检索结果-内蒙古大学图书馆

实验力学 2025年第1期40卷 49-60页

作者：胡千庭余长君李全贵钱亚楠凌发平刘荣辉李文禧重庆大学煤矿灾害动力学与控制全国重点实验室重庆大学资源与安全学院

裂隙岩体影响岩土工程稳定性，开展裂隙岩体研究具有重要工程意义。本文首先在砂岩试样上设置不同角度的单一裂隙，采用室内单轴压缩试验从宏观角度研究了裂隙砂岩损伤破坏特性。结果表明：随着裂隙倾角α的增加，试样峰值强度和弹性模... 详细信息

裂隙岩体影响岩土工程稳定性，开展裂隙岩体研究具有重要工程意义。本文首先在砂岩试样上设置不同角度的单一裂隙，采用室内单轴压缩试验从宏观角度研究了裂隙砂岩损伤破坏特性。结果表明：随着裂隙倾角α的增加，试样峰值强度和弹性模量均值逐渐增大，预制裂隙对试样力学性质的削弱作用减弱；预制裂隙降低了试样声发射事件的活跃水平，声发射事件在α为90°时最为活跃；声发射能量幂律分布指数随着α增加，呈现先增后减再增的“N”形变化趋势。其次利用颗粒流分析软件(Particle Flow Code, PFC2D)建立裂隙岩体数值模型，从细观角度揭示了裂隙砂岩破坏过程微裂纹扩展规律和损伤演化过程。数值模拟研究表明，试样加载过程中总裂纹和剪裂纹数量随着α增加呈增大趋势，而拉裂纹数量持续增加，试样破坏以剪切破坏为主；裂隙试样细观损伤演化过程中，细观微裂纹最先由预制裂隙尖端处萌生，然后扩展贯通至试样上下两端，细观损伤演化过程中的微裂纹数量呈带状分布，裂纹热点分布形式与室内试验宏观裂纹扩展模式基本一致。

关键词：裂隙砂岩单轴压缩 PFC2D数值模拟力学性质声发射细观损伤

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基于FEDformer-LGBM-AT架构的采煤工作面上隅角瓦斯浓度预测

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煤炭学报 2025年第1期50卷 360-378页

作者：梁运培李赏李全贵郭亚博孙万杰郑梦浩王程成重庆大学煤矿灾害动力学与控制全国重点实验室重庆400044 重庆大学资源与安全学院重庆400044 安徽理工大学安全科学与工程学院安徽淮南232001

在煤矿智能化升级的大环境下,从海量的工作面监测数据中挖掘高质量的信息来构建科学的模型从而提高预测时长和精度是防范上隅角瓦斯浓度超限的关键。然而,上隅角瓦斯浓度影响因素众多,海量数据利用匮乏,瓦斯浓度预测精度高但时长较短,仅... 详细信息

在煤矿智能化升级的大环境下,从海量的工作面监测数据中挖掘高质量的信息来构建科学的模型从而提高预测时长和精度是防范上隅角瓦斯浓度超限的关键。然而,上隅角瓦斯浓度影响因素众多,海量数据利用匮乏,瓦斯浓度预测精度高但时长较短,仅为0~30 min,而中长时30~60 min预测精度低、泛化能力差。为了解决这个问题,以山西某矿回采工作面为研究对象,对该工作面的煤层瓦斯含量进行动态提取,组建煤层瓦斯含量、瓦斯浓度、采煤机、风速的特征集合,并对该特征集合进行预处理,通过相关性分析对不同特征进行筛选,进一步构造相关特征的短时趋势、长时趋势、周期趋势以及拼接特征,首先构建基于频率增强分解Transformer(FEDformer)的瓦斯浓度预测层,构建基于轻量梯度增强机(LGBM)的残差修正层,然后引入自适应阈值(AT)技术构建阈值感知层,最终组成3层瓦斯超限预测模型架构,对未来60 min内上隅角瓦斯浓度进行预测,并通过召回率(TPR),误报率(FPR),平均绝对误差(MAE)以及平均绝对百分误差(MAPE)对预测性能进行考察。结果表明:所构建的基于FEDformer-LGBM-AT架构的上隅角瓦斯浓度预测模型的短时TPR为0.956,FPR为0.035,MAE为0.033,MAPE为0.183;长时预测的TPR为0.940,FPR为0.035,MAE为0.047,MAPE为0.262;与传统的灰色模型(GM)、支持向量机(SVM)、反向传播(BP)、门控循环单元(GRU)、粒子群优化的长短期记忆(PSOLSTM)、Transformer等模型的长时预测能力相比,FEDformer-LGBM-AT架构模型具有更好的长时预测精度和泛化能力,自适应阈值感知使得模型对高值瓦斯浓度敏感。该架构模型弥补短期预测局限性和泛化性,支撑现场瓦斯超限防治措施,可为回采工作面瓦斯浓度智能预测提供一定的借鉴和参考。

