检索结果-内蒙古大学图书馆

岩石力学与工程学报 2025年第1期44卷 164-173页

作者：张亮亮程桦王晓健安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001 安徽大学资源与环境工程学院安徽合肥230022

针对大多数常规三轴压缩条件下岩石非稳态蠕变模型存在函数复杂、参数较多且不易确定等不足,基于该条件下31组不同类型岩石蠕变试验数据,构建应变函数和时间函数,统计、分析得到二者线性关系,据此建立一种新的岩石非稳态蠕变经验模型,... 详细信息

针对大多数常规三轴压缩条件下岩石非稳态蠕变模型存在函数复杂、参数较多且不易确定等不足,基于该条件下31组不同类型岩石蠕变试验数据,构建应变函数和时间函数,统计、分析得到二者线性关系,据此建立一种新的岩石非稳态蠕变经验模型,根据页岩、大理岩、泥岩和砂质页岩4种类型岩石在不同应力水平下的蠕变试验数据,对模型精确性和合理性进行验证。结果表明:基于统计规律的岩石非稳态蠕变经验模型函数为仅含4个模型参数的统一表达式,其蠕变曲线近似为反“S”型,蠕变速度曲线近似为正“U”型,均与实际岩石蠕变规律一致;页岩、大理岩、泥岩和砂质页岩在不同应力水平下的蠕变试验结果与经验模型理论曲线吻合程度高,验证了该模型的合理性和精确性,该模型不仅能描述瞬时弹性应变、衰减蠕变、等速蠕变,还能描述非线性特征尤为明显的加速蠕变。

关键词：岩石力学蠕变模型非稳定蠕变线性拟合黏弹塑性

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钻井法凿井气举反循环洗井流场的压力分布及流体运移规律

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煤炭科学技术 2025年

作者：郭龙辉程桦姚直书荣传新林键王宗金安徽理工大学土木建筑学院安徽建筑大学建筑结构与地下工程安徽省重点实验室安徽大学资源与环境工程学院中煤特殊凿井有限责任公司

为了揭示钻井法凿井气举反循环洗井流场的压力分布及流体运移规律，以陶忽图煤矿北风井φ5m超前钻井为研究背景，基于流体力学相关理论，建立了气举反循环洗井流场的压力数学模型，并给出了钻杆环空、井底和钻杆内部流体压力的理论解析... 详细信息

为了揭示钻井法凿井气举反循环洗井流场的压力分布及流体运移规律，以陶忽图煤矿北风井φ5m超前钻井为研究背景，基于流体力学相关理论，建立了气举反循环洗井流场的压力数学模型，并给出了钻杆环空、井底和钻杆内部流体压力的理论解析解，其次，采用CFD-DEM方法（计算流体力学与离散单元法耦合），建立了气举反循环多相耦合洗井的数值模型，验证了洗井流场压力模型的正确性，获取了洗井流场流体的运移规律，最后，基于洗井流场的压力数学模型及理论解析解，探究了含气率、泥浆密度、泥浆粘度、岩渣密度和含渣率等因素对洗井流场压力的影响规律。研究结果表明：（1）截锥型钻头水平井底流体的平均径向流速>切向流速>轴向流速；岩渣在井底做“螺旋状下滑-井底积聚-推动和悬浮-吸附和举升”的动态循环运移，在钻杆内液固及液固气段分别以“低流速，高密度”和“高流速，低密度”形式运移。（2）钻杆内流体压力沿井口方向近似呈线性降低趋势，在注气端处，流体压力骤降，钻杆内外压差达到最大；井底流体压力自外向内呈“先小幅降低，后大幅降低”趋势，在井底有效吸附区流体压力降低幅度及速率更大。（3）含气率、泥浆密度与钻杆内外流体压差呈正相关关系，泥浆粘度、岩渣密度、液固及液固气段含渣率则与之呈负相关关系，各因素对钻杆内外流体压差的敏感性可归结为：泥浆密度＞含气率＞岩渣密度＞泥浆粘度＞液固段含渣率＞液固气段含渣率。研究结果可为破解侏罗系地层钻井法凿井气举反循环洗井效率低下技术难题，提供有益理论参考。

