大块煤样渗透试验装置研制及应用

介绍了自主研发的大煤样渗透试验系统,该系统由瓦斯源、瓦斯压力测试、瓦斯流量测试、伺服加栽、声发射检测和渗透试验装置等单元组成,可进行大块煤样（150mm×150mm×150mm）的渗透性试验．该试验装置具有以下特点：能够进行含有原生节理、裂隙和层理的大块煤样的渗透性试验;检测到的煤样应力、声发射（AE）、瓦斯压力与瓦斯流量具有良好相关性,瓦斯流量最低处于煤样弹性阶段后期,瓦斯流量增加始于煤样屈服点,瓦斯流量最大滞后于煤样的峰值强度;试验系统具有伺服控制重复加载、操作简单、系统气密封性好等特点;能够反映煤体应力对煤体渗透性的影响,能逼真再现工作面前方煤体受力状态下的渗透性特征．研究结果可为工作面前方煤体瓦斯抽放方案的制订和安全生产管理提供依据．     

大理岩抗拉强度的离散性及与厚度的关系

大理岩劈裂抗拉强度具有较大的离散性,并受非均质性、劈裂形式及尺寸效应等多种因素影响.采用钢丝垫条形式的大理岩劈裂抗拉强度离散度小于采用钢平板形式的离散度;大理岩劈裂抗拉强度值越高,其离散度越小;采用钢丝垫条形式的劈裂抗拉强度在总趋势上随厚度的增加先增加后减小;而采用平板形式的劈裂抗拉强度随厚度的增加而减小.     

城郊矿煤样冲击倾向性指数的试验研究

利用 RMT-150B 伺服试验机对城郊矿煤样进行冲击倾向性试验,试验结果表明：测定冲击倾向性指数时煤样峰后变形特征与加载控制方式相关,测定动态破坏时间采用应力控制方式,冲击能量指数则采用应变控制方式;煤样的抗压强度与弹性模量、冲击能量指数、弹性能量指数和剩余能量指数呈正相关,而与动态破坏时间呈负相关,表明煤样抗压强度越高时发生冲击地压的危险程度越大;煤样的冲击能量指数与弹性能量指数,弹性能量指数与剩余能量指数均具有良好的正相关性;动态破坏时间与冲击能量指数具有呈良好负相关;剩余能量指标和弹性模量能否作为评判煤层冲击性等级划分有待进一步研究;城郊矿二2煤层煤样的动态破坏时间为306 ms、弹性能量指数为5.91、冲击能量指数为2.48、单轴抗压强度为8.86 MPa,依据规程模糊综合法评判二2煤层属于弱冲击类。     

温度因子对深部开采影响的研究现状与展望

我国煤矿正在逐步进入深部开采阶段,温度因子在深部矿井开采中的影响权重较浅部开采时明显增大,因高温带来的问题已经成为深部矿井开采中的主要难题之一。在综合分析深部开采高温问题有关研究成果的基础上,从温度对地下作业环境的影响,温度对岩石的本构关系,岩石强度和岩石变形等深部岩体力学性质的影响,温度对煤层自燃、深部岩石时-温效应的影响几个方面进行了综述,系统分析了温度因子在深部开采中的作用。最后指出了目前深部开采有关温度问题研究中存在的不足。     

岩石动静态参数间关系的研究

岩石由矿物颗粒组成,内部存在弱面、裂隙等结构,并非线弹性材料,动静态参数之间并没有确定的力学关系.含有大量裂隙的砂岩、煤等软弱岩石,动态模量大于平均模量;大理岩的动态模量大于变形模量,但与平均模量的关系较为复杂;火成岩及其变质岩,动态模量可以小于变形模量.动态泊松比对波速极端敏感,与静态参数没有明确的关系.现场取回岩块已经卸载、脱水,岩样加工也会对材料产生损伤,内部出现张开裂隙,超声波速度降低.如某大理岩矿岩墙端头所测纵波速度的平均值就大于室内岩样纵波速度的最大值,因而以岩体与岩样纵波速度的比值评价岩体完整性将偏于不安全.     

