检索结果-内蒙古大学图书馆

中南大学学报（自然科学版） 2023年第3期54卷 797-806页

作者：陈威尹升华陈勋王雷鸣宋庆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

为研究细菌来源、细菌溶液体积分数以及黏结剂质量分数对充填材料性能的影响,采用正交设计实验方法,开展充填材料制备实验,考察实验过程中抗压强度、持水量、体积收缩率等参数的变化,分析细菌来源、细菌溶液体积分数以及黏结剂质量分数... 详细信息

为研究细菌来源、细菌溶液体积分数以及黏结剂质量分数对充填材料性能的影响,采用正交设计实验方法,开展充填材料制备实验,考察实验过程中抗压强度、持水量、体积收缩率等参数的变化,分析细菌来源、细菌溶液体积分数以及黏结剂质量分数对充填材料性能的影响规律;对选定的黏结剂进行细菌接种实验,研究黏结剂对细菌群落的影响。研究结果表明:黏结剂对细菌群落无明显影响;各因素对充填材料性能的影响程度按由大到小顺序排列依次为黏结剂质量分数、细菌溶液体积分数和细菌来源;当细菌溶液体积分数为100%、黏结剂质量分数为30%、细菌来源为A时,充填材料的体积收缩率、塌落度以及抗压强度分别为4.09%,18.94 cm以及5.19 MPa,在此条件下,充填材料性能最佳;添加细菌溶液可使Fe2+快速转化为Fe3+,Fe3+浓度增大,促进Fe3+水解形成沉淀物质,减少充填材料内部裂纹数量,提高充填材料性能。

关键词：尾砂细菌溶液充填抗压强度

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声发射梅尔倒谱系数在砂岩破裂分析的应用

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煤炭学报 2023年第2期48卷 714-729页

作者：李振雷李娜杨菲宋大钊何学秋薛雅荣王洪磊殷山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

声发射技术在煤岩破裂分析领域进行了大量应用,取得了诸多有益成果,对煤岩动力灾害监测预警提供了重要指导,然而煤岩声发射分析仍存在进一步研究和完善的空间,亟待提出新的声发射分析方法。为此,开展了预制裂纹砂岩试样单轴加载破坏实验... 详细信息

声发射技术在煤岩破裂分析领域进行了大量应用,取得了诸多有益成果,对煤岩动力灾害监测预警提供了重要指导,然而煤岩声发射分析仍存在进一步研究和完善的空间,亟待提出新的声发射分析方法。为此,开展了预制裂纹砂岩试样单轴加载破坏实验,同步采集了加载全程的应力应变数据和全波形声发射数据,并对试样进行全程高清摄像;利用声波分析手段提取了砂岩的声发射梅尔倒谱系数,探讨了该系数在砂岩破裂分析的优势及其原因,分析了该系数对砂岩破坏过程的响应,由此进一步研究揭示了预制裂纹砂岩试样的破裂破坏演化特征及声发射梅尔倒谱系数前兆信息。结果表明:对同种砂岩的不同试样,由不同通道采集的声发射信号提取的同号梅尔倒谱系数的变化特征相似、变化量相近、偏差程度小(5%~15%),并且在砂岩加载全程具有阶段性和敏感性的变化特征,说明声发射梅尔倒谱系数具有稳定性优势,可作为反映砂岩破裂状态的特征参数;梅尔倒谱系数可对声发射波形进行很好表征,系数提取过程不对波形设置门槛值,系数值由一段时间内声发射波形幅度和密集程度等整体形态决定,而不同通道采集的声发射波形整体形态在一段时间内趋向于相似,是该系数具有稳定性优势的原因;在砂岩破坏阶段,梅尔倒谱系数呈现周期性升降波动,对应应力曲线的周期性降升和高幅度声发射波形的间断性产生,3者的变化量之间具有显著的正相关关系,说明该系数的波动性及其强弱可反映砂岩的破裂过程及破裂的剧烈程度,是砂岩破裂的响应,由此揭示了砂岩的间歇性破裂破坏演化特征,该特征随着临近砂岩失稳破坏而变得愈发剧烈;以此为指导,利用梅尔倒谱系数周期性波动的波峰与波谷之差(即波动差)来表征系数的波动性强弱并描述砂岩间歇性破裂的剧烈程度,得到了梅尔倒谱系数周期性波动差逐渐增大且突增的砂岩破坏前兆。

