗流规律分析 |
4.3 综采工作面煤层注水影响因素的数值模拟及分析 |
4.3.1 注水压力 |
4.3.2 注水时间 |
4.3.3 封孔深度 |
4.3.4 注水孔直径 |
4.3.5 煤层瓦斯压力 |
4.3.6 溶液表面张力 |
4.4 本章小结 |
5 煤层注水对综采工作面突出因素影响的实验研究 |
5.1 综采工作面煤与瓦斯突出因素分析 |
5.2 煤层注水对煤体物理力学性质影响实验 |
5.2.1 对煤体突出强度的影响 |
5.2.2 对煤体脆性系数的影响 |
5.2.3 对煤体力学参数的影响 |
5.3 煤层注水对煤体瓦斯赋存影响实验 |
5.3.1 实验装置、计算方法及实验方案 |
5.3.2 不同粒度干燥煤样的瓦斯吸附-解吸实验结果与分析 |
5.3.3 注水对煤体瓦斯驱排效应的影响 |
5.3.4 注水对煤体瓦斯置换效应的影响 |
5.3.5 注水对煤体瓦斯抑制效应的影响 |
5.4 煤层注水对煤体孔隙瓦斯吸-脱附特性影响实验 |
5.4.1 实验装置及实验方案 |
5.4.2 注水对孔隙瓦斯吸脱-附特性的影响 |
5.4.3 注水对孔隙特征的影响 |
5.4.4 注水改变孔隙吸-脱附特性机理分析 |
5.5 本章小结 |
6 基于煤层注水的综采工作面防突机理研究 |
6.1 煤层注水对煤体应力及瓦斯分布影响的研究 |
6.1.1 研究方法及控制方程 |
6.1.2 煤层注水对煤体应力分布的影响 |
6.1.3 煤层注水对煤体瓦斯分布的影响 |
6.2 综采工作面煤层注水防突机理的综合分析 |
6.2.1 煤层注水对煤体物理力学性质影响机理分析 |
6.2.2 煤层注水对煤体应力影响机理分析 |
6.2.3 煤层注水对煤体瓦斯影响机理分析 |
6.2.4 煤层注水防突作用机理综合分析 |
6.3 本章小结 |
7 综采工作面煤层注水防突的现场试验研究 |
7.1 现场概况 |
7.1.1 矿井概况 |
7.1.2 工作面概况 |
7.2 煤层注水防突工艺方案的制定 |
7.2.1 煤层可注性分析 |
7.2.2 煤层注水系统的布置 |
7.2.3 煤层注水防突工艺参数的选取 |
7.3 煤层注水湿润煤体效果的测定及验证 |
7.3.1 测定方案 |
7.3.2 测定结果及分析 |
7.3.3 现场试验与数值模拟结果的对比验证 |
7.4 煤层注水防突效果测定及分析 |
7.4.1 注水前后煤体瓦斯压力及瓦斯含量变化 |
7.4.2 注水前后煤体突出危险性指标的变化 |
7.4.3 注水前后瓦斯排放孔中瓦斯涌出速度的变化 |
7.5 本章小结 |
8 结论 |
8.1 结论 |
8.2 创新点 |
8.3 建议及展望 |
参考文献 |
作者简历及在学研究成果 |
学位论文数据集 |
(9)侏罗系弱胶结软岩巷道变形失稳机制及应用研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 选题的背景和意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 弱胶结软岩物理力学性质研究现状 |
1.2.2 弱胶结软岩巷道变形失稳机制研究 |
1.2.3 弱胶结软岩巷道支护理论与控制技术研究 |
1.3 研究现状评述及存在的问题 |
1.4 研究内容、方法与技术路线 |
1.4.1 研究内容 |
1.4.2 研究方法和技术路线 |
2 弱胶结软岩物理力学特性与巷道宏观失稳特征研究 |
2.1 工程概况 |
2.2 岩体基本物理力学特性分析 |
2.2.1 试件选取和加工 |
2.2.2 岩石物理特性分析 |
2.2.3 岩石力学特性分析 |
