一第39卷第2期煤一一炭一一学一一报Vol.39一No.2一一2014年
2月
JOURNAL OF CHINA COAL SOCIETY
Feb.一
2014一
赵同彬,尹延春,谭云亮,等.基于颗粒流理论的煤岩冲击倾向性细观模拟试验研究[J].煤炭学报,2014,39(2):280-285.doi:10.13225/https://www.doczj.com/doc/f0529396.html,ki.jccs.2013.2017
Zhao Tongbin,Yin Yanchun,Tan Yunliang,et al.Bursting liability of coal research of heterogeneous coal based on particle flow microscop-ic test[J].Journal of China Coal Society,2014,39(2):280-285.doi:10.13225/https://www.doczj.com/doc/f0529396.html,ki.jccs.2013.2017
基于颗粒流理论的煤岩冲击倾向性细观模拟试验研究
赵同彬1,2,3,尹延春1,2,谭云亮1,2,魏一平2,邹建超2
(1.山东科技大学矿山灾害预防控制-省部共建教育部重点实验室培育基地,山东青岛一266590;2.山东科技大学矿业与安全工程学院,山东青岛一266590;3.中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京一100083)
摘一要:为了研究煤岩不同细观参数均质度对冲击倾向性的影响,利用细观颗粒流软件模拟了弹性模量和黏结强度分别服从Weibull 分布的非均质煤岩,并通过进行单轴压缩试验分析了破坏过程中的能量积聚与释放,研究了不同均质度m 的煤岩冲击倾向性三分析表明:颗粒弹性模量均质度m 与宏观弹性模量之间呈幂函数关系,m 越大,峰前积聚的能量越多,冲击倾向性越明显;颗粒间黏结强度均质度m 与宏观抗压强度之间呈幂函数关系,m 越大,峰前积聚的能量越多,煤岩破坏由塑性向脆性转化,峰后能量释放速度加快,冲击倾向性越明显;黏结强度均质性影响峰前的能量积聚和峰后的能量释放,而弹性模量均质性只影响峰前的能量积聚,黏结强度均质性对冲击倾向性的影响大于弹性模量,起主导作用三
关键词:颗粒流;煤岩冲击倾向性;细观非均质
中图分类号:TD324一一一文献标志码:A一一一文章编号:0253-9993(2014)02-0280-06
收稿日期:2013-10-20一一责任编辑:王婉洁
一一基金项目:国家重点基础研究发展计划(973)资助项目(2010CB226805);教育部高等学校博士学科点专项科研基金资助项目
(20123718110013);山东省 泰山学者 建设工程专项经费资助项目
一一作者简介:赵同彬(1975 ),男,黑龙江齐齐哈尔人,博士,副教授三通讯作者:尹延春(1988 ),男,山东济南人,博士研究生三E -mail:yycrsd
@https://www.doczj.com/doc/f0529396.html,
Bursting liability of coal research of heterogeneous coal
based on particle flow microscopic test
ZHAO Tong-bin 1,2,3,YIN Yan-chun 1,2,TAN Yun-liang 1,2,WEI Ping 2,ZOU Jian-chao 2
(1.State Key Laboratory Breeding Base for Mining Disaster Prevention and Control ,Shandong University of Science and Technology ,Qingdao 一266590,China ;2.College of Mining and Safety Engineering ,Shandong University of Science and Technology ,Qingdao 一266590,China ;3.Faculty of Resources and Safety En-
gineering ,China University of Mining and Technology (Beijing ),Beijing 一100083,China )
Abstract :To research the influence of different heterogeneous parameters on bursting liability of coal,the uniaxial compressing tests of heterogeneous coal based on Weibull distribution with different elastic modulus and bonding strength were simulated by using particle flow code(PFC).The accumulation and release of energy was studied,and bursting liability of coal with different heterogeneities was researched.The results indicate that the elastic modulus het-erogeneity has a power function relation with macroscopic modulus.With the increase of the modulus heterogeneity,more energy is accumulated before peak strength.The bursting liability of coal is more possible at high modulus hetero-geneity.The bond strength heterogeneity has a power function relation with compressive strength.With the increase of the strength heterogeneity,more energy is accumulated before peak strength,and the energy release speeds up after peak.The coal failure type transforms from plastic to fragility.The bursting liability of coal is more possible at high strength heterogeneity.The bond strength heterogeneity with influence on before and after peak strength has more im-pact on bursting liability of coal compared with modulus heterogeneity with influence only on before peak.
网络出版时间：2014-05-19 17:25网络出版地址：https://www.doczj.com/doc/f0529396.html,/kcms/doi/10.13225/https://www.doczj.com/doc/f0529396.html,ki.jccs.2013.2017.html
第2期赵同彬等:基于颗粒流理论的煤岩冲击倾向性细观模拟试验研究Key words:particle flow;bursting liability of coal;microscopic heterogeneity
一一岩石是一种典型的多孔介质,由多种大小二形状各不相同的矿物晶体组成,并由一定的胶结物黏结在一起三岩石在细观层次上其结构是非常不均匀的,是一种天然的非均质材料,其细观组成特性影响着岩石的物理力学性质二强度等宏观力学行为[1-3]三在岩石失稳破裂过程中,
展,
究岩石材料的冲击倾向性
热点问题,
于岩石非均匀性,
几何方法,
在此种假设基础上,
行了大量的研究[8-9]三
非均匀性符合Weibull
破坏形式的影响三
均匀岩石的单轴压缩试验,
朝等[12]
示出冲击倾向性指标E/λ
负指数关系三
基础上,
究了均质性对冲击倾向性的影响三
1一煤岩非均质颗粒流模型
1．1一颗粒流简介
煤岩是由矿物颗粒组成的,因此采用颗粒流程序能很好的模拟其细观特征,从本质上反映煤岩的宏观力学行为,是一种可以从细观层次研究力学问题的有效方法[13-14]三在颗粒流程序中,颗粒单元为圆形刚性体,之间的接触为柔性接触,并且存在黏结三颗粒流的黏结模型包括接触黏结模型和平行黏结模型,接触黏结表示颗粒之间点的黏结,常用于模拟散体材料,如土体;平行黏结模型表示颗粒之间面的黏结,常用于模拟密实材料,如煤岩三本文模拟选用的模型为平行黏结模型,该模型细观参数设定包括颗粒弹性模量和颗粒之间的黏结强度,可以分别设定2种参数的均质度,来分析其对冲击倾向性的影响三1．2一煤岩非均质模拟
Weibull分布是现阶段非均质研究中应用最广泛的细观参数设定方法,其概率分布函数P(x)和概率密度函数f(x)如下:
P(x)=1-exp[-(x/x0)m](1)
m-1
图1一Weibull分布概率密度曲线
Curve of probability density of Weibull distribution 为了分析颗粒弹性模量均质度与黏结强度均质度对冲击倾向性的不同影响,设计了2种方案
是黏结强度保持不变,改变颗粒弹性模量的均质度E0=10GPa;另一种是颗粒弹性模量保持不改变黏结强度的均质度,期望值σ0=50MPa三型的其他细观参数设定为:颗粒半径0．2~0．