关键词：动力灾害监测预警砂岩破坏声发射梅尔倒谱系数特征提取前兆信息

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单一粗颗粒影响下的矿岩颗粒体系三维力链演化特征

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中南大学学报（自然科学版） 2023年第5期54卷 1930-1941页

作者：孙浩陈帅军金爱兵唐坤林刘美辰韦立昌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

针对现有放矿研究中未充分考虑粗颗粒影响的问题,基于滚动阻抗模型开展放矿数值试验,对不同粒径和位置单一粗颗粒影响下的矿岩颗粒体系三维力链宏观分布、数量、平均强度、准直性、长度以及方向等演化特征进行量化研究。研究结果表明:1... 详细信息

针对现有放矿研究中未充分考虑粗颗粒影响的问题,基于滚动阻抗模型开展放矿数值试验,对不同粒径和位置单一粗颗粒影响下的矿岩颗粒体系三维力链宏观分布、数量、平均强度、准直性、长度以及方向等演化特征进行量化研究。研究结果表明:1)针对0.3~0.8 m的三维矿岩细颗粒体系,仅当粗细颗粒粒径比大于6.0且粗颗粒处于矿岩颗粒剪切带区域时,单一粗颗粒的存在才会导致粗颗粒一侧的松动体形态产生明显变异,引起局域细颗粒的提前移动。2)粗颗粒能够产生力链聚集效应,显著提高其四周局域内力链分布密度、力链接触数占比以及力链平均强度,而对力链准直性无显著影响。3)无论是否存在粗颗粒,在各放矿阶段局域内力链概率均随其长度增加而呈负指数函数形式减小;从统计意义的角度而言,力链最大长度均不超过10。4)当粗颗粒及其四周细颗粒未产生松动时,粗颗粒的存在可显著提高局域力链方向各向异性程度;当粗颗粒及其四周细颗粒产生松动后,其局域力链方向各向同性程度不断提高,局域力链方向逐渐向放矿口方向集中。

关键词：放矿单一粗颗粒矿岩颗粒体系三维力链演化滚动阻抗模型

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不同加载速率下的矿岩劈裂破坏特性试验研究

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中南大学学报（自然科学版） 2023年第1期54卷 269-279页

作者：金爱兵朱东风孙浩陈帅军姚宝顺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

为研究不同加载速率对矿岩劈裂破坏特性的影响,基于数字图像相关(DIC)技术开展矿岩巴西劈裂试验,从抗拉强度、能量演化和水平应变分布等方面分析铁矿石及其围岩在不同加载速率下的劈裂破坏特性。研究结果表明:1)矿岩抗拉强度均随加载速... 详细信息

为研究不同加载速率对矿岩劈裂破坏特性的影响,基于数字图像相关(DIC)技术开展矿岩巴西劈裂试验,从抗拉强度、能量演化和水平应变分布等方面分析铁矿石及其围岩在不同加载速率下的劈裂破坏特性。研究结果表明:1)矿岩抗拉强度均随加载速率的增加而增大,其中,围岩抗拉强度随加载速率增大而呈线性增大,而铁矿石抗拉强度先急剧增加后缓慢增加,与加载速率呈幂函数关系。2)随着加载速率增加,矿岩内部总能量和弹性应变能均增大,耗散能则呈下降趋势。加载速率增大后的铁矿石弹性能相比于围岩提升25.78%,岩爆危险性高,合理减缓开采进度可确保矿产开采安全。3)铁矿石和围岩的水平应变随加载速率变化的规律相似,即当加载速率为0.02 kN/s时,铁矿石和围岩应变带从中部向两端延伸,而在高加载速率下,铁矿石和围岩的应变带由两端向圆盘中部汇合;4)不同加载速率变化对矿岩破裂结果的影响不同,当加载速率较低时(0.02 kN/s),矿岩表面水平应变均呈现正态分布,而当加载速率增加后,矿岩端部水平应变突出,且铁矿石相比于围岩更早产生由加载速率变化引起的端部应变集中倾向。