关键词：钻井法凿井气举反循环洗井流场压力分布流体运移

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基于岩渣形貌及岩石磨蚀性的钻井法凿井滚刀磨损评估方法

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煤炭学报 2025年第1期50卷 115-131页

作者：程桦谢鲍姚直书荣传新林键安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001 安徽大学资源与环境工程学院安徽合肥230601 安徽建筑大学安徽省岩土工程智能建造与灾变防控重点实验室安徽合肥230601

针对西部地区侏罗系地层钻井法施工深大立井滚刀磨损严重问题,以西部某煤矿北一回风井钻井法凿井工程为研究对象,提出一种钻井法凿井滚刀磨损评估方法。首先,基于现场调研分析不同地层滚刀磨损程度及磨损分布特征,并提出相关量化指标;其... 详细信息

针对西部地区侏罗系地层钻井法施工深大立井滚刀磨损严重问题,以西部某煤矿北一回风井钻井法凿井工程为研究对象,提出一种钻井法凿井滚刀磨损评估方法。首先,基于现场调研分析不同地层滚刀磨损程度及磨损分布特征,并提出相关量化指标;其次,对竖井钻机岩渣开展现场预处理,采用图像识别方法进行后处理,统计分析了岩渣几何形貌,并使用类指数分布函数描述其累积分布规律;此后,以皮尔逊系数为相关性评价指标探究了岩渣颗粒分布及矿物成分对滚刀磨损指标的影响,阐明了西部地区钻井法凿井滚刀易磨损致因;最后,基于相关性分析方法,选取若干主要影响参数,使用非线性拟合工具给出了针对不同岩层的滚刀磨损指标预测公式,并提出现场更换滚刀的评估方法。结果表明:钻井法凿井滚刀磨损与岩层地质条件密切相关,不同地层单位进尺消耗滚刀数量依次为:泥质胶结泥性地层>钙质胶结泥、砂互层地层≈钙质、铁质胶结砂性地层>极弱胶结砂性地层,西部钻井法凿井刀盘深磨区易集中于b、c、d刀圈,而中心刀及其附近区域多为浅磨区;岩渣几何形貌统计特征可间接反映不同地层单位进尺滚刀磨损程度,西部地区砂系、泥系地层岩渣粒径分布符合类指数函数,相关系数R 2为0.976~0.997,根据拟合函数得到的岩渣均匀系数与磨损均匀性指标相关性最高,泥性地层及泥、砂互层地层滚刀磨损加剧的原因可归结为岩渣泥化、砂化;以岩渣圆度分布的箱宽、大颗粒占比、均匀系数、岩石磨蚀性指数为滚刀磨损主要表征参数,得到适用于不同地层的滚刀磨损预测模型,与现场实测对比,模型预测成功率达90.9%;提出的滚刀磨损评估方法可为现场提钻换刀决策提供有益参考。

关键词：钻井法凿井岩渣颗粒分布矿物成分滚刀磨损评估方法

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基于DT-CWT-LMS算法的煤矿井筒光纤监测数据自适应降噪研究

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防灾减灾工程学报 2025年第1期45卷 158-168页

作者：李子祥蔡海兵程桦侯公羽安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001 中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院北京100083

为了解决在煤矿立井井筒监测现场应用中布里渊光时域反射仪(BOTDR)系统信噪比低的问题,提出了一种基于双树复小波变换(DT-CWT)和改进的LMS算法的组合降噪模型,用于对BOTDR分布式光纤监测信号进行降噪处理。首先,设计了基于双树复小波变... 详细信息

