检索结果-内蒙古大学图书馆

煤炭科学技术 2023年第7期51卷 255-267页

作者：左建平刘海雁王军徐丞谊朱凡中国矿业大学(北京) 力学与建筑工程学院北京 100083 中国矿业大学(北京) 煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京 100083 中国矿业大学(北京) 力学与建筑工程学院北京 100083 山东建筑大学土木工程学院山东济南 250101

深部巷道由于赋存环境复杂及受到深部地应力作用,加上断面形状尺寸多样,使得巷道的破坏形式多元化.通过系统分析深井软岩巷道受到高应力、动压等因素影响,对比了最大地应力、最大抗压强度以及相对应的支护方式,提出采用应力强度比来评... 详细信息

深部巷道由于赋存环境复杂及受到深部地应力作用,加上断面形状尺寸多样,使得巷道的破坏形式多元化.通过系统分析深井软岩巷道受到高应力、动压等因素影响,对比了最大地应力、最大抗压强度以及相对应的支护方式,提出采用应力强度比来评价巷道围岩支护的难易程度.进一步提出了深部巷道主被动全空间协同控制理念,其核心为通过卸压、注浆和锚杆-索等主动支护方式来控制巷道变形,发挥围岩的自承能力,形成主动支护体,恢复其部分承载能力;使用钢管混凝土支架、U型钢等具有较高支护阻力的被动支护方式,构成被动支撑圈,协助或调动巷道围岩发挥承载能力.进而分析了钢管混凝土支架与锚杆-索的协同支护力学机理,形成了主被动全空间协同控制技术及施工工艺并进行了现场应用.研究表明,打设锚杆-索可以降低钢管混凝土支架的弯矩和剪力,同时降低了支架轴力,保护了钢管和抗拉性能较差的核心混凝土,保证了钢管混凝土支架能够提供较高的支护阻力;主被动全空间协同控制技术在晋城胡底煤矿、阳泉新元煤矿等深部动压巷道与软岩巷道中进行了成功应用,进一步发展了深部巷道等强支护理论与技术.

关键词：深部巷道巷道支护主被动全空间协同主动支护体被动支撑圈应力强度比

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磷酸改性钢渣粉复合氢氧化钙浆体早期水化与微观结构

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材料导报 2023年第15期37卷 116-120页

作者：霍彬彬陈春张亚梅东南大学材料科学与工程学院江苏省土木工程材料重点实验室南京211189 中国矿业大学矿业工程学院煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116

为探究磷酸改性钢渣粉在碱性水泥环境中早期水化能力的变化,对比研究了未改性与磷酸改性钢渣粉复合氢氧化钙浆体的水化热、水化产物与微观结构变化。结果表明:相比未改性钢渣粉复合氢氧化钙浆体,磷酸改性钢渣粉复合氢氧化钙浆体的水化... 详细信息

为探究磷酸改性钢渣粉在碱性水泥环境中早期水化能力的变化,对比研究了未改性与磷酸改性钢渣粉复合氢氧化钙浆体的水化热、水化产物与微观结构变化。结果表明:相比未改性钢渣粉复合氢氧化钙浆体,磷酸改性钢渣粉复合氢氧化钙浆体的水化放热峰前移并且放热速率升高,72 h水化放热量提升了16.8%;其在3 d、7 d和28 d时消耗更多的氢氧化钙,产生更多水化产物,导致浆体孔隙率下降。但由于磷酸根对活性硅酸盐矿物水化的延缓作用,磷酸改性钢渣复合氢氧化钙浆体的孔隙率由3 d水化至28 d时的下降程度弱于未改性组。

关键词：钢渣粉磷酸改性氢氧化钙水化微观结构

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圆钢加固钢管混凝土偏压构件弯曲性能提升机制

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哈尔滨工业大学学报 2023年第5期55卷 122-131页

作者：刘德军夏志恒王军左建平常永全煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 山东建筑大学土木工程学院济南250101

