检索结果-内蒙古大学图书馆

工程科学学报 2021年第4期43卷 495-502页

作者：尹升华宋庆陈威陈勋北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

以次生硫化铜矿粉为原料,添加黏结剂、氯化钠制备矿粒,并借助CT扫描技术、图像处理及三维重构方法,开展了单个矿粒浸出试验,探究了溶浸前后矿粒内部的孔隙变化;运用COMSOL Multiphysics模拟仿真软件,构建了溶液在孔隙通道中流动的仿真模... 详细信息

以次生硫化铜矿粉为原料,添加黏结剂、氯化钠制备矿粒,并借助CT扫描技术、图像处理及三维重构方法,开展了单个矿粒浸出试验,探究了溶浸前后矿粒内部的孔隙变化;运用COMSOL Multiphysics模拟仿真软件,构建了溶液在孔隙通道中流动的仿真模型.结果表明:经过一周时间的溶浸,矿粒内部孔隙的数目、平均体积、平均表面积及孔隙平均等效直径分别增长了99%、151%、223%和90%,孔隙率增长了4倍,孔隙连通度增长了近2倍.在孔隙通道较狭窄的区域和底部区域,溶液的流速、压力急剧增加,对矿粒结构的稳定性产生较大影响.

关键词：硫化铜矿制粒技术 CT扫描技术孔隙演变数值模拟

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深部多场耦合作用的非线性地应力构建方法

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煤炭学报 2021年第S01期46卷 116-129页

作者：李飞周家兴王金安北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083

深部高能级、大体量的工程灾害频发,难以预测和有效控制,而地应力是采矿工程、岩土工程和石油开采工程优化设计与动力灾害防治的重要依据。在分析深部地应力场时,现场测量理论与方法的局限性、原位保真取芯技术的困难性、地质条件的复... 详细信息

深部高能级、大体量的工程灾害频发,难以预测和有效控制,而地应力是采矿工程、岩土工程和石油开采工程优化设计与动力灾害防治的重要依据。在分析深部地应力场时,现场测量理论与方法的局限性、原位保真取芯技术的困难性、地质条件的复杂性等因素都增加了对工程区域地应力场的认知与解释难度,影响了地应力判断结果的准确性。鄂尔多斯上海庙矿区是我国最大的胶结软岩质深部开采煤矿之一,主采煤层埋深超过1000 m,温度分布局部差异性明显。区域各岩层历经多次构造运动,其断层及褶皱分布较多,水文地质条件复杂,岩溶水及孔隙水量大。鉴于上述众多因素对地应力场的耦合作用复杂、机理不明,决定了掌握地应力场分布状态需从多角度多方面分析研究。为此,首先介绍了几组适应于深部地应力场分布规律的边界载荷形式,并提出了一种新的深部地应力场非线性优化的算法——多元渐进迭代寻优算法,该方法能够保证高精度、快速获得全局最优解,十分适用深部复杂地应力场的反演与重构。其次,采用理论分析、现场测量及室内试验等方法,系统分析了深部地温分布规律,推导出深部非连续构造邻域内的温度分布解析解,并获得了矿区的地温资料、岩体热力学参数、软化系数及测点应力数据等。最后,基于研究区域的地质条件,构建了深部三维地质模型,考虑深部多场耦合特征、非连续构造特征及复杂地层属性特征等,反演重构出该区域的地温场及地应力场分布状态,其计算结果与实测值及现场地质资料等数据相吻合。

关键词：深部岩体地应力多场耦合反演优化算法

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基于DIC的高温砂岩劈裂力学特性研究

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岩土力学 2021年第2期42卷 511-518页

作者：孙文进金爱兵王树亮赵怡晴韦立昌贾玉春北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083

为探讨高温处理后砂岩劈裂条件下力学特性的变化规律,在对400~1000℃热处理后的砂岩进行物理性质测试的基础上,通过数字图像相关技术(digital imagine correlation,DIC)记录和分析了不同温度处理后砂岩在巴西劈裂试验过程中的应变场演... 详细信息