2.3 巷道宏观失稳特征分析 |
2.3.1 顶板围岩离层特征 |
2.3.2 冒落区宏观失稳特征 |
2.3.3 巷道围岩宏观失稳原因分析 |
2.4 本章小结 |
3 弱胶结软岩本构模型与参数辨识研究 |
3.1 损伤力学理论基础 |
3.1.1 岩石损伤变量理论基础 |
3.1.2 岩石屈服准则 |
3.1.3 岩石损伤脆塑性损伤模型 |
3.2 弱胶结软岩本构模型建立 |
3.2.1 岩石损伤本构模型的建立 |
3.2.2 岩石损伤本构模型的参数确定 |
3.3 弱胶结软岩本构模型参数辨识及验证 |
3.3.1 岩石参数取值 |
3.3.2 Hoek-Brown参数辨识及对模型的影响 |
3.3.3 Weibull参数辨识及对模型的影响 |
3.3.4 残余强度对模型的影响 |
3.3.5 模型的验证 |
3.4 本章小结 |
4 弱胶结软岩巷道变形失稳机制力学分析 |
4.1 巷道顶板离层机理分析 |
4.1.1 巷道顶板岩梁内力分析 |
4.1.2 巷道顶板离层失稳原因 |
4.2 巷道顶板冒落力学分析 |
4.2.1 裂隙尖端应力场分析 |
4.2.2 复合断裂准则 |
4.2.3 巷道顶板裂隙扩展参数分析 |
4.2.4 巷道顶板失稳机制分析 |
4.3 本章小结 |
5 弱胶结软岩巷道围岩变形演化规律数值模拟分析 |
5.1 层理结构面对煤巷围岩稳定性影响 |
5.1.1 层理结构面对围岩应力场演化规律 |
5.1.2 层理结构面对围岩塑性区演化规律 |
5.1.3 层理结构面对围岩位移场演化规律 |
5.2 侧压力系数对巷道围岩稳定性影响 |
5.2.1 侧压力系数对围岩应力场演化规律 |
5.2.2 侧压力系数对围岩塑性区演化规律 |
5.2.3 侧压力系数对围岩位移场演化规律 |
5.3 断面形式对煤巷围岩稳定性影响 |
5.3.1 断面形式对围岩应力场演化规律 |
5.3.2 断面形式对围岩塑性区演化规律 |
5.3.3 断面形式对围岩位移场演化规律 |
5.4 本章小结 |
6 弱胶结软岩巷道变形失稳物理模拟 |
6.1 试验模型设计 |
6.1.1 试验目的 |
6.1.2 试验过程 |
6.2 试验结果对比分析 |
6.2.1 常规支护方案分析 |
6.2.2 第二种支护方案分析 |
6.2.3 对比分析 |
6.3 本章小结 |
7 弱胶结软岩巷道围岩控制及工程应用 |
7.1 巷道围岩控制技术研究 |
7.1.1 试验巷道工程概况 |
7.1.2 巷道围岩支护方案 |
7.2 试验巷道支护效果评价 |
7.2.1 矿压监测方案 |
7.2.2 支护方案评价 |
7.3 本章小结 |
8 结论与展望 |
8.1 主要结论 |
8.2 主要创新点 |
8.3 研究展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介及读研期间主要科研成果 |
(10)声发射实时定位监测岩体压裂破裂演化方法与规律研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 选题背景 |
1.2 水力压裂国内外研究现状概述 |
1.2.1 水力压裂机理研究现状 |
1.2.2 水力压裂破裂演化特征研究现状 |
1.3 论文主要研究内容 |
第2章 大尺度花岗岩水力压裂实验研究 |
2.1 试件制备与实验方案 |
2.1.1 试件 |
2.1.2 实验设备 |
2.2 实验方法 |
2.3 压裂结果 |
2.4 压裂过程P-t曲线特征研究 |
2.5 裂缝形态特征研究 |
2.6 压裂过程中声发射能率和累计能量特征研究 |
2.7 压裂过程破坏类型特征研究 |