关键词：矿岩加载速率抗拉强度微观破裂能量演化数字图像相关(DIC)技术

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不同氯离子质量分数下充填体变形破坏及能耗特征

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中南大学学报（自然科学版） 2023年第6期54卷 2370-2381页

作者：金爱兵姚宝顺陈帅军李海陆通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

为研究氯离子质量分数对充填体的变形、破坏和能耗损伤的影响,开展不同氯离子质量分数下充填体的单轴压缩试验和电镜扫描试验,分析充填体变形破坏和微观结构,并揭示试样在单轴压缩不同阶段时的能量分配演化规律及单轴受压破坏的能量损... 详细信息

为研究氯离子质量分数对充填体的变形、破坏和能耗损伤的影响,开展不同氯离子质量分数下充填体的单轴压缩试验和电镜扫描试验,分析充填体变形破坏和微观结构,并揭示试样在单轴压缩不同阶段时的能量分配演化规律及单轴受压破坏的能量损伤演化过程。研究结果表明:当氯离子质量分数不大于2%时,峰值强度和弹性模量随氯离子质量分数增加逐渐增加,当含氯离子质量分数为2%~4%时,峰值强度和弹性模量逐渐降低;当氯离子质量分数为2%时,内部结构最密实,孔隙率最小;当氯离子质量分数为4%时,有明显张裂带产生,孔隙率增加;当氯离子质量分数为0时,裂纹破坏主要为Ⅱ型贯穿剪切破坏,当氯离子质量分数为1%~3%时,裂纹主要以Ⅰ型半贯穿张拉破坏为主,当氯离子质量分数为4%时,裂纹呈现Ⅰ-Ⅱ型张拉-剪切混合破坏模式;随着氯离子质量分数增加,峰前能耗、破坏时单位体积应变能、弹性应变能和总能耗在不同压缩阶段呈先增加后减小的变化趋势;不同氯离子质量分数充填体损伤D增长规律与能耗Ue增长规律相一致,据此将充填体能量损伤演化过程划分为初始损伤、损伤稳定发展、损伤加速和损伤破坏4个阶段。

关键词：充填体氯离子单轴压缩变形破坏能耗特征损伤机制

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基于改进力学等效的岩体关键节理倾角特征试验研究

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岩石力学与工程学报 2023年第1期42卷 76-87页

作者：金爱兵陆通王本鑫陈帅军张静辉苏楠北京科技大学、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

为了在复杂随机节理网络中甄别出对岩体力学特性影响显著的关键节理,实现节理网络的合理简化,以倾角为变量进行含随机节理网络试样破裂力学特性研究。根据Monte Carlo理论构建随机节理网络,分别剔除某一倾角并采用3D打印技术制备7种节... 详细信息

为了在复杂随机节理网络中甄别出对岩体力学特性影响显著的关键节理,实现节理网络的合理简化,以倾角为变量进行含随机节理网络试样破裂力学特性研究。根据Monte Carlo理论构建随机节理网络,分别剔除某一倾角并采用3D打印技术制备7种节理试样,开展单轴压缩试验。采用变异系数法改进力学等效分析方法,综合试样强度、变形和能量特性探究关键节理倾角特征。研究结果表明:(1)试样峰值应力和弹性模量随剔除节理倾角的增加呈增大-减小趋势,而峰值应变呈减小-增大趋势。(2)试样峰前弹性能密度随剔除节理倾角的增加呈增大趋势,耗散能密度呈减小-稳定-增大趋势。(3)基于变异系数法确定7种力学参数所占权重,综合分析力学特性认为各倾角节理均对试样存在显著影响,其中90°和45°倾角影响最为显著,15°倾角影响最小。