为探讨高温处理后砂岩劈裂条件下力学特性的变化规律,在对400~1000℃热处理后的砂岩进行物理性质测试的基础上,通过数字图像相关技术(digital imagine correlation,DIC)记录和分析了不同温度处理后砂岩在巴西劈裂试验过程中的应变场演化以及裂纹产生、扩展和贯通过程。研究结果表明:随着温度升高,砂岩的质量不断损失,体积不断膨胀,P波波速衰减迅速;温度低于800℃时,热处理砂岩抗拉强度呈下降趋势,但总体下降幅度不大,维持在10%左右;高温对砂岩抗拉强度的影响远超抗压强度,当温度超过800℃时,由于砂岩内部裂隙急剧增加,抗拉强度大幅下降,可将800℃视为砂岩抗拉劣化的温度阈值;随着温度升高,砂岩内部孔隙和裂隙增多,导致巴西圆盘两端与中部的应变差逐渐降低。

关键词：砂岩高温数字图像相关技术巴西劈裂

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相变储能充填体孔隙结构及强度劣化机制研究

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岩土力学 2021年第10期42卷 2623-2633页

作者：金爱兵巨有孙浩赵怡晴李海张舟陆通北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

为探究相变储能充填体孔隙结构特征及其对充填体强度劣化的影响,以硬脂酸丁酯为相变材料,膨胀珍珠岩为吸附介质制备复合相变材料,将其与水泥、尾砂混合制备不同复合相变材料添加量的相变储能充填体,并采用CT(电子计算机断层)扫描、MRI(... 详细信息

为探究相变储能充填体孔隙结构特征及其对充填体强度劣化的影响,以硬脂酸丁酯为相变材料,膨胀珍珠岩为吸附介质制备复合相变材料,将其与水泥、尾砂混合制备不同复合相变材料添加量的相变储能充填体,并采用CT(电子计算机断层)扫描、MRI(核磁共振成像)分析、单轴压缩试验等方法得到不同添加量相变储能充填体的强度特征和结构特征,分析其影响机制。研究结果表明:(1)相变储能充填体孔隙率随添加量增大逐渐增大,其中大孔孔隙率近似线性增加,大孔占比逐渐增加,孔隙趋近球体。(2)随着相变材料添加量增加,充填体连通性增大,孔喉长度增加,大孔径孔隙数量增多,孔喉配位数集中在5以下,分形维数先下降再大幅上升,孔隙分布复杂。(3)当复合相变材料的添加量为5%时,受大孔隙及孔隙连通性增大的影响,充填体单轴抗压强度下降了30.2%;当复合相变材料的添加量为10%时,孔径分布趋于均匀,充填体单轴抗压强度下降了48.9%。

关键词：相变材料充填体孔隙特征 CT扫描核磁共振成像单轴抗压强度

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基于Voronoi块体模型的砂岩力学特性研究

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东北大学学报（自然科学版） 2021年第11期42卷 1600-1608页

作者：孙浩陈帅军金爱兵李海北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

PFC软件中球形颗粒和平行黏结接触模型(PBM)被广泛应用于岩石力学特性模拟研究.然而,球形颗粒和PBM存在两个明显缺陷:球形颗粒与岩石材料的晶粒形状相差较大;无侧限抗压强度与抗拉强度之比(压拉比)偏低.基于此,以山西吕梁地区典型砂岩为... 详细信息

PFC软件中球形颗粒和平行黏结接触模型(PBM)被广泛应用于岩石力学特性模拟研究.然而,球形颗粒和PBM存在两个明显缺陷:球形颗粒与岩石材料的晶粒形状相差较大;无侧限抗压强度与抗拉强度之比(压拉比)偏低.基于此,以山西吕梁地区典型砂岩为例,通过Voronoi剖分建立刚性块体数值试样,并使用软化黏结接触模型(SBM)对砂岩试样进行模拟分析.研究结果表明,基于刚性块体和SBM的数值模拟相较于传统基于球形颗粒和PBM的数值模拟而言,主要具有3个优点:与球形颗粒试样相比,刚性块体间自锁效应增大,刚性块体模型间的配位数明显提高,更能模拟真实砂岩的晶粒形状和晶粒间力学行为;软化黏结模型能模拟出砂岩更大的压拉比,更能真实表征砂岩在多应力路径下的力学特性;采用基于刚性块体和SBM的数值模型能够真实反映砂岩典型的剪切破坏模式.