800kg/m3,黏结半径1,摩擦因数0．1三
模型尺寸为标准试件50mm?100mm,为了防止颗粒溢出,墙体要加长三为了保证在区域内生成足够的颗粒来满足孔隙率,采用半径扩展法生成模型,先将颗粒半径缩小,生成颗粒,然后根据孔隙率将半径扩展三半径扩展后,颗粒间会出现不平衡力,通过循环消除不平衡力,使颗粒达到平衡状态,基本模型生成三然后对模型参数赋值,循环一定步数后消除不平衡力三模型生成后,通过移动顶部墙体来给试样施加荷载,加载速度为0．01mm/s三在计算过程中可以通过编写fish函数记录加载过程中的变形能变化过程,进而分析能量的积聚和释放三试件加载模型如图2所示,图中不同颜色的颗粒根据Weibull函数分别赋予不同的细观参数三
1．3一煤岩冲击倾向性指标
煤岩所具有的积蓄变形能并产生冲击式破坏的性质,可用一个或几个指数来衡量三根据中华人民共
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卷
图2一单轴压缩试验模型
Fig．2一Model of uniaxial compressing test
和国国家标准‘煤的冲击倾向性分类及指数的测定方法GB /T 25217．2 2010“,煤岩的冲击倾向性指数包括动态破坏时间DT 二弹性能量指数W ET 二冲击能量指数K E 二单轴抗压强度R C 三本文采用冲击能量指数作为判定冲击倾向性的标准,冲击能量指数是指试件在单轴压缩状态下,应力应变全过程曲线中峰值前积蓄的变形能与峰值后耗损的变形能之比,计算方法为式(3)三冲击倾向性的判定标准见表1三
K E =A s /A x (3)
式中,A s 为试件峰前积聚的变形能;A x 为峰后消耗的
变形能三
表1一煤岩冲击倾向性标准Table 1一Criterion of burst trend
类别1类2类3类冲击倾向无
弱
强
冲击能量指数
K E <1．51．5?K E <5．0
K E ?5．02一均质度对冲击倾向性的影响
2．1一颗粒弹性模量均质度的影响
图3为得到的煤岩不同颗粒弹性模量均质度m E
的应力-应变曲线,图4为宏观弹性模量E 随均质度的变化曲线三通过分析曲线可知,颗粒弹性模量均质度对单轴抗压强度影响很小,随着均质度的增大,宏观弹性模量增大,并且增大幅度逐渐减小,均质度m E 与宏观弹性模量大体呈幂函数关系:
E =-4．035?109m -0．472
E
+11．2?109(4)
一一图5为得到的不同弹性模量均质度m E 煤岩加载过程中裂纹数量变化曲线三由于各颗粒之间黏结强度一样,各模型在相同时刻产生裂纹三当均质度较小时,颗粒单元之间的弹性模量差距较大,煤岩偏软,压力施加速度较慢,试件裂纹生成演化时间较长,而均质度m E 较大的试件裂纹生成演化时间较短三由于黏结强度分布均匀,因此对最终裂纹的生成数量影响较小三
图3一不同弹性模量均质度的应力-应变曲线
Fig．3一Stress-strain curves with heterogeneous modulus
图4一弹性模量与均质度的关系曲线
Fig．4一Curve of elastic modulus and heterogeneity
图5一不同弹性模量均质度的裂纹曲线
Fig．5一Crack curves with heterogeneous modulus
图6为得到的不同弹性模量均质度煤岩加载过程中变形能变化曲线三在均质度较小时,煤岩破坏前积聚的能量较少,随着均质度的增大,能量积聚逐渐增多,而均质度对峰后能量的释放影响很小三
图6一不同弹性模量均质度的变形能曲线
Fig．6一Energy curves with heterogeneous modulus 图7为冲击能量指数随均质度的变化曲线,随着弹性模量均质度的增大,煤岩的冲击能量指数不断增大,冲击倾向性越明显三
2
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第2期赵同彬等:
基于颗粒流理论的煤岩冲击倾向性细观模拟试验研究
图7一
冲击能量指数与弹性模量均质度的关系曲线
Fig．7一Curve of impact energy index and heterogeneity
当弹性模量均质度m E 较小时,颗粒之间的弹性
模量差距较大,煤岩偏软,压力施加速度较慢,在加载过程中能量缓慢积聚,当局部应力超过颗粒间的黏结强度后,黏结破坏,生成裂纹,积聚的能量得到释放,由于裂纹的生成扩展时间较长,能量释放比较充分,煤岩在峰前积聚的能量较小,冲击倾向性较弱三当弹性模量均质度m E 较大时,颗粒之间的弹性模量差距较小,能量积聚过程较快,破坏前释放的能量较少,煤岩在峰前积聚的能量较大,冲击倾向性较强三2．2一颗粒黏结强度均质度的影响
图8为得到的煤岩不同颗粒间黏结强度均质度m σ的应力-应变曲线,图9为抗压强度σ随黏结强度均质度的变化曲线三通过分析曲线可知,颗粒间黏结强度的均质度对宏观弹性模量几乎没有影响,随着均质度的增大,煤岩的单轴抗压强度逐渐增大,并且增加幅度逐渐减小,两者之间大体呈幂函数关系,关系式为公式(5)三通过分析应力应变曲线的峰后变化可知,随着黏结强度均质度的增大,煤岩的破坏由塑性向脆性变化三
σ=-81．1?106m -0．2662
σ
+89．23?106(5)
一一图10为得到的不同黏结强度均质度m σ时煤岩加载过程中裂纹数量变化曲线三在均质度m σ较小时,试件中低强度的黏结数量较多,在很小的压力下试件就开始产生裂纹,并且扩展演化时间较长,产生的裂纹数量较多;随着m σ的增大,裂纹生成时刻延后,并且扩展时间逐渐变短,在较少的数量下煤岩就
图8一不同黏结强度均质度的应力-应变曲线
Fig．8一Stress-strain curves with heterogeneous strength
图9一抗压强度与均质度的关系曲线
Fig．9一Curve of heterogeneity and compressive strength
图10一不同黏结强度均质度的裂纹曲线Fig．10一Crack curves with heterogeneous strength 已完全破坏三
图11为不同黏结强度均质度m σ的煤岩破坏形
态,在均质度很小时,在模型表面随机分布着大量的微小裂隙,试件整体零散裂纹较多,随着均质度的增大,裂隙分布局部化现象越来越明显,逐渐向破裂带附近积聚三
图11一不同黏结强度均质度的试件破坏形态
Fig．11一Failure modes with heterogeneous strength
3
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一一图12为得到的不同黏结强度均质度m σ试件加载过程中变形能变化曲线三均质度较小时,峰前试件积聚的能量较小,而且峰后能量缓慢释放,冲击倾向性较弱三均质度较大时,峰前积聚的能量较大,而且峰后能量瞬间释放,易发生冲击现象
三
图12一
不同黏结强度均质度的变形能曲线
Fig．12一Energy curves with heterogeneous strength 图13为冲击能量指数随黏结强度均质度m σ的
变化曲线,随着均质度的增大,煤岩的冲击能量指数不断增大,冲击倾向性越明显三
图13一冲击能量指数与黏结强度均质度的关系曲线
Fig．13一Curve of impact energy index and heterogeneity 当煤岩黏结强度均质度m σ较小时,颗粒之间的
黏结强度差距较大,在很低的压力下,黏结开始破坏,并且贯穿整个加载过程,因此在加载过程中积聚的能量不断消耗,在峰前能量积聚量较小三由于黏结强度差距较大,局部裂纹扩展是不连续的,因此煤岩具有明显的屈服阶段,达到极限破坏强度后,煤岩缓慢破坏,峰后能量释放较慢三由于峰前积聚能量较小,峰后能量缓慢释放,因此均质度较小的煤岩冲击倾向性较弱,不易发生冲击现象三当黏结强度均质度m σ较大时,极限破坏强度较大,峰前积聚的能量较多三而且由于黏结强度之间差距较小,当黏结开始破坏时,将产生连锁效应,裂纹持续生成扩展,煤岩将在极短的时间内破坏,峰后能量释放迅速三由于峰前积聚能量较大,峰后能量释放迅速,因此均质度较大的煤岩冲击倾向性较强,易发生冲击现象三2．3一均质度参数影响的比较探讨
通过对比颗粒弹性模量均质度与颗粒间黏结强度均质度对冲击倾向性的影响可知:弹性模量均质度
对冲击能量指数的影响变化范围为4．64~6．15,而黏结强度均质度对冲击能量指数的影响变化范围为
1．53~6．31,黏结强度均质度对冲击倾向性的影响程度大于弹性模量,起主导作用三弹性模量是煤岩的弹性变形参数,该参数对煤岩弹性阶段的变形影响较大,而对塑性变形及峰后破坏的影响较小,只影响破坏前的能量积聚三而黏结强度对峰前和峰后的变形破坏情况都有影响,决定着峰前的能量积聚和峰后的能量释放过程,因此黏结强度均质度对冲击倾向性的影响较大三
3一结一一论
(1)颗粒流程序中的平行黏结模型可以很好地
模拟煤岩材料,该模型参数设定中包括颗粒弹性模量和黏结强度,可以分别实现2种不同参数的均质度,进而分析其对宏观力学性质的影响三
(2)颗粒弹性模量的均质度对单轴抗压强度的
影响很小,与宏观弹性模量呈幂函数关系三随着均质度的增大,煤岩均质性越好,破坏前积聚的能量增加,冲击倾向性越明显,发生冲击的几率越大三
(3)颗粒间黏结强度的均质度对宏观弹性模量
的影响很小,与抗压强度呈幂函数关系三随着均质度的增大,煤岩均质性越好,破坏前积聚的能量增加,而且由于破坏由塑性向脆性转化,峰后能量释放速度加快,因此均质度较大的煤岩具有明显的冲击倾向性,
易发生冲击现象三
(4)弹性模量均质度只影响煤岩破坏前的能量
积聚,而黏结强度均质度对破坏前的能量积聚和破坏后的能量释放都有影响,黏结强度均质度对冲击倾向性的影响远远大于弹性模量,起主导作用三参考文献:
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Mining&Safety Engineering,2013,30(5):712-716.