关键词：岩石力学随机节理网络节理倾角变异系数法力学参数权重力学等效

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深部工程岩体温度与渗流耦合作用下复杂应力场反演方法

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工程力学 2024年第6期41卷 188-201页

作者：周家兴王金安李飞清华大学水利水电工程系北京100084 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

深部地质体应力场的复杂性可归因于高地温和高岩溶水压覆存环境中的岩体非线性特征和局部构造应力场重构。该文结合岩体在流-固-热多场耦合作用下的力学响应机制,建立了能够解析深部各应力测点构造信息特征的非线性反演与优化方法。系... 详细信息

深部地质体应力场的复杂性可归因于高地温和高岩溶水压覆存环境中的岩体非线性特征和局部构造应力场重构。该文结合岩体在流-固-热多场耦合作用下的力学响应机制,建立了能够解析深部各应力测点构造信息特征的非线性反演与优化方法。系统地分析了深部地质体温度场—渗流场—地应力场的耦合作用,以及温度场和渗流场对地应力场的影响机理,开展了三山岛金矿区深部岩体在不同围压及孔隙水压力作用下的三轴压缩试验,探究了深部岩体物理力学参数随不同孔隙水压及围压的非线性变化规律。提出了一种非线性特征延扩迭代算法(NCEI算法),该算法能够对各区域实测地应力数据中“弱”非线性与连续性部分的特征信息进行整体优化拟合,以及对局部构造区地应力中“强”非线性和非连续部分的特征信息进行强化解析。基于ABAQUS软件的二次开发接口,编写出多耦合计算子程序,实现了岩体地应力场—温度场—渗流场的耦合迭代计算,并对三山岛矿区深部地应力场进行了反演计算和分析。反演结果表明,考虑岩体多场耦合作用下的NCEI算法的各测点应力分量的平均反演精度为85.62%,高于BP神经网络算法与不考虑岩体耦合作用下NCEI算法的反演计算结果。因此,该研究方法可充分考虑深部地质环境的特征,为深部岩体复杂地应力场的反演与构建提供新的思路。

关键词：深部岩体地应力温度场渗流场耦合作用

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玻璃纤维增强含硫尾砂胶结充填体的力学及流动性能研究

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材料导报 2023年第13期37卷 242-248页

作者：尹升华曹永吴爱祥侯永强白龙剑北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083

针对含硫尾砂胶结充填体的力学性能劣化特性,通过一系列室内试验对含硫尾砂胶结充填体的力学及流动性能进行了详细研究,并提出通过添加纤维改善含硫尾砂胶结充填体的力学性能。结果表明:料浆流动度随着硫含量的增加基本遵循二次函数递... 详细信息

针对含硫尾砂胶结充填体的力学性能劣化特性,通过一系列室内试验对含硫尾砂胶结充填体的力学及流动性能进行了详细研究,并提出通过添加纤维改善含硫尾砂胶结充填体的力学性能。结果表明:料浆流动度随着硫含量的增加基本遵循二次函数递增规律;料浆流动度随着纤维含量的增加呈指数函数递减规律,但纤维长度的改变不会对料浆的流动度产生显著的影响;含硫尾砂胶结充填体的抗压、抗拉强度均随着纤维含量的增加呈先增大后减小的趋势,并都在纤维含量为0.6%时达到最大值;此外,纤维长度的增加也有利于提高含硫尾砂胶结充填体的抗压、抗拉强度,且纤维对抗拉强度的改善效果明显优于对抗压强度的改善效果;添加玻璃纤维不仅能够显著提高充填体的抗压强度,而且能够抑制充填体的强度劣化;微观结构测试表明纤维能够有效阻止孔隙和裂隙的产生和扩展,从而达到提高充填体力学性能及抑制充填体后期强度劣化的效果。