为探索拱腹焊接圆钢对钢管混凝土偏压构件弯曲性能的提升机制,在ABAQUS软件中建立了圆钢加固钢管混凝土梁数值模型,并采用试验数据验证了模型的合理性。通过分析圆钢加固钢管混凝土偏压构件的弯矩-挠度曲线、弯矩-纵向应变曲线、环向应... 详细信息

为探索拱腹焊接圆钢对钢管混凝土偏压构件弯曲性能的提升机制,在ABAQUS软件中建立了圆钢加固钢管混凝土梁数值模型,并采用试验数据验证了模型的合理性。通过分析圆钢加固钢管混凝土偏压构件的弯矩-挠度曲线、弯矩-纵向应变曲线、环向应变曲线、约束指数和中性轴偏移规律,揭示了焊接圆钢对钢管混凝土偏压构件弯曲性能的提升机制。进一步,分析了圆钢直径以及构件长细比对圆钢加固钢管混凝土偏压构件弯曲性能的影响规律。结果表明:焊接圆钢可以降低截面中性轴的位置,增大受压侧钢管环向应变,从而提高了受压区混凝土面积,增强了受压侧钢管对混凝土的约束作用,进一步提升钢管混凝土偏压构件的抗弯承载力和弯曲刚度,并且圆钢直径越大提升幅度越高;圆钢加固钢管混凝土偏压构件的极限弯矩随着轴压比的增加而减小,减小的幅度随着圆钢直径和构件长细比的增加而增大,焊接圆钢提升大长细比偏压构件弯曲性能的效果更好,且对大长细比构件弯曲性能的提升效果随着轴压比的增加而增大。

关键词：钢管混凝土数值模拟焊接圆钢偏压构件弯曲性能轴压比长细比

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射孔参数对非均质砂岩水力压裂裂缝扩展规律的影响

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土木工程学报 2022年第1期55卷 1-9页

作者：杨永明李霄汪震鞠杨中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083

射孔参数对非常规油气资源储层压裂改造具有重要影响。目前人们对不同射孔参数条件下非均质储层岩石压裂裂缝的扩展机理认识不足,很大程度地制约了水力压裂技术的现场实施。以天然非均质砂岩为对象,运用CT成像、X射线衍射、电子探针等方... 详细信息

射孔参数对非常规油气资源储层压裂改造具有重要影响。目前人们对不同射孔参数条件下非均质储层岩石压裂裂缝的扩展机理认识不足,很大程度地制约了水力压裂技术的现场实施。以天然非均质砂岩为对象,运用CT成像、X射线衍射、电子探针等方法,分析天然砂岩内部矿物颗粒的成份、尺寸和空间位置等分布情况,建立砂岩矿物颗粒成分与尺寸和空间位置的对应关系,构建含矿物颗粒的非均质砂岩三维数字模型,模拟分析不同射孔参数下非均质砂岩水力压裂裂缝扩展行为,探讨射孔的密度、方位角、布孔方式、深度、孔径等参数以及矿物颗粒对非均质砂岩水压裂缝空间展布形态和扩展规律的影响,揭示不同射孔参数下非均质砂岩储层压裂裂缝的扩展机理。研究发现:破裂压力随射孔密度、孔径和孔深的增加而降低,随射孔方位角增大而增加,线性布孔下的破裂压力最大。射孔的密度和方位角对压裂裂缝展布形态有重要影响,射孔深度对压裂裂缝扩展方向起一定的控制作用,射孔孔径对压裂裂缝的影响体现在扩展范围上,布孔方式对裂缝的展布形态影响不大。同时,研究表明:矿物颗粒对砂岩压裂裂缝的扩展规律有很大的影响,非均质砂岩更易形成复杂缝网。

关键词：非均质砂岩矿物颗粒射孔参数破裂压力裂缝展布形态

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基于DIP-FFT数值方法的花岗岩多尺度力学特性研究

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岩石力学与工程学报 2022年第11期41卷 2254-2267页