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目录 1 项目概况.................................................................................. 错误！未定义书签。 2 鉴定依据与内容 (1) 2.1 鉴定依据 (1) 2.2 鉴定内容 (1) 3 采样与试样加工 (2) 3.1 采样................................................................................ 错误！未定义书签。 3.2 试样加工 (2) 4 煤岩冲击倾向性鉴定 (2) 4.1 试验设备与仪器 (2) 4.2 煤岩冲击倾向性指标及其测试方法 (3) 4.2.1煤的冲击倾向性指标及其测试方法 (3) 4.2.2顶板岩层的冲击倾向性指标及其测试方法 (4) 4.3 试验结果 (5) 4.3.1 煤样的物理、力学性质 (5) 4.3.2 岩样的物理、力学性质 (6) 4.3.3 煤层冲击倾向性鉴定 (9) 4.3.4 顶板冲击倾向性鉴定结果 (11) 4.3.5 底板冲击倾向性鉴定结果 (12) 5 结论与建议 (12) 5.1结论 (12) 5.2建议................................................................................. 错误！未定义书签。
2 鉴定依据与内容 2.1 鉴定依据 本次试验依据中华人民共和国国家标准《煤和岩石物理力学性质测定方法》和《冲击地压测定、监测与防治方法》开展，具体包括： （1）中华人民共和国国家标准GB/T 23561.1-2009 《采样一般规定》； （2）中华人民共和国国家标准GB/T 23561.3-2009 《煤和岩石块体密度测试方法》； （3）中华人民共和国国家标准GB/T 23561.6-2009 《煤和岩石含水率测定方法》； （4）中华人民共和国国家标准GB/T 23561.7-2009 《单轴抗压强度测定及软化系数计算方法》； （5）中华人民共和国国家标准GB/T 23561.8-2009 《煤和岩石变形参数测定方法》； （6）中华人民共和国国家标准GB/T 23561.10-2010 《煤和岩石抗拉强度测定方法》； （7）中华人民共和国国家标准GB/T 23561.11-2010 《煤和岩石抗剪强度测定方法》； （8）中华人民共和国国家标准GB/T 25217.1-2010 《顶板岩层冲击倾向分类及指数的测定方法》； （9）中华人民共和国国家标准GB/T 25217.2-2010 《煤的冲击倾向分类及指数的测定方法》； （10）东大煤矿相关地质资料。 （11）检测合同。 2.2 鉴定内容 此次煤及其顶、底板岩层的物理力学性质及冲击倾向性鉴定项目如下： （1）煤的物理、力学性质 分别测试煤样的视密度、含水率、单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊
中国矿业大学 2 级硕士研究生课程考试试卷 考试科目岩土工程数值计算法 考试时间 学生姓名 学号 所在院系 任课教师 中国矿业大学研究生院培养管理处印制
《岩土工程数值计算法》课程报告课程报告分析的论文是安徽理工大学岩土工程专业乔成的硕士学位论文《深部巷道锚网喷支护结构的数值模拟与优化设计研究》。目前，数值分析方法有很多种，如有限差分法、有限单元法、边界单元法、离散单元法等。有着理论推演和试验分析无法比拟的优越性，更加贴近实际工程运用。但其求解问题的方法也是不同求解方法的近似解，要么是对基本方程和相应定解条件的直接近似求解；要么是求解原问题的等效积分方程的近似解；或者将连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题再求近似解等等。在实际运用的的时候存在很多局限和不合理性。本报告基于硕士学位论文《深部巷道锚网喷支护结构的数值模拟与优化设计研究》的主要内容及该论文中的数值分析方法。对论文里数值计算与行文中存在的问题进行了分析，概括了文中的创新点，对数值分析的运用做出了总体评价，并提出了自己的一些建议。 0论文主要内容简述 文中探讨了深部巷道开挖过程中及开挖之后围岩的变形与力学特征，（岩体变形具有较强的时间效应，表现为流变或蠕变明显；扩容现象突出；大偏应力下岩体内部节理、裂隙、裂纹张开，出现新裂纹；变形非连续性明显，突然剧烈增加，且具有软岩的力学特性。）讨论了影响巷道变形的主要因素，认为地应力水平和围岩性质是影响巷道稳定的主要因素，并通过对工程实测数据与数值模拟分析对比，讨论了巷道开挖后两种关键因素作用下围岩应力场和位移场的分布情况与变化规律。在此基础上，通过围岩分类法，建立了基于定量指标JV的Hoek-Brown强度参数a和s的线性修正本构关系，并将该强度准则应用于数值模拟之中。在数值模拟分析中，利用FLAC3D对钱营孜煤矿风井巷道的进行了锚喷支护模拟分析，并结合实测数据，提出了风井巷道的锚喷支护参数提出了优化方案。 1文中所用有限差分法软件FLAC3D简介 FLAC3D是美国ITASCA公司在FLAC（Fast Lagrangian Analysis of Continua）基础上开发的三维数值分析软件，并在岩土工程数值计算中得到了广泛应用。其可实现对岩石、土和支护结构等建立高级三维模型，进行复杂的岩土数值分析与设计。 程序采用的是快速拉格朗日方法，基于显式差分来获得模型的全部运动方程（包括内变量）的时间步长解。程序将计算模型划分为若干个不同形状的三维单
《采煤机截割破碎理论的相似模拟研究》 本文利用相似理论对采煤机截割模拟煤壁过程进行了实验，通过控制变量的方法，采用正交实验的手段对采煤机截割比能耗及其影响因素进行了研究，并通过回归分析的方法对结论进行了验证。实验中采用的相似比为1:6，通过改变原料配比获得了三组不同性质的模拟煤壁，选用不同的截割参数分别对模拟煤壁进行了截割测试，并通过实验结果的对比得出关于采煤机截割比能耗的主要影响因素，并进一步探索了煤岩截割破碎理论，是相似理论在实际实验中的典型应用。研究结果表明：进一步提高采谋机牵引速度，将会提高生产能力和降低比能耗；煤体截割破碎不是以某种破坏形式为主体单独作用的结果，而是由拉、压、剪三种破坏形式的均衡综合作用。 [1]胡德礼,伍维根,靳海水.采煤机截割破碎理论的相似模拟研究[J].煤炭学 报,1992,17(3):56-64 《采煤机调高系统模拟加载实验台的研制》 本文利用相似理论模拟了采煤机调高机构在调高过程中的加载方式，并设计了一套适用于新加载方式的加载实验台，该实验台可编程，能动态连续模拟滚筒各种煤岩介质截割工况，并实现截割介质机械性质的随机变化。试验台的加载原理如下：根据具有记忆截割功能的采煤机在记忆截割人工示教阶段拾取的各工况下的调高油缸压差信号，利用相似理论，计算出与各工况下相对应的加载实验台模拟调高油缸的压差信号，并将此压差信号存储在控制器中，作为模拟调高油缸的压差设定值，即模拟调高油缸的压差信号是给定信号。不同的模拟调高油缸压差设定值对应不同的截割工况；模拟调高油缸压差设定值作用时间不同，对应截割该煤岩介质持续的时间不同。因此，改变模拟调高油缸各给定压差作用时间，相当于改变了各截割介质的赋存情况。所以，通过对模拟调高油缸压差给定值的设计，实现了可编程、连续动态模拟采煤机滚筒各种煤岩介质截割工况、并实现了截割介质机械性质的随机变化。通过试验结果表明，该实验台性能可靠，模拟载荷变化规律与实际截割载荷情况相似，满足采煤机滚筒调高系统的加载要求。 [2]苏秀平,朱楼坤,李威.采煤机调高系统模拟加载实验台的研制[J].机械设 计,2015,32(2):83-86