大理岩三轴压缩变形破坏与能量特征研究

利用伺服试验机对大理岩进行了常规三轴压缩试验,基于试验结果,研究了岩样三轴压缩变形破坏及其能量特征。结果表明,低围压时岩样内部材料并未均匀化,岩石表现为应变软化特性;而高围压时岩样内部材料强度由低到高逐渐屈服,变形趋于均匀,岩石出现塑性流动特性。岩石峰值应变与围压成正线性关系;岩石残余强度对围压的敏感性显著高于峰值强度。岩石破坏应变能随着围压的增大而增大,且两者成正线性关系;岩石全部断裂能随着围压的增加亦成正线性增加。     

采矿平面应力相似模拟试验装置的研制

相似模拟试验是研究采矿工程问题常用的方法.基于采矿工程学科实验教学和科研的试验要求,自制了采矿平面应力相似模拟试验装置,该装置采用液压伺服控制、多油缸均布加载技术,较好地解决了以往模型试验采用杠杆加载、加载范围有限、均匀性差、模型的稳定性不好、载荷恒定以及调整困难等技术难题.可实现对采场、巷道进行相似模拟试验以及工字钢梁、木梁、钢筋混凝土构件等进行抗弯强度试验.静态伺服液压控制系统设计合理,操作方便,具有长期稳压功能,密封性能可靠,输出压力为0.2～31.5 MPa,且压力无级可调,压力传感器与数据采集仪连接可实现自动采集数据.     

含孔道大理岩圆柱试样的尺寸效应

为研究孔道尺寸对孔道试样力学特性的影响，选取质地均匀的中晶大理岩块，加工成直径50mm，长度100mm完整试样和含直径5，10，15mm孔道的试样，在伺服试验机上进行单轴和不同围压下常规三轴压缩试验．结果表明：不同孔径的试样，单轴压缩时强度和变形没有明显区别．常规三轴压缩时，低围压下试样的变形和强度没有明显区别，当围压达到40MPa时，随着孔道直径的增大，试样的强度和塑性变形明显减小．煤矿深埋井筒、巷道的变形破坏随埋深的增加而变的严重，维护也更加困难，支护形式和参数应随埋深的增加应进行适当调整．     

含天然贯通弱面石灰岩试样的力学性质研究

 为研究天然弱面对岩石力学特性的影响,对40个完整和含有53°～90°倾角的天然贯通弱面石灰岩试样进行纵波速度测试、单轴和常规三轴压缩试验。试验结果表明：纵波速度与弱面倾角和单轴抗压强度并没有明确的关系。试样破坏有沿弱面滑移、穿切弱面和复合破坏3种形式：弱面倾角为65°～80°时易沿弱面滑移破坏,强度明显偏低;弱面倾角小于65°或大于80°时出现穿切弱面破坏,强度和破裂角大致满足Coulomb 强度准则;有2个试样发生复合破坏,强度介于两者之间。石灰岩充填弱面的材料与主体类似,因而与完整试样具有相同的内摩擦因数 0.944;据此可以从三轴压缩强度扣除围压影响,得到40个试样材料强度为30.3～177.1 MPa,平均值为121.3 MPa,标准差为32.6 MPa,大致服从正态分布规律。因最弱断面的方向随试样而不同,其黏聚力也存在显著差异,引起试样三轴压缩的强度和破坏方式的显著不同。     

不同加载速率对石灰岩巴西劈裂特性的影响

利用RMT-150B岩石力学试验系统进行了6种加载速率下石灰岩圆盘试样的巴西劈裂试验,分析了圆盘试样劈裂破坏过程中的变形、强度、能量和破坏特征与加载速率的关系.试验表明:整个加载劈裂过程中压应力-压应变曲线大致可分为压密、弹性和破坏3个阶段,拉应力-拉应变曲线大致可分为弹性和破坏2个阶段,峰值前拉应力-拉应变始终保持良好的线性关系,平均峰值压应变、拉应变与加载速率没有明显关系.加载速率对试样劈裂强度、劈裂能率的影响大致相同:加载速率(0.005～0.5 kN/s)较低时,劈裂强度、劈裂能率随加载速率增加较为缓慢;加载速率(4.78～58.8 kN/s)较高时,劈裂强度、劈裂能率随加载速率增加较快,采用对数函数能够表征三者的关系,且劈裂强度与劈裂能率呈正相关,加载速率为0.005～58.8 kN/s范围内大多数圆盘试样劈裂成对称半圆,劈裂破口面宏观特征与加载速率关系不明显.