关键词：砂岩刚性块体 Voronoi剖分软化黏结模型压拉比

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低温下湿喷混凝土强度预测与强度损伤

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中南大学学报（自然科学版） 2021年第5期52卷 1581-1590页

作者：李克庆胡亚飞韩斌吉坤张朋北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083

为研究不同养护温度下的湿喷混凝土强度演化规律,实现低温环境下强度的精准预测,根据吉林省东南部某金矿的湿喷配合比,对不同养护温度的湿喷混凝土开展抗压强度试验,采用扫描电镜(SEM)开展湿喷混凝土微观结构分析。研究结果表明:基于实... 详细信息

为研究不同养护温度下的湿喷混凝土强度演化规律,实现低温环境下强度的精准预测,根据吉林省东南部某金矿的湿喷配合比,对不同养护温度的湿喷混凝土开展抗压强度试验,采用扫描电镜(SEM)开展湿喷混凝土微观结构分析。研究结果表明:基于实验结果构建的ANN-PSO强度预测模型可以精准预测不同养护温度下的湿喷混凝土强度,其平均相对误差MRE仅1.706%,决定系数R^(2)为0.996;当养护温度由2℃增加到20℃时,湿喷混凝土的强度先快速增长,后增速减缓到基本稳定;本文提出的强度损伤系数随养护温度的增加逐渐减小,可以定量表征温度效应下混凝土强度的演化规律。低温抑制了水化反应,导致胶凝物质生成量少,无法满足混凝土由孔隙结构到致密胶结结构的发育需求,这种结构缺陷是强度受到损伤的本质原因。

关键词：低温环境强度发展预测模型微观结构强度损伤

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深地金属矿流态化浸出过程强化与地热协同共采的探索

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工程科学学报 2022年第10期44卷 1694-1708页

作者：王雷鸣罗衍阔尹升华周根茂廖文胜李召坤北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 新疆中核矿业科技集团有限公司伊宁835099 核工业北京化工冶金研究院北京101149

立足深地金属矿产资源开采,以当前铀矿原位溶浸采矿工艺为基础,结合“金属矿流态化开采”和“深部地热开发”的工艺技术特征,创新提出了深地金属矿流态化浸出过程强化-地热协同共采的工艺构想,探讨了实现该工艺构想的思路架构、潜在方... 详细信息

立足深地金属矿产资源开采,以当前铀矿原位溶浸采矿工艺为基础,结合“金属矿流态化开采”和“深部地热开发”的工艺技术特征,创新提出了深地金属矿流态化浸出过程强化-地热协同共采的工艺构想,探讨了实现该工艺构想的思路架构、潜在方式并给出了初步设想,从矿物浸出、环境感知、过程控制、能量置换、协同关联角度提出了关键系统,包括:致密固态矿产流态化系统、深地资源智慧感知系统、深地矿区溶浸液渗流控制系统、地热-溶浸液能量置换系统、热能置换-溶浸液循环耦联系统共五个方面开展重点研讨,系统分析了实现深地金属矿流态化浸出-地热协同共采过程中的基础理论瓶颈、关键技术难题与未来发展趋向,相关研究旨在为深地金属矿流态化浸出过程强化与地热协同共采提供思路借鉴.

关键词：深地开采金属矿流态化开采地热能协同开采

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螺旋爆轰内部胞格结构实验探索

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推进技术 2021年第3期42卷 593-600页

作者：严屹然张英华赵焕娟秦玄烨牛淑贞董士铭北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083

为研究螺旋爆轰胞格结构,选取预混气C_(2)H_(2)+2.5O_(2)+85%Ar,C_(2)H_(2)+2.5O_(2)+70%Ar与C2H2+5N2O在光滑管中进行爆轰实验,使用烟膜记录管道侧壁与端面胞格结构。编写MATLAB程序处理烟膜记录,比较侧壁横波间距、端面胞格直径平均值... 详细信息