煤与瓦斯突出机理简述 【摘要】煤与瓦斯突出是当前世界上至今仍未充分认识和较好解决的难题，严重地影响煤矿的生产与安全。煤与瓦斯突出机理是煤与瓦斯研究的重要方法，掌握煤与瓦斯突出机理发生的过程特征以及突出发生的影响因素，对于煤矿煤与瓦斯的治理具有重要作用。 【关键词】煤与瓦斯；现象；空隙；煤体；突出 1.煤与瓦斯概述 煤与瓦斯突出是当前世界上至今仍未能充分认识和很好解决的难题，严重地影响煤矿的生产与安全。自1843年3月22法国鲁阿雷煤田伊萨克煤矿，在急倾斜厚煤层平巷掘进是发生世界上第一次煤与瓦斯突出以来，据不完全统计到目前为止世界共有20多个国家发生过煤与瓦斯突出。煤与瓦斯突出是指在压力作用下，破碎的煤与瓦斯由煤体内突然向采掘空间大量喷出，是另一种类型的瓦斯特殊涌出的现象，它具有极大的破坏性。每次突出前都有预兆出现，但出现预兆的时间和种类是不同的，熟悉和掌握预兆，对于及时撤出人员、减少伤亡具有重要的意义。煤与瓦斯突出给煤矿的生产安全，特别是井下人员的生命财产安全造成了极其严重的威胁。为了防止这类灾害事故的发生，保障煤矿井下安全生产，世界上各主要产煤国均投入了大量的人力、物力研究煤与瓦斯突出机理，以便为突出危险性预测和防突措施的制定与实施提供科学依据。但是，迄今为止，人们对于突出过程中煤岩体破坏与发展机制的认识还停留在定性与假说性阶段，对于突出过程中哪些因素起主要作用以及与其它因素间的作用机理还把握不准，故而只能对某些突出现象给予解释，还不能形成统一完整的理论体系。 2.煤与瓦斯突出假说 目前认为的突出机理概括起来主要有两方面，一个是单一因素作用假说，一个是综合作用假说。单因素假说又分好几多种，包括瓦斯主导作用假说，地压主导作用假说，化学本质作用假说。其中以瓦斯为主导作用的假说：瓦斯包说，煤孔隙结构不均匀说，粉煤带说，突出波说，裂缝堵塞说，地质破坏带说，闭合空隙说，瓦斯膨胀说，瓦斯解吸说等等假说。以地压为主要作用的假说包括：岩石变形潜能说，应力叠加说，顶板位移不均匀说，集中应力说，塑形变形说，振动波动说，放炮突出说等等假说。化学本质作用假说包括：瓦斯水化物说，地球化学说，硝基化合物说。 这些假说都是从单一方面看突出，都有一定的局限性和片面性。目前我过大多数研究者认为，煤与瓦斯突出是由地应力、包含在煤体中的瓦斯以及煤体自身物理力学性质三者综合作用的结果。持综合作用假说观点的学者都承认，煤与瓦斯突出是综合因素作用的结果，但对各种因素在突出中所起的作用却各说纷纭。 3.突出发生过程特征
文章编号:1001-8360(2000)S0-0008-03 T BM破岩机理及刀圈改形技术研究 李 亮, 傅鹤林 (长沙铁道学院科学研究处,长沙 410075) 摘 要:通过地应力对破岩影响的分析,对T BM破岩机理进行了研究,着重考虑了岩石破裂角对破岩效果的影 响。在刀圈荷载一定的条件下,为提高破岩效果可以针对不同的岩石采用不同的刀圈外形。结合秦岭隧道的工程 实际,提出了提高工作效率的刀圈改形方案。 关键词:T BM;破岩机理;刀圈改形 中图分类号:U455.6 文献标识码:A Rock breaking mechanism by TBM and modification to pan knife ring LI Liang, FU He-lin (Science Research Dep t.,Changs ha Railway Univer sity,C han gsha410075,Chin a) Abstract:T he effect o f earth pressur e to r ock breaking is studied.T he principle of rock breaking mechanism by TBM is discussed and the action o f ro ck breaking angle is emphasized.Efficiency of rock breaking can be increased by using proper pan knife for differ ent rock sedim entary w hen the thrust of machine is a constant.A modification o f pan knife is pr ovided for using in Qinling tunnel. Keywords:TBM;ro ck breaking mechanism;modification of pan knife 为了提高我国铁路隧道的装备水平和参与国际竞争的能力,铁道部从德国Wir th公司引进了两台TBM 掘进机在中国最长的秦岭隧道(18.4km)投入使用。由装有刀圈的刀盘、刀盘旋转驱动装置和刀盘纵向推进装置组成的凿进挖掘系统(boring or excavating sy stem)是整个机器中的最重要部分,其性能和质量的好坏直接影响着掘进机的整个工作效率。该系统中的碟形刀圈,在整个掘进过程中始终与掌子面上的岩石接触,是挤压破岩凿进的刀具,因而是整个掘进机的关键零件。由于秦岭的岩体属于多重变质体,地质条件极其复杂,岩体坚硬而且岩性变化大,导致T BM刀圈出现卷刀、崩口、断裂、刀圈移位磨蚀度偏大及空磨刀等现象,严重影响掘进速度。为了使刀圈适应秦岭的复杂地质条件,有必要对T BM破岩机理进行研究,在给定的机械条件下,提出适合不同地质环境的刀圈方案。 1 地应力场对破岩的影响 由于掌子面岩体在刀圈挤压力作用下,岩体处于三向受力状态,按摩尔-库仑定理,要使岩体发生挤压破收稿日期:1999-10-11;修回日期:2000-03-07 基金项目:铁道部T BM刀具攻关技术研究课题(95G48B) 作者简介:李 亮(1962—),男,江苏泰兴人,副教授,硕士坏,所受压力R必须满足 R>R y+1+sin< 1-sin< R3=R y+1-L L R3(1)式中,R y为岩体单轴抗压强度;<,L分别为岩体内摩擦角和泊松比;R3为地应力场的某一方向的主应力。 秦岭隧道北口岩体为混合变质片麻岩。由于岩体发生变质的因素主要为高温、高压和化学性质活泼的流体所致。高压的作用导致大的断裂结构及高地应力场存在,根据勘测结果发现的F4等大断层及地应力场测试结果,说明秦岭北口变质岩形成的原因与高压作用有关。 由已有的测试结果可知,秦岭隧道岩体的裂隙系数为0.6～0.8,岩体的单轴抗压强度为100～320 M Pa,岩体泊松比为0.20～0.25,岩体的取样通常是完整性比较好的岩体,室内单轴抗压强度代表了现场完整性比较好的岩体强度,假定工作面岩体的地应力场按理想自重应力场为主计算,当工作面深度约400m 时,取C=27.5kN/m3,则R3=11M Pa,在式(1)中,令L=0.25,则由计算可知,要使完整性较好的岩体发生挤压破坏,R必须大于133～353M Pa。而对节理裂隙发育的岩体,地应力场在岩体开挖过程中就已经转移到了完整性较好的岩体上,因而在开挖节理裂隙发育的 第22卷增刊铁 道 学 报V ol.22 Supple. 2000年5月JOU RN AL O F T HE CHIN A RA IL W AY SO CI ET Y M ay 2000