为了解决在煤矿立井井筒监测现场应用中布里渊光时域反射仪(BOTDR)系统信噪比低的问题,提出了一种基于双树复小波变换(DT-CWT)和改进的LMS算法的组合降噪模型,用于对BOTDR分布式光纤监测信号进行降噪处理。首先,设计了基于双树复小波变换分解原始信号,并使用样本熵作为目标函数自动选择最优小波分解层数的模型,随后,使用LMS算法计算原始信号的自适应降噪阈值,并通过优化双曲余弦函数来改进LMS算法的收敛速度和收敛性。为了验证所提出算法的有效性,进行了BOTDR温度信号降噪实验,最后,依托山东省郭屯煤矿井筒监测项目,使用DT-CWT-LMS算法对光纤监测信号进行了降噪研究。实验结果表明,DT-CWT-LMS算法的降噪效果明显优于传统的小波阈值降噪方法,平均SNR指标提高了32.03%,平均RMSE降低了33.2%;现场研究结果表明,经过降噪后信号的样本熵平均降低幅度为64.75%,与光纤光栅传感器的数据对比相差在5%以内,说明信号中的背景噪声得到了有效的抑制。该研究为BOTDR技术在煤矿立井监测中应用提供了一种有效的信号降噪方法。

关键词：井筒监测信号降噪分布式光纤技术小波分析

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基于能量理论的侏罗系砂质泥岩强度准则

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岩石力学与工程学报 2025年第2期44卷 427-441页

作者：王晓云程桦荣传新王宗金姚直书张亮亮安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001 安徽大学资源与环境工程学院安徽合肥230022 安徽建筑大学建筑结构与地下工程安徽省重点实验室安徽合肥230601 中煤特殊凿井有限责任公司安徽合肥230001

为阐明西部侏罗系弱胶结砂质泥岩的物理力学特性、能量演化规律与破坏力学行为,开展自然和饱水状态下西部侏罗系弱胶结砂质泥岩的三轴压缩试验,并基于试验结果和能量守恒定律,获得2种状态砂质泥岩的物理力学特性、破坏形态及能量演化规... 详细信息

为阐明西部侏罗系弱胶结砂质泥岩的物理力学特性、能量演化规律与破坏力学行为,开展自然和饱水状态下西部侏罗系弱胶结砂质泥岩的三轴压缩试验,并基于试验结果和能量守恒定律,获得2种状态砂质泥岩的物理力学特性、破坏形态及能量演化规律;根据弹性能密度与围压的非线性关系建立砂质泥岩能量强度准则,并给出相应的剪切应力计算公式;最后,通过3种典型强度准则及能量强度准则与试验结果对比,验证能量强度准则的合理性。研究表明:(1) 2种状态砂质泥岩的峰值强度及软化系数均与围压呈正相关,但软化系数的增长速率与围压呈负相关,单轴均为劈裂张拉破坏、三轴均为剪切破坏;(2) 2种状态砂质泥岩的总应变能密度和耗散能密度均与轴向应变呈正相关,弹性能密度随轴向应变的增大先增大后减小,峰值应力点的总应变能密度、弹性能密度、耗散能密度均随围压增大呈非线性增大趋势;(3)能量强度准则在偏平面上为等边不等角的六边形,在主应力空间为不规则的六棱锥,其参数物理含义明确、求解简单;(4)相较于其他强度准则,能量强度准则及其剪应力计算公式计算精度更高、适用范围更广。研究成果可为西部侏罗系砂质泥岩及类似弱胶结岩石的强度准则研究提供有益参考。

关键词：岩石力学弱胶结砂质泥岩三轴压缩弹性应变能强度准则能量演化

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基于深度学习的井筒变形预测模型与应用

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煤炭学报 2025年第2期50卷 732-747页

作者：刘辉李国强朱晓峻张鹏飞程桦王金正李培帅安徽大学资源与环境工程学院安徽合肥230601 安徽省矿山生态修复工程研究中心安徽合肥230601 山东能源集团鲁西矿业有限公司郭屯煤矿山东菏泽274000