为研究螺旋爆轰胞格结构,选取预混气C_(2)H_(2)+2.5O_(2)+85%Ar,C_(2)H_(2)+2.5O_(2)+70%Ar与C2H2+5N2O在光滑管中进行爆轰实验,使用烟膜记录管道侧壁与端面胞格结构。编写MATLAB程序处理烟膜记录,比较侧壁横波间距、端面胞格直径平均值,以及相邻端面胞格中心点距离平均值与标准差。其中,侧壁横波间距明显大于管壁附近端面胞格直径平均值。另外,相较于稳定气,不稳定气近管壁与近管轴区域的端面胞格直径差异更大,不同压力下预混气C_(2)H_(2)+5N_(2)O近管壁与近管轴区域的端面胞格直径差异分别为47.91%,59.64%,40.42%与37.21%。为进一步探索爆轰波内部结构,使用CH_(4)+2O_(2)在5,15与25mm宽度的环形管进行实验,对比侧壁及端面烟膜结果,可观测到内部螺旋横波旋转方式。相对环管宽度而言,初始压力是胞格尺寸的主要影响参数,而整体上外侧壁胞格尺寸稍大于内侧壁胞格尺寸。

关键词：螺旋爆轰胞格结构环形管道数字化分析边界层效应

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3D打印交叉节理试件力学破裂特性研究

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岩土力学 2021年第1期42卷 39-49,58页

作者：王本鑫金爱兵王树亮孙浩北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

交叉节理普遍存在于实际岩体中,但其对岩体力学破裂特性的影响至今未有全面深入的研究。制作了含3D打印交叉节理试样,采用声发射、CT扫描技术和数字图像相关技术(DIC)分析手段对单轴条件下含交叉节理试样的力学及破裂特性进行了研究。... 详细信息

交叉节理普遍存在于实际岩体中,但其对岩体力学破裂特性的影响至今未有全面深入的研究。制作了含3D打印交叉节理试样,采用声发射、CT扫描技术和数字图像相关技术(DIC)分析手段对单轴条件下含交叉节理试样的力学及破裂特性进行了研究。研究结果表明:(1)主节理倾角较小时裂隙的分形维数DB与单轴强度、弹性模量和泊松比之间的变化关系比主节理倾角较大时的一致性更好,前者破裂模式的规律性好于后者。(2)主节理倾角较大时压密和弹性阶段节理和块体之间在张拉作用下会产生聚集性微破裂声发射事件,主节理倾角较小时不会产生这种现象。DIC应变云图中裂隙扩展路径上的微应变先于宏观破裂,可通过计算压缩条件下微应变最大区域预测破裂模式。(3)主节理对起裂角和裂隙扩展模式起主要作用,且声发射和分形特性具有统一性。次节理平行最大主应力时,总损伤主要由主节理扩展造成,累积声发射事件数量AAEE和DB均最大。AAEE和DB越大,破裂模式越复杂。(4)三维破裂模式以节理端部扩展产生的2~3个张拉翼裂隙面为主,内部三维宏观裂隙面上存在由不完全张拉破裂引起的非连续结构。

关键词： 3D打印交叉节理声发射 CT扫描数字图像技术DIC 破裂特性

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深部矿体充填开采对上盘斜坡道稳定性影响

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中国有色金属学报 2021年第3期31卷 806-814页

作者：韩斌吴凡孟科胡亚飞吉坤骆禧光北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

针对深部矿体充填开采条件下的上盘斜坡道稳定性问题,通过数值模拟、机理研究和位移监测等手段分析斜坡道稳定性。首先,采用应力、位移、塑性区三个绝对指标和倾斜、曲率、水平变形三个相对指标评价数值模拟结果以及优化矿体回采方案;然... 详细信息

针对深部矿体充填开采条件下的上盘斜坡道稳定性问题,通过数值模拟、机理研究和位移监测等手段分析斜坡道稳定性。首先,采用应力、位移、塑性区三个绝对指标和倾斜、曲率、水平变形三个相对指标评价数值模拟结果以及优化矿体回采方案;然后,从地质条件、采矿工艺和充填效果角度探讨斜坡道保持稳定的原因;最后,通过现场监测研究斜坡道和采场围岩的位移变化规律。结果表明:不同回采方案开采后,斜坡道均有良好的稳定性,且北区、中区矿体最优回采方案分别是方案1、方案6;地质先决条件、采矿工艺科学和充填效果良好是使得斜坡道稳定的原因;监测点1~4的相对最大位移依次为3.9、2.6、5.8和7.0 mm,未发生明显位移,斜坡道与采场围岩稳定性良好。

关键词：深部开采上盘斜坡道稳定性数值模拟机理研究位移监测

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