采矿专业笔试题 一.填空题 1.<试题编码0274>ZY5600/20/35中Z的意思是支架、Y的意思是掩护式20的意思是___。 标准答案：最小支护高度为2000mm 2.<试题编码0283>综采工作面采煤机完成___、___的工序,可弯曲刮板输送机完成工作面的___工序,液压支架用于___工序。 标准答案：破煤,装煤,运输,支护 3.<试题编码0174>近水平煤层煤层倾角小于8°；缓倾斜煤层倾角在___之间；倾斜煤层倾角在___之间；急倾斜煤层倾角大于___。 标准答案：8-25°,25-45°,45° 4.<试题编码0170>采区回采率：薄煤层不小于___%；中厚煤层不小于___%；厚煤层不小于___%。标准答案：85,80,75 5.<试题编码0172>起吊设备时，必须有专人检查起吊___，发现有断丝时禁止使用，起吊钢丝绳的破断力要大于设备重量的___倍。 标准答案：工具和绳索,5 6.<试题编码0288>国家和煤矿的基本安全生产方针是___。 标准答案：安全第一预防为主综合治理 7.<试题编码0180>采煤工作面必须有两个___，一个通向进风巷道，一个通向回风巷道，巷道高度综采工作面不得低于正常___，且支护良好。 标准答案：安全出口,1.8m 8.<试题编码0281>基本顶初次垮落前的初次失稳或工作面矿压显现加剧的现象称为___；基本顶周期垮落前的工作面矿压呈现加剧现象叫___；两次周期来压之间的距离称为___。 标准答案：老顶初次来压 ,周期来压 ,周期来压步距 9.<试题编码0273>探放水的原则是___。 标准答案：预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采 10.<试题编码0173>生产矿井通风机必须装有反风设施，并能在___内改变巷道风流方向，当风流方向改变后，主要通风机供风量不得低于正常供风量的___。 标准答案：10min,40% 11.<试题编码0177>当采高超过3m时或片帮严重时，液压支架___，并___，防止片帮伤人。 标准答案：必须有护帮板,及时使用 12.<试题编码0175>掘进工作面炮眼布置按其用途和位置可分为:___、___和___三类。
第一部分：数值模拟技术研究文献综述 浅析数值模拟技术 1．引言 近年来，随着我国大规模地进行“西部大开发”和“南水北调”等巨型工程，越来越多的岩土工程难题摆在我们面前，单纯依靠经验、解析法显然已不能有效指导工程问题的解决，迫切需要更强有力的分析手段来进行这些问题的研究和分析。自R.W. Clough 上世纪60年代末首次将有限元引入某土石坝的稳定性分析以来，数值模拟技术在岩土工程领域取得了巨大的进步，并成功解决了许多重大工程问题。特别是个人电脑的普及及计算性能的不断提高，使得分析人员在室内进行岩土工程数值模拟成为可能。在这样的背景下，数值模拟特别是三维数值模拟技术逐渐成为当前中国岩土工程研究和设计的主流方法之一，也使得岩土工程数值模拟技术成为当今高校和科研院所岩土工程专业学生学习的一个热点。 采用大型通用软件对岩土工程进行数值模拟计算，在目前已成为项目科研、工程设计、风险评估等岩土类项目的必须，学习和掌握Ansys、FLAC3D、UDEC 等数值计算软件已成为学校、科研院所对工程从业人员的基本要求。 数值模拟方法主要有限元法、边界元法、加权余量法、半解析元法、刚体元法、非连续变形分析法、离散元法、无界元法和流形元法等，各种方法都有其对应的软件。 2.数值模拟的发展趋势 可以说, 继理论分析和科学试验之后, 数值模拟已成为科学技术发展的主要手段之一。随着软件技术和计算机技术的发展, 目前国际上数值模拟软件发展呈现出以下一些趋势： （1）. 由二维扩展为三维。早期计算机的能力十分有限，受计算费用和计算机储存能力的限制，数值模拟程序大多是一维或二维的，只能计算垂直碰撞或球形爆炸等特定问题。随着第三代、第四代计算机的出现, 才开始研制和发展更多的三维计算程序。现在，计算程序一般都由二维扩展到了三维，如LS-DYNA2D 和LS - DYNA3D、AUTODYN2D 和AUTO-DYN3D。 （2）.从单纯的结构力学计算发展到求解许多物理场问题。数值模拟分析方法最早是从结构化矩阵分析发展而来，逐步推广到板、壳和实体等连续体固体力学分析，实践证明这是一种非常有效的数值模拟方法。近年来数值模拟方法已发展到流体力学、温度场、电传导、磁场、渗流等求解计算，最近又发展到求解几个交叉学科的问题。例如内爆炸时，空气冲击波使墙、板、柱产生变形，而墙、板、柱的变形又反过来影响到空气冲击波的传播，这就需要用固体力学和流体动力学的数值模拟结果交叉迭代求解。 （3）.由求解线性问题进展到分析非线性问题。随着科学技术的发展，线性理论已经远远不能满足设计的要求。诸如岩石、土壤、混凝土等，仅靠线性计算理论就不足以解决遇到的问题，只有采用非线性数值算法才能解决。众所周知，非线性的数值模拟是很复杂的，它涉及到很多专门的数学问题和运算技巧，很难为一般工程技术人员所掌握。为此，近年来国外一些公司花费了大量的人力和资金，开发了诸如LS- DYNA3D、ABAQUS和AU-TODYN等专长求解非线性问题的有限元分析软件，并广泛应用于工程实践。这些软件的共同特点是具有高效
汶上义桥煤矿3煤层及其顶、底板 冲击倾向性鉴定 试验报告 煤科总院北京开采研究所岩石力学实验室 天地科技股份有限公司开采设计事业部 2012年10月8日
委托单位：汶上义桥煤矿有限责任公司 项目名称：汶上义桥煤矿3煤层及其顶、底板冲击倾向性鉴定 试验标准：《煤和岩石物理力学性质测定方法》MT44-87、MT45-87、MT47-87、MT173-87 、GB/T 25217.1-2010 、GB/T 25217.2-2010等 试验设备：德国WPM1000kN的万能试验机等 试验人员：邢润娥，陈庆钊 数据处理：杨磊 报告编写：杨磊 审核：潘俊锋 煤炭科学研究总院北京开采研究所岩石力学实验室 二〇一二年十月八日