近年来我国东部矿区发生了多起立井井筒倾斜变形及破损灾害,严重影响了矿井安全与生产。针对厚含水松散层深立井倾斜破损灾害,以鲁南某矿深立井井筒(800 m)为研究对象,开展了井筒倾斜变形监测,研究了井筒倾斜时空变化特征,分析了井筒倾... 详细信息

近年来我国东部矿区发生了多起立井井筒倾斜变形及破损灾害,严重影响了矿井安全与生产。针对厚含水松散层深立井倾斜破损灾害,以鲁南某矿深立井井筒(800 m)为研究对象,开展了井筒倾斜变形监测,研究了井筒倾斜时空变化特征,分析了井筒倾斜主要影响因素;在此基础上,基于深度学习理论,综合采用循环神经网络(RNN)、长短期记忆网络(LSTM)、门控循环单元(GRU)、一维卷积神经网络(1DCNN)四种经典深度学习方法,构建了井筒倾斜变形预测模型,并将预测结果与实测值进行对比,分析了井筒变形预测模型精度,研究了井筒整体和关键区域预测效果,验证了模型可靠性,并开展了工程应用。研究表明:①井筒倾斜主要发生在松散层,倾斜值由浅到深线性减小、并偏向采空区一侧,最大为352 mm,基岩层变形较小,最大为88 mm;开采引起厚松散层变形传播范围增大、底部含水层沿井壁渗流疏水及地下水渗流场的变化是导致井筒倾斜变形的主要原因。②模型与实测值Spearman相关系数最大为0.978,最小为0.867,4种模型与现场实测偏移量的最大差值为0.043 m,平均绝对误差E_(MA)在0.003~0.009 m内,均方根误差E_(RMS)在0.004~0.011 m内,整体预测效果以1 DCNN模型最优,主要倾斜方向(偏向采空区一侧的东西方向)预测精度略低于变形量较小的方向(南北方向),且均能够满足工程需要。③井筒整体预测曲线与实际倾斜方向一致,井口、松散层基岩交界面E_(MA)与E_(RMS)平均值均为0.005 m、0.006 m,井底精度略低,其对应值为0.012、0.013 m,井筒特征区域与整体预测效果均表现良好,表明基于深度学习的井筒变形预测模型具有良好的预测能力,研究成果在井筒注浆修复治理工程中得到了有效应用,为井筒安全管理提供了技术参考和数据支撑,为类似工程提供了工程实践经验。

关键词：煤矿立井倾斜变形深度学习井筒预测神经网络

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弱胶结砂质泥岩破岩类材料优化制备及其贯入特性

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安徽理工大学学报(自然科学版) 2025年第1期45卷 74-82页

作者：程桦吴志哲王晓云郭龙辉胡方宇安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001 安徽建筑大学建筑结构与地下工程安徽省重点实验室安徽合肥230601

目的针对西部侏罗系弱胶结砂质泥岩钻井法凿井破岩相似模型试验类材料的配制需求及其破岩效率低下问题。方法基于砂质泥岩物理力学特性与钻井法凿井破岩工况,配制砂质泥岩破岩类材料,分析不同配比类材料的物理力学特性,采用极差分析法... 详细信息

目的针对西部侏罗系弱胶结砂质泥岩钻井法凿井破岩相似模型试验类材料的配制需求及其破岩效率低下问题。方法基于砂质泥岩物理力学特性与钻井法凿井破岩工况,配制砂质泥岩破岩类材料,分析不同配比类材料的物理力学特性,采用极差分析法对破岩类材料强度进行敏感性因素分析;并开展破岩类材料滚刀贯入试验,研究不同侧限应力条件下的钻井法凿井滚刀破岩效率。结果石膏掺量是影响类材料抗压强度的关键因素,胶砂比是影响类材料抗拉强度与抗剪强度的关键因素;当m砂∶m水泥∶m石膏∶m高岭土∶m水∶m减水剂=10∶12.5∶7.5∶1.5∶6∶0.2时,类材料的物理力学特性满足砂质泥岩的相似条件要求。结论两种状态类材料试样的荷载-贯入度曲线均可分为非线性变形阶段、线弹性变形阶段、裂纹萌生和扩展阶段、峰后破坏阶段4个阶段,自然状态试样为脆性破坏,饱水状态试样为塑性破坏,两种状态类材料试样的比能耗、抗侵入系数均与侧限应力呈正相关,但相同侧限应力时,饱水状态试样的比能耗与抗侵入系数均小于自然状态试样,降低平均值分别为28.7%、28.5%。研究成果可为西部侏罗系弱胶结砂质泥岩地层钻井法滚刀破岩试验和破岩机理研究分别提供类材料配比参考与理论指导。