作者：李明耀彭磊左建平王智敏李绍金薛喜仁中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083

为研究花岗岩的细观力学特性及其结构特征对宏观力学性质的影响,先利用X射线衍射和偏光显微镜获得花岗岩各矿物成分及比例和表面形貌,然后通过纳米压痕试验定性分析各相矿物的力学特性,并计算花岗岩的细观力学参数;最后,为了克服传统均... 详细信息

为研究花岗岩的细观力学特性及其结构特征对宏观力学性质的影响,先利用X射线衍射和偏光显微镜获得花岗岩各矿物成分及比例和表面形貌,然后通过纳米压痕试验定性分析各相矿物的力学特性,并计算花岗岩的细观力学参数;最后,为了克服传统均匀化解析法求解等效参数时无法考虑细观结构的形状、大小和分布等特征的问题,将数字图像处理(DIP)技术和快速傅里叶变换法(FFT)有机结合,提出一种能直接利用岩石图像构建数值模型的DIP-FFT数值方法,基于真实细观结构计算等效弹性模量和泊松比,并与均匀化解析解和三轴压缩试验测定的宏观弹性模量和泊松比进行对比。研究结果表明:各相矿物在细观尺度上具有明显的异质性,石英强度高,力学性质稳定,长石次之,云母软弱变形大且内部存在孔隙结构;花岗岩的宏观弹性模量随围压的增加呈增大趋势并逐渐趋于稳定;DIP-FFT数值方法合理考虑了岩石细观结构特征的影响,建立了花岗岩宏细观力学参数的联系,其预测的等效弹性模量和泊松比与中围压下的测试结果吻合。该研究成果将为从微细观尺度确定岩石宏观力学性质提供一种更合理高效的方法,对于评价复杂工程环境下围岩的力学性质有着重要的工程实践意义。

关键词：岩石力学花岗岩纳米压痕试验均匀化方法数字图像处理快速傅里叶变换法细观力学

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定向钻孔雷达天线探测平衡分析与配重优化设计

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煤田地质与勘探 2023年第6期51卷 175-184页

作者：李涛涛许献磊徐海龙欧阳兵王鹏杰萍乡学院机械电子工程学院江西萍乡337055 中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100086

定向钻孔雷达(Orientated Borehole Ground Penetrating Radar,OBGPR)有效解决了矿井或油井钻孔、工程检测探孔等周边地质情况的定向精细化探测问题。针对深孔中介质多变,雷达天线配重不合理,导致天线下沉时状态难以控制、探测效果不理... 详细信息

定向钻孔雷达(Orientated Borehole Ground Penetrating Radar,OBGPR)有效解决了矿井或油井钻孔、工程检测探孔等周边地质情况的定向精细化探测问题。针对深孔中介质多变,雷达天线配重不合理,导致天线下沉时状态难以控制、探测效果不理想的情况,开展定向钻孔雷达探测过程中的天线平衡分析和配重优化设计研究。首先对深孔/井探测中的定向钻孔雷达天线进行平衡状态下的受力分析,在明确不同密度介质条件天线所受重力、浮力的前提下,通过构建钻孔泥浆黏度系数随密度变化模型,数值模拟与试验验证相结合确定雷诺数与阻力系数关系,重点研究雷达天线匀速下沉检测的运动阻力情况。接着开展定向钻孔雷达天线的配重优化设计,形成了配重大小可调节的配重块结构以及不同探测条件下(钻孔直径0.1~0.2 m、介质密度1000~1700 kg/m^(3)、检测速度0.03~0.06 m/s)的配重方案。在此基础上,开展定向钻孔雷达的电塔桩基和大坝坝基质量现场探测试验,以验证天线的配重优化设计结果。对试验过程中的线缆拉力变化情况和雷达探测结果进行分析,结果表明:优化设计出的钻孔雷达天线配重结构和方案满足不同工况条件下天线平稳下沉探测的需求,探测结果能有效得到钻孔周边地质异常区域的方位和尺寸。研究结果可为钻孔雷达实现复杂孔/井中环境下的超深、定向和精细化探测提供技术支撑和指导价值。