目录 1矿井概况 (1) 2采样 (1) 3试验项目 (2) 3.1 煤样的物理力学性质 (2) 3.1.1 煤样的物理性质 (2) 3.1.2 煤样的力学性质 (3) 3.2 岩样的物理力学性质 (3) 3.2.1 岩样的物理性质 (3) 3.2.2 岩样的力学性质 (3) 3.3 煤的冲击倾向性鉴定 (3) 3.4 顶、底板岩层冲击倾向性鉴定 (3) 4试件加工与试验 (5) 4.1 试件加工 (5) 4.2 试件数量 (5) 4.3 试验 (5) 4.3.1 试验设备与仪器 (5) 4.3.2 试验方法 (5) 5试验结果 (7) 5.1 煤层试样物理力学性质 (7) 5.1.1 煤层试样的物理性质 (7) 5.1.2 煤层试样的力学性质 (7) 5.2 煤层围岩试样物理力学性质 (8) 5.2.1 煤层围岩试样的物理性质 (8) 5.2.2 煤层围岩试样的力学性质 (9) 5.3 煤层冲击倾向性鉴定 (12) 5.4 顶、底板岩层冲击倾向性鉴定 (14) 5.4.1 3号煤顶板冲击倾向性鉴定结果 (14) 5.4.2 3号煤底板冲击倾向性鉴定结果 (14)
矿山机械复习资料 第一章煤岩截割理论 松散性：表示煤岩被破碎后其容积增大的性能。破碎后与破碎前煤岩的容积之比称为松散比或者松散系数。 强度：煤岩体在一定条件下受外力作用开始破坏时具有的极限应力值称为煤岩强度。 硬度：煤岩的硬度指煤岩抵抗尖锐工具侵入的性能，他反应煤岩体在较小的局部面积上抵抗外力作用而不被破坏的能力，其大小取决于煤岩体的结构、组成颗粒的硬度、形状和排列方式等。 坚固性：表示煤岩破碎难以程度的综合指标，它是煤岩体抵抗拉压、剪切、弯曲和热力等作用的综合表现，反应了各种采掘作业的难易程度。 坚固性系数：又称普氏系数，表示煤岩的坚固性大小，可以用捣碎法测量，也可以根据煤岩的极限抗压强度近似确定。 磨砺性：煤岩磨损钢铁和硬质合金的烈度。其磨砺性与石英含量、石英核直径和抗拉强度有关。 磨砺性系数：用直径8mm的标准钢棒，以150N的力压在未经加工的岩石式样表面，试棒以64r/min 定速转动，试棒两端分别研磨10min，以试棒质量的减少量作为磨砺性系数。 破碎特性指数：该指标与截割的工况和参数无关，仅取决于煤层的截割阻抗和脆性，他综合反映煤层在稳定的工况参数下破碎的可能性。 截割阻抗：单位截割深度作用于刀具上的截割阻力称为截割阻抗。 截割阻抗的测定方法：一、现场测定：标准刀具装载刀杆2上，绞车8牵引刀杆2绕立柱1摆动作弧形切割。移动卡紧器3调节刀杆位置和刀具伸出刀杆的长度，就可以进行不同截距和截深度的截割测试。在顶底板、截高中间处，以及沿煤层倾斜方向不同部位进行多次测量，取其平均值。测量信号是刀具的截割阻力，由此可得截割阻抗A=Z/h Z：刀具截割阻力的平均值，h：截割深度。二、经验公式：截割系数和坚固性系数关系A=150f 截割比能耗：切割单位体积煤或岩石所消耗的能量。截割比能耗决定着截割阻力及效率、煤尘、煤炭品级。 降低截割比能耗的途径：减小切割深度；更换截齿齿形，如切向扁形截齿比径向扁形截齿和切向锥形截齿的切割阻力小，块煤率、煤尘、截齿消耗量、硬质合金消耗量都有明显改善。 第二章掘进机械 掘进设备的分类：按照掘进工艺分为钻研爆破法掘进设备和综合机械化掘进设备。 钻研爆破法（钻爆发）所需设备：钻孔机械、装载机械、转载机械、修整巷道的机械等。其主要形式有：以耙斗装载机为主的机械化作业、以凿岩台车为主的机械化作业、以钻装机为主的机械化作业。 综合机械化法掘进设备直接用掘进机完成破落煤岩、装载、转载及支护等工序，实现这些工序的平行作业。 盾构法：盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。(本题纯属百度，大家请斟酌) 耙斗装载机的主要组成部分和工作过程：主要有耙斗、绞车、台车、和料槽等组成。工作过程为：装载机依靠人力或者其他牵引机械的作用在轨道上移动，耙斗在钢丝绳牵引下从工作面的料堆耙取岩砟，沿料槽的簸箕口、连接槽和中间槽运到卸载槽，从卸料口装入矿车；然后，钢丝绳反向牵引将耙斗拉回到工作面的料堆上，如此往复循环，直至矿车装满。 全断面掘进机如何实现推进、指向和调向：推进：工作时，先将水平支撑板撑紧在巷道的两帮，支撑住机器后半部的重量，然后将机器的后支撑液压缸提起，再开动推进液压缸将刀盘、机头连同大梁一起推向工作面。达到推进行程后，再将后支撑缸放下撑在底板上，支撑住机器后半部的重量，
煤与瓦斯突出机理和影响因素及其防治措施 摘要：对现有的煤与瓦斯突出机理研究成果进行了评述，阐述了煤与瓦斯突出机理的研究思路与方法和研究现状，分析影响煤与瓦斯突出的各种地质因素。随着矿井开采深度逐渐增加，煤层瓦斯含量也逐渐增高，煤层的透气性越低，突出危险性也相应增大，所以研究防治突出措施有重要的现实意义，并提出煤与瓦斯突出的防治措施。 关键词：煤与瓦斯突出地质构造防治措施 前言： 煤与瓦斯突出是采煤过程中发生的严重自然灾害之一，可在极短时间内，由煤体内部向采场、巷道等采掘空间喷出大量的煤和瓦斯，突出物会造成埋人，破坏设施，突出的瓦斯使人窒息，或引起瓦斯爆炸，造成严重的人员伤亡和矿井损毁事故。我国是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家自1950年发生有记载的第一次煤与瓦斯突出现象以来，在安徽、四川、重庆、贵州、江西、湖南、河南、山西、辽宁、黑龙江等省区都发生了煤与瓦斯突出。因此，解决矿井煤与瓦斯突出灾害问题是实现煤炭工业可持续发展的当务之急。 对于煤与瓦斯突出机理，各国研究者经过长期得到努力提出了包括瓦斯主导作用、地应力主导作用、化学本质作用和综合作用等假说，基本定性的解释了煤与瓦斯突出现象。 1 国内外研究现状 1.1 国外研究现状 国外关于煤与瓦斯突出机理的研究成果可以归纳为以下4个方面[1~4]： a.瓦斯主导作用假说这类假说认为煤体内存储的高压瓦斯在突出中起主要作用。其中 “瓦斯包”说占重要地位，认为“瓦斯包”是突出的动力来源。 瓦斯主导作用假说主要有：“瓦斯包”说、粉煤带说、煤空隙结构不均匀说、突出波说、裂缝堵塞说、闭合空隙瓦斯释放说、瓦斯膨胀说、卸压瓦斯说、火山瓦斯说、地质破坏带说、瓦斯解吸说等11种假说。 b.地应力主导作用假说这种假说认为煤和瓦斯突出主要是高地应力作用的结果。高地 应力包括2个方面，一方面指自重应力和构造应力，另一方面指工作面前方存在的应力集中。 地应力主导作用假说主要有：岩石变形潜能说、应力集中说、塑性变形说、冲击式移近说、拉应力波说、应力叠加说、放炮突出说、顶板位移不均匀说等8种假说。 c.化学本质作用假说这种假说认为突出主要是在化学作用下形成高压瓦斯和产生热反 应。 化学本质主导作用假说主要有：瓦斯水化物说、地球化学说、硝基化合物说等3种假说。 d.综合作用假说这种假说认为，突出是由地应力、包含在煤体中的瓦斯及煤体自身物 理力学性质等综合作用的结果。但对各因素在突出中所起的作用没有统一认识。 综合作用假说主要有：振动说、分层分离说、破坏区说、游离瓦斯压力说、地应力不均匀说、能量假说等6种假说。 1.2 国内研究现状 我国从20 世纪60 年代起开始对突出煤层的应力状态、瓦斯赋存状态、煤的物理力