关键词：钻井法凿井弱胶结砂质泥岩破岩类材料滚刀贯入试验破岩效率

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考虑与周围土体相互作用的非均质冻结壁力学特性分析

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煤炭学报 2017年第S2期42卷 354-361页

作者：王彬荣传新程桦安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001

为了合理分析复杂地层冻结壁的受力特性,考虑由冻结温度场引起的冻结壁物理力学参数的不均匀性,根据冻结温度场的分布规律,将冻结壁视为材料性质随着半径呈抛物线变化的非均质材料,通过引入应力传递系数ξn来反映开挖卸载作用,建立了冻... 详细信息

为了合理分析复杂地层冻结壁的受力特性,考虑由冻结温度场引起的冻结壁物理力学参数的不均匀性,根据冻结温度场的分布规律,将冻结壁视为材料性质随着半径呈抛物线变化的非均质材料,通过引入应力传递系数ξn来反映开挖卸载作用,建立了冻结壁与周围土体相互作用的力学模型;根据该模型分别推导了冻结壁在弹性状态下、弹塑性状态下的应力解析解及其承受外荷载的计算公式。计算结果表明:考虑与周围土体相互作用的冻结壁比没有考虑相互作用的冻结壁承载力大;而非均质冻结壁的承载力较均质冻结壁偏小。实际上,冻结壁是一个与周围土体相互作用的非均匀体,因此,提出的考虑与周围土体相互作用的非均质冻结壁力学模型,符合实际工况,可为冻结壁设计提供借鉴。

关键词：冻结法凿井冻结壁周围土体相互作用非均质受力特性

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人工地层水平冻结冻胀效应准耦合数值分析

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岩土工程学报 2003年第1期25卷 87-90页

作者：程桦臧华安徽理工大学地下工程结构研究所安徽淮南232001 同济大学上海200092

提出了人工地层水平冻结冻胀效应准耦合数值分析方法 ;针对某地铁工程 ,分析了水平冻结冻胀规律 ;为今后该工法的推广应用 ,提供了理论依椐。

关键词：水平冻结冻胀地铁准耦合隧道

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地下水渗流对巷道围岩稳定性影响的理论解

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岩石力学与工程学报 2004年第5期23卷 741-744页

作者：荣传新程桦安徽理工大学土木工程系

将巷道围岩视为多孔介质,考虑地下水渗流作用的影响,应用弹塑性损伤力学理论,导出了巷道围岩的应力分布规律以及巷道损伤区半径与孔隙水压力之间的关系;并根据极值点失稳理论,提出了巷道围岩稳定条件,给出了渗流作用下巷道围岩稳定的孔... 详细信息

将巷道围岩视为多孔介质,考虑地下水渗流作用的影响,应用弹塑性损伤力学理论,导出了巷道围岩的应力分布规律以及巷道损伤区半径与孔隙水压力之间的关系;并根据极值点失稳理论,提出了巷道围岩稳定条件,给出了渗流作用下巷道围岩稳定的孔隙水压力的临界值。当巷道围岩中的孔隙水压力接近临界值时,巷道围岩处于非稳定平衡态,此时如受到轻微的扰动,巷道围岩将因失稳而坍塌,从而发生突水事故。

关键词：地下水渗流巷道围岩稳定性孔隙水压力弹塑性

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