煤岩体水力致裂弱化的理论与应用研究

【摘要】：以煤岩体强度弱化(结构改造)为工程背景,采用实验研究、理论分析、数值模拟和现场试验等研究方法对煤岩体水力致裂弱化的理论和技术进行了系统的研究,取得了以下主要成果:研制了4000kN真三轴岩体水力致裂模拟实验系统,在3个主应力条件下,能实现试块尺寸最大为500mm×500mm×500mm的模拟实验;设计了具有增压功能的油水加载转换器。应用真三轴水力致裂模拟实验系统及理论研究,开展了大尺寸煤岩体水力致裂裂缝扩展规律研究。研究了水力致裂裂缝前沿形态,孔底水压裂缝与主应力的关系,发现了中间主应力对孔底水压裂缝扩展的影响规律;分析了分叉水压裂缝扩展方向的特征,得出了原生裂隙等在渗透水压力作用下的结构破坏特征;在考虑渗透滤失引起的孔隙水压力(水力梯度)的基础上,得出了裂隙煤岩体水压裂缝扩张的水压力参数。实验结果表明,水力致裂裂缝的前沿为以钻孔致裂段为中心的椭圆形态,且椭圆的长短轴之比保持不变;分叉后水压裂缝破裂面的走向与σ3、σ2均垂直;煤体水力致裂破裂面的粗糙度明显比一般岩石材料要大。固液耦合作用下裂隙煤岩体结构破坏研究。在调查煤层裂隙分布规律的基础上,基于断裂力学得出了煤岩体内水压裂隙起裂的最小裂隙水压力与水压翼型分支裂纹的扩展长度。采用RFPA软件模拟了成组原生裂隙条件下,水力致裂弱化的结构改造形态。基于能量耗散损伤得出了裂隙煤岩体细观结构破坏与宏观力学性能弱化的关系。煤岩体水力致裂弱化的控制技术研究。结合水力割缝和水力致裂的优势,提出了预先水力割缝定向致裂技术。基于钻孔及钻孔水压力的叠加影响,通过多钻孔及其注液方式的组合来控制水压裂缝的扩展方向。结合水压爆破和水力致裂的优点,提出了水力爆破致裂弱化与增透方法,在水压控制爆破后进行水力致裂,使煤岩体形成多个水压主裂缝和沿水压主破裂面的致裂裂缝带;实验证明,该方法是一种增加水压裂缝数目和范围的有效方法。采动煤岩体水力致裂弱化的时空关系研究。实验研究了煤体自然吸水湿润与时间的关系,分析了干燥煤样和自然煤样的吸水湿润差异。依据渗流的起始水力坡度和水力致裂径向水力坡度衰减规律,得出了水力致裂弱化注水的渗透半径。水力致裂弱化水压主裂缝扩展阶段必须超前支承压力峰值区完成。高瓦斯坚硬厚顶煤弱化的现场试验表明,水力致裂弱化了煤体的整体力学性能,顶煤破碎块度明显降低,工作面采出率提高了23%;预先释放瓦斯,降低了工作面瓦斯浓度和粉尘浓度(降低21%),抑制了煤自然发火。

新型复合锚固结构静力弱化效应影响因素试验研究

【摘要】：在新型复合锚固结构静力单轴试验研究中,进行了3组影响弱化效应的对比试验,即考虑了不同比面积、不同材料强度、不同弱化孔深度3组单因素。试验结果表明:①在3组单因素对比试验中,比面积较大、材料强度较高、弱化孔较深的3组试件,均存在更为明显的弱化效应;②锚固区厚度为第4个影响弱化效应的因素;③比面积、弱化孔深、锚固区厚度均存在最佳值,可使弱化效应最优;④弱化效应的机理是:在锚固区厚度足够条件下,弱化区一般要经历变形—大变形—压裂—压碎—压实的各个阶段,与此同时吸收大量爆炸能,使锚固区(包括洞室表面)的危机得以转移,因而潜藏有巨大的经济技术效果。本次试验研究为新型复合锚固类结构的弱化效应优化设计提供了必要的依据。

弱化子与前导肽
　　 【摘要】：在trp mRNA 5'端trpE基因的起始密码前有一个长162bp的mRNA片段被称为前导区，研究发现，当mRNA合成起始以后，除非培养基中完全没有色氨酸，转录总是在这个区域终止，产生一个仅有140个核苷酸的RNA分子，终止trp基因转录。因为转录终止发生在这一区域，并且这种终止是被调节的，这个区域就被称为弱化子。
　　分析前导肽序列，发现它包括起始密码子AUG和终止密码子UGA，编码了一个14个氨基酸的多肽。该多肽有一个特征，其第10位和11位有相邻的两个色氨酸密码子。正是这两个相连的色氨酸密码子（组氨酸、苯丙氨酸操纵子中都有这种现象）调控了蛋白质的合成。
　　当培养基中色氨酸的浓度很低时，负载有色氨酸的tRNATrp也就少，这样翻译通过两个相邻色氨酸密码子的速度就会很慢，当4区被转录完成时，核糖体才进行到1区（或停留在两个相邻的trp密码子处），这时的前导区结构是2-3配对，不形成3-4配对的终止结构，所以转录可继续进行，直到将trp操纵子中的结构基因全部转录。
　　当培养基中色氨酸浓度较高时，核糖体可顺利通过两个相邻的色氨酸密码子，在4区被转录之前就到达2区，使2-3区不能配对，3-4区自由配对形成基一环终止子结构，转录被终止，trp操纵子被关闭。