煤矿安全规程2016版防冲击地压试题 判断题 1、进入严重冲击地压危险区域的人员必须采取特殊的个体防护措施。（√） 2、开拓巷道可以布置在严重冲击地压煤层中，永久硐室不得布置在冲击地压煤层中。（×） 3、在无冲击地压煤层中的三面或者四面被采空区所包围的区域开采和回收煤柱时，必须制定专项防冲措施。（√） 4、具有冲击地压危险的高瓦斯、突出煤层的矿井，应当根据本矿井条件，制定专门技术措施。（√） 5、冲击地压矿井应当选择合理的开拓方式、采掘部署、开采顺序、采煤工艺及开采保护层等区域防冲措施。（√） 6、冲击地压危险工作面实施解危措施后，必须进行效果检验，确认检验结果大于临界值后，方可进行采掘作业。（×） 7、采取综合防冲措施后不能消除冲击地压灾害的矿井，不得进行采掘作业。（√） 8、必须建立区域与局部相结合的冲击地压危险性监测制度。应当根据现场实际考察资料和积累的数据确定冲击危险性预警临界指标。（√）填空题 1、在矿井井田范围内发生过冲击地压现象的煤层，或者经鉴定煤层（或者其顶底板岩层）具有冲击倾向性且评价具有冲击危险性的煤层为冲击地压煤层。有冲击地压煤层的矿井为冲击地压矿井。 2、开采具有冲击倾向性的煤层，必须进行冲击危险性评价。 3、新建矿井和冲击地压矿井的新水平、新采区、新煤层有冲击地压危险的，必须编制防冲设计。 4、开采冲击地压煤层时，在应力集中区内不得布置2个工作面同时进行采掘作业。2个掘进工作面之间的距离小于150m时，采煤工作面与掘进工作面之间的距离小于350m时，2个采煤工作面之间的距离小于500m时，必须停止其中一个工作面。相邻矿井、相邻采区之间应当避免开采相互影响。 5、采用垮落法管理顶板时，支架（柱）应当有足够的支护强度，采空区中所有支柱必须回净。 6、应当在作业规程中明确规定初次来压、周期来压、采空区“见方”等期间的防冲措施。 7、开采具有冲击地压危险的急倾斜、特厚等煤层时，应当制定专项防冲措施，并由企业技术负责人审批。 8、冲击地压危险区域必须进行日常监测。判定有冲击地压危险时，应当立即停止作业，撤出人员，切断电源，并报告矿调度室。在实施解危措施、确认危险解除后方可恢复正常作业。 9、冲击地压煤层掘进工作面临近大型地质构造、采空区、其他应力集中区时，必须制定专项措施。 10、停采3天及以上的采煤工作面恢复生产前，应当评估冲击地压危险程度，并采取相应的安全措施。 多选题 1、有下列情况之一的，应当进行煤岩冲击倾向性鉴定：（ABCD ）
岩土工程数值计算原理与方法 随着计算机的计算速度和存储能力的飞速发展以及计算方法的日益完善，数值模拟方法已经成为研究未知领域的强有力的工具。在岩土工程计算与分析中数值计算原理与方法也发展很快。特别是有限元的发展，促进了岩土工程研究、工程预测、优化设计和计算机辅助设计等的发展。但在工程实际中使用数值计算原理与方法却存在一些问题：例如有些人因缺乏对有限元和工程性质的深入了解，而有限元的迅速发展给他们造成一种假象，认为它是万能的，可以处理几乎所有的岩土工程问题；同时他们又被有限元计算结果的精度所迷惑，不了解这些精确结果后面所隐藏的不确定性，也不了解这些数值方法所采用本构模型的局限性以及相应参数的不确定性；因这些不确定性导致数值计算原理与方法的预测结果与实际情况和实际经验相差很大，又由于部分人计算偏于保守，使得岩土工程师难以接受现代数值计算原理与方法。 1. 岩土工程数值计算原理与方法也具有两面性。 有些人偏向于用其进行岩土工程的分析计算的原因在于： (1)数值计算原理与方法能够做任何传统的分析方法所能做到的分析与计算，而且做得更多、更好。 (2)数值计算原理与方法能够给出复杂数学模型的解。因而能够从机理上预测工程性质，而不是统计和经验性的描述，这是一大优点；而简化或经验分析方法有时只能描述其表面或形式上(统计)的关系，缺乏物理机制的描述和探讨。 (3)该方法既能处理简单问题，也能处理复杂问题。 数值计算原理与方法难以被其他人接受的原因在于： (1)使用复杂，难以被很好的掌握。 (2)数值计算原理与方法本身的不确定性(指与精确的解析方法相比所产生的不确定性，特别是在岩土动力非线性问题中这种不确定性会很大)导致预测结果与工程实际不符。 (3)数值计算原理与方法所使用的物理模型或本构模型有局限性，难以反映实际情况，导致预测结果与工程实际不符。 (4)采用复杂模型要求较多的参数，而这些参数难以用简单试验获得。 (5)既然数值计算原理与方法和传统的分析方法都具有很大的不确定性，还不如采用传统的分析方法，因为传统的方法简单、实用。 (6)精确的数值分析结果会误导使用者迷信这些结果的精确性，而没有认识到其后面隐
山东省朝阳矿业有限公司 新版《煤矿安全规程》落实整改自查报告 根据枣庄市煤炭局《关于开展新版煤矿安全规程对标整改情况专项执法检查的通知》（枣煤传【2016】74号）及市中区煤炭局《关于转发市煤炭局关于开展新版煤矿安全规程对标整改情况专项执法检查的通知的通知》（市中煤传【2016】5号文件）要求，结合矿井实际及新版《煤矿安全规程》重要变动条文专项检查表，矿组织相关工程技术人员对照检查表逐项进行自查，现将自查情况汇报如下： 一、总则部分 （一）第四条：煤矿企业必须加强安全生产管理，建立健全各级负责人、各部门、各岗位安全生产与职业病危害防治责任制。煤矿企业必须建立健全安全生产与职业病危害防治目标管理、投入、奖惩、技术措施审批、培训、办公会议制度，安全检查制度，事故隐患排查、治理、报告制度，事故报告与责任追究制度等。煤矿必须制定本单位的作业规程和操作规程。 完成情况： 1、矿建立健全了各级负责人、各部门、各岗位职业病危害防治责任制。 2、建立健全了安全生产投入、培训制度，事故隐患治理、报告制度，事故报告与责任追究制度等。 3、建立健全了职业病危害防治目标管理、投入、奖惩、技术措施审批、培训、办公会议制度，安全检查制度，事故隐患排查、治理、报告制度，事故报告与责任追究制度等。 4、结合矿井生产实际情况制定了本单位的作业规程和操作规程。 （二）第五条：煤矿企业必须设置专门机构负责煤矿安全生产与职业病危害防治管理工作，配备满足工作需要的人员及装备。 完成情况：设置了专门机构负责职业病危害防治管理工作，并配备满足工作需要的人员及装备。 （三）第七条：对作业场所和工作岗位存在的危险有害因素及防范措施、事故应急措施、职业病危害及其后果、职业病危害防护措施等，煤矿企业应当履行告知义务，从业人员有权了解并提出建议。
煤与瓦斯突出机理 煤与瓦斯突出系指煤矿中这样一种煤体动力现象，即在极短时间内，由煤体向巷道(包括采场)中突然喷出巨量的瓦斯和粉碎的煤，并在煤体中形成某种特殊形状的空洞，喷出的粉煤被瓦斯流所携带运动，并造成一定的动力效应(推倒矿车，巨石，破坏支架等)，大突出时粉煤可以充填数百米巷道，而喷出的瓦斯-粉煤流有时带有暴风般的性质，逆风流充满数千米长的巷道。 因此，煤与瓦斯突出是威胁煤矿安全生产的最严重的自然灾害。自从1834年法国发生世界上第一次煤和瓦斯突出以来，40多个产煤国家发生了突出。我国的瓦斯突出极为严重，至今为止，已发生突出万次以上。今年1--8月全国发生较大以上的突出31起，死亡182人，其中有14起发生在非突出矿井，占45.2%。对云南来说，近年随着煤炭开采的向地下深部延伸和开发力度的加大，煤与瓦斯突出也随之加剧。东源集团的羊场煤矿，田坝煤矿，恩洪煤矿均是突出矿井，恩洪突出还很严重。云南在建的最大规模井工煤矿---白龙山煤矿也已经发生瓦斯突出。因此瓦斯突出灾害的严重性云南已经凸现。研究和掌握治理技术已经很迫切。 煤与瓦斯突出一般是在工作面放炮或采掘等诱导因素出现后随即发生的。这样的突出称之为正常突出。还有一种突出是在工作面放炮或采掘等诱导因素出现后延迟一定时间才发生，称之为延期突出。延期突出由于延期时间有长有短，难以确定，不好预防。今年羊场曾经发生过一次延期突出。那么，煤与瓦斯突出的机理是如何的呢?讨论瓦斯抽放和突出治理的资料很多，但对突出机理进行详细描述的资料却很少，因此了解这方面知识对于研究和治理突出显得很有必要。