关键词：定向钻孔雷达雷达天线配重结构动力黏度平衡分析

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基于Stacking集成算法的岩爆等级预测研究

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岩石力学与工程学报 2022年第S01期41卷 2915-2926页

作者：刘德军戴庆庆左建平商奇陈国亮郭艺豪中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083

岩爆是地下工程面临的一个巨大灾害,岩爆预测可以降低岩爆带来的危害。机器学习是岩爆预测方法的研究热点和发展方向,但现阶段各机器学习算法表现不同,并且相互独立工作,没有融合,不能优势互补,导致各机器学习算法的准确率、泛化性和稳... 详细信息

岩爆是地下工程面临的一个巨大灾害,岩爆预测可以降低岩爆带来的危害。机器学习是岩爆预测方法的研究热点和发展方向,但现阶段各机器学习算法表现不同,并且相互独立工作,没有融合,不能优势互补,导致各机器学习算法的准确率、泛化性和稳定性较低。本文采用Stacking集成算法,融合现阶段使用较多的8个机器学习算法(4个集成算法和4个基本算法),充分发挥各算法的优势,实现优势互补;为保证新特征信息具有多样性,结合各种机器学习算法的原理和岩爆样本库的特点,提出3组考虑多个岩爆预测指标的Stacking集成算法,每组算法拥有不同基模型和多个元模型,解决了传统Stacking集成算法接受特征信息受限和元模型选择困难的难题。对比分析各组Stacking集成算法与独立算法的准确率、精确率、召回率和F1值,结果表明构建的Stacking集成算法可以有效融合各机器学习算法,预测性能显著提升。在3组Stacking集成算法中,Stacking集成算法二的基模型由Random Forest Classifier,Extra Trees Classifier,Gradient Boosting Classifier和LGBMClassifier四个预测准确率较高的集成算法构成,基模型提供的新特征信息精度最高,各元模型预测性提升最显著,表现最优,其中该组元模型中SVC算法和LGBMClassifier算法的准确率在3组元模型中最高。采用不同组表现较好的元模型投票预测岩爆,Stacking集成算法可以学习到更多特征信息,测试集的准确率最终稳定在94.12%,优于独立机器学习和常用理论判据的预测性能(最高准确率分别为91.18%和53.9%)。最后,采用建立的Stacking集成算法对终南山隧道竖井进行岩爆预测,预测结果与实际情况较为一致。

关键词：岩石力学岩爆预测 Stacking集成算法算法融合机器学习

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破碎围岩梯度支护模型及分级控制研究

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中国矿业大学学报 2022年第2期51卷 221-231页

作者：左建平洪紫杰于美鲁刘海雁王振波中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083

针对深部巷道大变形难控制问题,基于深部巷道围岩梯度破坏机理及巷道等强支护理论,进一步提出了围岩梯度支护分级控制原理和屈服破坏判据.针对巷道围岩破碎区,采取锚杆和高强水泥材料加固控制;对围岩塑性区,采取锚索和纳米基水泥材料控... 详细信息

针对深部巷道大变形难控制问题,基于深部巷道围岩梯度破坏机理及巷道等强支护理论,进一步提出了围岩梯度支护分级控制原理和屈服破坏判据.针对巷道围岩破碎区,采取锚杆和高强水泥材料加固控制;对围岩塑性区,采取锚索和纳米基水泥材料控制,由此实现基于梯度破坏机理的巷道围岩分级三维承压壳控制.研究结果表明:破碎半径、支护强度以及加固厚度对梯度支护模型的敏感度较大,当r=R_(1)和r=R_(p)时,基于围岩梯度破坏的梯度承压壳发生屈服破坏的极限强度分别约为25和15 MPa;理论分析验证加固后的梯度承压壳可以实现破碎区边缘和塑性区围岩的恢复,理论得出最好状态分别能近似恢复至初始状态的52%和95%左右.梯度支护模型和分级控制方法在一定程度上为深部巷道围岩控制提供了理论和实践指导.