2.8 控制水力压裂裂缝扩展特征研究 |
2.9 本章小结 |
第3章 实时声发射监测反演岩体破裂演化方法研究 |
3.1 声发射定位岩体空间破裂区域反演模型研究 |
3.1.1 基本假设 |
3.1.2 破裂区域形状与方位 |
3.1.3 研究区域内各点破裂强度 |
3.1.4 破裂连通团 |
3.2 岩体破裂形态分析方法—以花岗岩压裂为例 |
3.2.1 花岗岩控制水力压裂破裂区域空间分布形态 |
3.2.2 花岗岩控制水力压裂破裂区域平面形态 |
3.3 基于破坏类型的破裂区域确定模型与方法研究 |
3.3.1 实时声发射监测定位信息确定岩石破裂类型的分类方法 |
3.3.2 破裂形态 |
3.4 本章小结 |
第4章 花岗岩压裂裂缝孕育起裂破裂演化特征研究 |
4.1 引言 |
4.2 起裂孕育阶段破裂演化特征研究 |
4.2.1 水平应力差3MPa,起裂孕育破裂演化研究 |
4.2.2 水平应力差4.3MPa,起裂孕育破裂演化研究 |
4.2.3 水平应力差6MPa,破裂孕育破裂演化 |
4.3 起裂阶段破裂演化特征研究 |
4.3.1 水平应力差3MPa,起裂阶段破裂演化研究 |
4.3.2 水平应力差4.3MPa,起裂阶段破裂演化研究 |
4.3.3 水平应力差6MPa,起裂阶段破裂演化研究 |
4.4 裂缝孕育起裂破裂演化控制因素分析 |
4.4.1 水平应力差 |
4.4.2 初始破裂 |
4.4.3 破坏类型 |
第5章 花岗岩压裂裂缝扩展延伸破裂演化特征研究 |
5.1 引言 |
5.2 水平应力差3MPa,裂缝扩展延伸破裂演化研究 |
5.3 水平应力差4.3MPa,裂缝扩展延伸破裂演化研究 |
5.4 水平应力差6MPa,裂缝扩展延伸破裂演化研究 |
5.5 压裂裂缝起裂扩展转向延伸破裂特征分析 |
第6章 岩体破裂演化模式研究 |
6.1 引言 |
6.2 n/N值 |
6.3 破裂演化模式研究 |
6.4 破裂集中度研究 |
第7章 大尺度油页岩压裂破裂演化研究 |
7.1 引言 |
7.2 试件制备与实验方案 |
7.2.1 油页岩试件 |
7.2.2 实验方案 |
7.3 压裂P-t曲线 |
7.4 压裂过程破裂演化特征 |
7.5 讨论 |
第8章 结论与展望 |
8.1 主要结论 |
8.2 不足与展望 |
参考文献 |
攻读学位期间取得的科研成果 |
致谢 |
四、设备低应力脆性破坏的防治与管理(论文参考文献)
- [1]含裂纹损伤钢构件的拉伸试验及其呈现脆性性能的概率分析方法[D]. 余柳明. 东华理工大学, 2021
- [2]动载作用下损伤砂岩的力学特性与破裂特征[D]. 郑强强. 安徽理工大学, 2021(02)
- [3]坚硬顶板区域水力压裂裂缝三维扩展机理研究[D]. 赵凯凯. 煤炭科学研究总院, 2021
- [4]隧道块状节理岩体破坏前兆规律及块体垮塌监测预警方法[D]. 胡杰. 山东大学, 2021(10)
- [5]陕蒙深部矿区典型动力灾害发生机理及防治研究[D]. 王博. 北京科技大学, 2021
- [6]受载煤体损伤过程微电流效应及其机理研究[D]. 李德行. 中国矿业大学, 2021
- [7]岩石变形破坏过程中的能量演化机制与灾变特征分析[D]. 高琳. 中国矿业大学, 2021(02)
- [8]综采工作面煤层注水渗流模型及防突机理研究与应用[D]. 王龙飞. 北京科技大学, 2021(08)
- [9]侏罗系弱胶结软岩巷道变形失稳机制及应用研究[D]. 蔡金龙. 安徽理工大学, 2020(07)
- [10]声发射实时定位监测岩体压裂破裂演化方法与规律研究[D]. 毛瑞彪. 太原理工大学, 2020(01)