人类对煤与瓦斯突出机理的研究已经近200年了，对突出机理的假说不下40种，尽管各有差别，但归纳起来有六类，主要的仍然是三大类：瓦斯主导学说；地压主导学说；综合作用假说。本文介绍有代表性的几种假说。 (一)瓦斯主导学说 该类学说认为，瓦斯是突出的主要原因和能源，而地压和煤的物理力学性能则是为突出创造了有力条件。该类学说主要包括以下假说： 1)“瓦斯包”说(前苏联贝可夫提出) 突出的原因在于煤层中存在“瓦斯包”。该瓦斯包中的瓦斯压力比邻近区域要高得多，且包围“瓦斯包”的煤体透气性极小，使高压瓦斯得以保存。当工作面接近这一“瓦斯包”时，高压瓦斯破坏了煤壁，瓦斯携带破碎煤猛烈喷出，发生瓦斯突出。 2)突出波说(前苏联赫利斯特尔维切提出) 突出是煤层中所含潜能的显现，每吨煤中所含瓦斯的潜能要比煤层储蓄的弹性变形能大10倍左右。在煤强度低的区域，煤层中的瓦斯压力大于煤的极限破坏强度，在采掘工作面接近这些区域时，在瓦斯压力作用下，可产生连续破坏煤体的“突出波”。(1)煤层中存在高压瓦斯含量地带，吸附瓦斯引起了煤体膨胀，增加了煤层应力，且在这样的煤层中透气系数接近于零。当巷道接近这一区域时，使应力急剧降低，造成煤的破坏和突出。(前苏联尼靠林提出) (2)突出是由于含有高压瓦斯的煤层，煤结构不均匀。透气性低的硬煤包围着透气性高的软煤，当巷道工作面接近硬煤与软煤边界时，
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煤与瓦斯突出的动态过程研究 一. 研究背景 目前对煤与瓦斯突出机理的定性认识已经明确为地应力、瓦斯压力和煤的物理力学性质、重力等四方面因素综合作用的结果。煤与瓦斯突出实质上是一种力学现象,在地应力作用下受压状态的含瓦斯煤层受开采的卸压扰动后有可能破坏,甚至流化而突出。煤与瓦斯突出的预测、防治均是以这种定性的理论为基础的。定量计算预测和判断煤与瓦斯突出发生与否的最大障碍在于对煤的力学性质及其灾变动力过程规律的研究还不够充分和完善。比如,流变假说指出了煤与瓦斯突出过程与煤的流变性质密切相关,是煤与瓦斯突出机理研究的一个新方向。但岩石力学目前对煤岩流变现象的研究还只建立在各种组合体模型的基础上,对流变本质还没有完全认识,从而限制了流变假说从定性上升为定量。煤与瓦斯突出是一种复杂的力学现象,由于瓦斯参与作用,它比其它岩石力学现象更为复杂。研究煤与瓦斯突出必须以煤岩的力学性质和其动力破坏过程为基础。 二.煤岩强度的讨论 在岩石力学中,岩石强度被视为岩石的一个重要性质并成为岩石力学研究的主要内容之一。岩石损伤力学与传统的岩石力学相比,最主要的区别在于将岩石强度为核心转为以损伤演化过程为中心,是思维方式的突破和发展。根据煤岩无因次损伤演化方程及应力应变方程,对于力学性质相似的一类煤岩,应力峰值点的无因次应力L均相同,其强度大小取决于弹性模量和损伤耗能率。表1为砂岩在不同围压下的损伤耗能率及强度。 强度与损伤耗能率关系曲线,由图1可知:强度随损伤耗能率的增大也呈增大趋势,但增大的幅度是先减小后增大,关系较为复杂,其原因是强度不仅仅是损伤耗能率的函数。无因次分析表明:当本构方程中的几个指数相同时,力学性质是相似的,此时强度与损伤耗能率的j/(j+l)次方成正比j为指数,与弹性模型的1/（j+1)次方成正比。试验结果则说明,不同围压下,指数j、l、m也发生变化,比如围压越大j越小,越接近于线性弹性;同时弹性模量也发生变化,所以使得强度与损伤耗能率为复杂的函数关系。但无论怎样,随着围压的增大,损伤耗能率和强度同时随之增大的趋势是固定不变的。
2016版第五章冲击地压防治 第一节一般规定 第二百二十五条在矿井井田范围内发生过冲击地压现象的煤层,或者经鉴定煤层(或者其顶底板岩层)具有冲击倾向性且评价具有冲击危险性的煤层为冲击地压煤层.有冲击地压煤层的矿井为冲击地压矿井. 第二百二十六条有下列情况之一的,应当进行煤岩冲击倾向性鉴定: (一)有强烈震动、瞬间底(帮) 鼓、煤岩弹射等动力现象的. (二)埋深超过４００m 的煤层,且煤层上方１００m 范围内存在单层厚度超过１０m 的坚硬岩层. (三)相邻矿井开采的同一煤层发生过冲击地压的. (四)冲击地压矿井开采新水平、新煤层. 第二百二十七条开采具有冲击倾向性的煤层,必须进行冲击危险性评价. 第二百二十八条矿井防治冲击地压(以下简称防冲)工作应当遵守下列规定: (一)设专门的机构与人员. (二)坚持“区域先行、局部跟进”的防冲原则. (三)必须编制中长期防冲规划与年度防冲计划,采掘工作面作业规程中必须包括防冲专项措施. (四)开采冲击地压煤层时,必须采取冲击危险性预测、监测预警、防范治理、效果检验、安全防护等综合性防治措施. (五)必须建立防冲培训制度. 第二百二十九条新建矿井和冲击地压矿井的新水平、新采区、新煤层有冲击地压危险的,必须编制防冲设计.防冲设计应当包括开拓方式、保护层的选择、采区巷道布置、工作面开采顺序、采煤方法、生产能力、支护形式、冲击危险性预测方法、冲击地压监测预警方法、防冲措施及效果检验方法、安全防护措施等内容. 第二百三十条冲击地压矿井应当按防冲要求进行矿井生产能力核定.提高矿井生产能力和新水平延深时,必须进行论证.采取综合防冲措施后不能消除冲击地压灾害的矿井,不得进行采掘作业. 第二百三十一条冲击地压矿井巷道布置与采掘作业应当遵守下列规定: (一)开采冲击地压煤层时,在应力集中区内不得布置２个工作面同时进行采掘作业.２个掘进工作面之间的距离小于１５０m 时,采煤工作面与掘进工作面之间的距离小于３５０m 时,２个采煤工作面之间的距离小于５００m 时,必须停止其中一个工作面.相邻矿井、相邻采区之间应当避免开采相互影响. (二)开拓巷道不得布置在严重冲击地压煤层中,永久硐室不得布置在冲击地压煤层中.煤层巷道与硐室布置不应留底煤,如果留有底煤必须采取底板预卸压措施. (三)严重冲击地压厚煤层中的巷道应当布置在应力集中区外.双巷掘进时２条平行巷道在时间、空间上应当避免相互影响. (四)冲击地压煤层应当严格按顺序开采,不得留孤岛煤柱.在采空区内不得留有煤柱,如果必须在采空区内留煤柱时,应当进行论证,报企业技术负责人审批,并将煤柱的位置、尺寸以及影响范围标在采掘工程平面图上.开采孤岛煤柱的,应当进行防冲安全开采论证;严重冲击地压矿井不得开采孤岛煤柱. (五)对冲击地压煤层,应当根据顶底板岩性适当加大掘进巷道宽度.应当优先选择无煤柱护巷工艺,采用大煤柱护巷时应当避开应力集中区,严禁留大煤柱影响邻近层开采.巷道严禁采用刚性支护. (六)采用垮落法管理顶板时,支架(柱)应当有足够的支护强度,采空区中所有支柱必须回