关键词：梯度支护模型分级控制梯度三维承压壳屈服准则初始状态恢复

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三轴循环加卸载条件下热损伤石灰岩力学特性演化规律

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采矿与岩层控制工程学报 2022年第4期4卷 83-94页

作者：张晓悟徐金海孙垒张皓文王琪中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116

为了研究循环加卸载条件下岩石力学特性的温度-围压效应,设计了5个温度梯度石灰岩三轴循环加卸载试验,分析了循环加卸载条件下,不同温度、围压对岩石特征力学参数的影响,建立了岩石破坏形式和损伤的评价指标。结果表明:①岩石力学特性... 详细信息

为了研究循环加卸载条件下岩石力学特性的温度-围压效应,设计了5个温度梯度石灰岩三轴循环加卸载试验,分析了循环加卸载条件下,不同温度、围压对岩石特征力学参数的影响,建立了岩石破坏形式和损伤的评价指标。结果表明:①岩石力学特性表现为围压强化和温度恶化效应,温度和围压越大,岩石峰后应力衰减越迟缓,其所能承受的循环加卸载次数越多,同时塑性变形量越大;②脆度系数越小,岩石延性越强,反之脆性越强,当围压和温度都增加时,岩石破坏形式由脆性破坏向延性破坏转化;③随着循环加卸载次数的增加,岩石损伤变量呈非线性增加,且峰后阶段增加迅速。研究成果可为分析高温条件下岩石稳定性提供参考。

关键词：循环加卸载力学特征脆度系数温度损伤

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迎采工作面沿空掘巷围岩能量−应力全周期演化规律

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煤炭科学技术 2025年第4期53卷 162-175页

作者：陈定超王襄禹柏建彪李梦龙卢建飞张飞腾孙世奇赵祥岍于洋中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116 中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410012 徐州工程学院土木工程学院江苏徐州221111

迎采动工作面沿空掘巷经历上工作面侧向基本顶断裂、回转、下沉全过程的全周期动压影响,巷道变形量大、维护困难。本文以温庄煤矿15105工作面为工程背景,提出在原有25 m煤柱迎采动面掘巷的基础上,沿上工作面非稳定采空区后方改变巷道掘... 详细信息

迎采动工作面沿空掘巷经历上工作面侧向基本顶断裂、回转、下沉全过程的全周期动压影响,巷道变形量大、维护困难。本文以温庄煤矿15105工作面为工程背景,提出在原有25 m煤柱迎采动面掘巷的基础上,沿上工作面非稳定采空区后方改变巷道掘进轨迹,将区段煤柱宽度减小至6 m,进行沿空掘巷。为了证明方案的可行性,采用FLAC^(3D)建立数值模型,模拟了原方案与优化方案2种情况下的巷道围岩能量−应力全周期(迎15103采动工作面掘进、非稳定采空区侧巷道掘进、15105工作面回采)演化规律。模拟结果显示:①迎15103采动工作面掘进期间,应力和能量主要集中在区段煤柱的采空区侧。②非稳定采空区侧巷道掘进期间,与原方案相比,优化方案使6 m煤柱内部能量和应力转移至工作面煤体侧。③15105工作面回采期间,采取原方案时,能量和应力均向25 m煤柱回采侧集中,应力峰值达到31.2 MPa,最大能量为192.4 kJ/m^(3);采取优化方案时,能量和应力均向工作面实体煤侧转移,6 m煤柱具备一定承载能力,并且整个过程中应力集中程度低、能量无明显聚集,回采期间6 m煤柱内部应力峰值仅8.1 MPa,最大能量为126.7 kJ/m^(3)。在此基础上,确定了优化方案的可靠性,并结合数值模拟结果和现场地质条件,提出将巷道分成4个区段:迎采对掘段、临空掘巷段、渐变煤柱段和沿空掘巷段,建立了巷道围岩分区控制体系,设计了锚杆、索支护参数。最终成功开展了工业性试验,现场监测结果显示各区段巷道整体控制效果良好。

关键词：迎采掘进沿空掘巷煤柱双屈服模型应变软化模型

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