关键词：纤维长度纤维含量玻璃纤维力学性能流动性能微观结构

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基于形态学开运算的浸矿体系孔隙结构及其演化特征

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工程科学学报 2024年第2期46卷 199-208页

作者：王雷鸣李辉尹升华潘晨阳廖文胜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 核工业北京化工冶金研究院北京101149

立足堆浸体系的偏析分层复杂结构,结合X-ray CT无损探测、形态学开运算处理、MATLAB和OsiriX可视化软件等手段,引入颗粒间孔隙的当量孔隙尺寸、面积、数量等关键表征参量,如从二维量化和三维可视化层面揭示浸矿体系中颗粒间孔隙结构特... 详细信息

立足堆浸体系的偏析分层复杂结构,结合X-ray CT无损探测、形态学开运算处理、MATLAB和OsiriX可视化软件等手段,引入颗粒间孔隙的当量孔隙尺寸、面积、数量等关键表征参量,如从二维量化和三维可视化层面揭示浸矿体系中颗粒间孔隙结构特征及其演化规律.研究发现,细颗粒夹层呈“包裹体”状且均位于粗矿石颗粒的内部,分析认为其是造成堆浸体系颗粒偏析和分层的重要致因;浸矿作用下微细颗粒迁移导致矿堆内部发生沉积压实作用,由197 mm降至180 mm以下;浸矿21 d后,矿堆上部孔隙呈增大趋势,下部孔隙率呈减小趋势,此外,纵向当量孔隙的直径由2.81 mm减小至2.18 mm,其变化趋势和程度要显著大于横向颗粒间孔隙的当量直径;对比浸矿0 d和21 d的柱浸体系三维颗粒间孔隙结构,证实了细颗粒夹层所处区域的粘结聚集以及细颗粒夹层周边区域形成溶液绕流、溶液优势流动路径.

关键词：金属矿堆浸技术颗粒偏析颗粒间孔隙三维可视化

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稀土尾矿资源综合利用研究现状及展望

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中国稀土学报 2024年第4期42卷 635-665,I0001页

作者：伍天华高永涛宋振彭阳徐辉董佳琳北京科技大学土木与资源工程学院金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083 北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

随着稀土矿床开采的进行,有价资源大量浪费与尾矿堆积剧增之间的矛盾日益凸显,稀土尾矿的综合利用与无害化处治是中国稀土矿山企业可持续发展的必经之路。首先总结了轻稀土和中/重稀土尾矿的工艺矿物学特性,然后系统综述了从减量化角度... 详细信息

随着稀土矿床开采的进行,有价资源大量浪费与尾矿堆积剧增之间的矛盾日益凸显,稀土尾矿的综合利用与无害化处治是中国稀土矿山企业可持续发展的必经之路。首先总结了轻稀土和中/重稀土尾矿的工艺矿物学特性,然后系统综述了从减量化角度分析,可通过单一/综合回收工艺对稀土尾矿中的稀土元素、铁、铌、钪等有用组分进行再利用;从资源化角度分析,在建筑领域利用稀土尾矿可制备水泥、混凝土骨料、陶瓷、微晶玻璃及砖材,而在其他领域,其可制备地聚物、催化剂及各种功能材料(例如,吸波/吸附材料、冰晶石等);从无害化角度,可采用淋洗、浸泡及植物生态修复的方式去除稀土尾矿中的铵根离子、重金属等有害组分;最后展望了未来应聚焦稀土矿物基因库、高效加工技术、稀土产业生态链、生态复垦产业化等关键技术。

关键词：稀土尾矿回收再利用综合资源化无害化途径与展望

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