关键词：瓦斯浓度深度学习特征构造自适应阈值长时预测

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基于声光联合试验的预制双裂隙砂岩损伤演化特征研究

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岩石力学与工程学报 2025年第1期44卷 30-42页

作者：陈结孟历德仁崔义蒲源源陈紫阳重庆大学资源与安全学院重庆400044 重庆大学煤矿灾害动力学与控制全国重点实验室重庆400044 扎赉诺尔煤业有限责任公司内蒙古呼伦贝尔021410

为了研究岩桥长度和含水情况对砂岩力学特性及损伤演化规律的影响,开展干燥及饱和2种情况下不同岩桥长度含预制双裂隙砂岩单轴压缩试验,通过声发射(AE)和数字图像相关技术(DIC)实时监测砂岩内部损伤及表面裂纹扩展情况。结果表明:裂隙... 详细信息

为了研究岩桥长度和含水情况对砂岩力学特性及损伤演化规律的影响,开展干燥及饱和2种情况下不同岩桥长度含预制双裂隙砂岩单轴压缩试验,通过声发射(AE)和数字图像相关技术(DIC)实时监测砂岩内部损伤及表面裂纹扩展情况。结果表明:裂隙试件的强度低于完整试件,且岩桥长度越长,试件的单轴抗压强度越大,饱水试件强度低于干燥试件。裂隙试件会在破坏过程中出现应力降,并与AE计数峰值现象对应,岩桥长度增加使第一应力降逐渐向应力峰值靠近,饱水试件的AE计数变化规律与干燥试件一致。饱水试件和干燥试件的AE定位事件和DIC应变异常区域率先集中在岩桥部位,并沿预制裂隙逐渐向试件边界发育。研究结果有助于富水条件下围岩失稳破坏的监测及预警。

关键词：岩石力学岩桥裂纹演化声发射数字图像相关技术

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基于PID搜索优化的CNN-LSTM-Attention铝电解槽电解温度预测方法研究

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仪器仪表学报 2025年第1期46卷 324-337页

作者：尹刚朱淼全鹏程颜玥涵刘期烈重庆大学煤矿灾害动力学与控制全国重点实验室重庆400044 重庆大学资源与安全学院重庆400044 阿坝铝厂阿坝623001 贵州大学电气工程学院贵阳550025 重庆邮电大学重庆400065

铝电解生产环境恶劣,受电场、磁场、流场、温度场等多物理场耦合影响,导致铝电解生产过程故障频发。铝电解温度是影响铝电解槽寿命和运行状态的重要参数,但由于槽内温度很高且具有强烈腐蚀性,至今尚未找到有效的电解温度在线检测与预测... 详细信息

铝电解生产环境恶劣,受电场、磁场、流场、温度场等多物理场耦合影响,导致铝电解生产过程故障频发。铝电解温度是影响铝电解槽寿命和运行状态的重要参数,但由于槽内温度很高且具有强烈腐蚀性,至今尚未找到有效的电解温度在线检测与预测方法。为了解决这一技术难题,通过理论分析结合现场实验验证,揭示了铝电解槽电解温度与其工艺参数间的密切相关性,并据此提出一种基于深度学习的铝电解槽电解温度预测模型。考虑到铝电解槽工艺参数的复杂性、非线性、高维度、时序性等特征,采用卷积神经网络(CNN)用于提取数据的高维特征,长短期记忆网络用于建模(LSTM),处理铝电解生产过程中的时序数据,引入了注意力机制(Attention),学习输入参数不同部分之间的关联性,同时根据输入数据的重要程度进行加权处理,并采用PID搜索优化算法(PSA)对CNN-LSTM-Attention模型的参数进行寻优,减少训练时间并提高模型的性能。最后经铝电解实际生产数据进行现场实验验证,结果表明:提出的温度预测模型相关指数(R~2)为0.963 7,均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)分别为5.417 6和3.382 5,与单一模型算法、其他预测算法和不同优化算法对比验证表明,该模型的性能更佳,能够准确预测铝电解槽电解温度,实现了铝电解槽电解温度的在线检测。

关键词：铝电解算法电解温度深度学习过程控制

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基于声发射和离散元理论煤体宏细观损伤力学行为研究

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中南大学学报(自然科学版) 2025年第1期56卷 173-188页

作者：张琪李祥春刘耀儒聂百胜清华大学水圈科学与水利工程全国重点实验室北京100084 中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100083 重庆大学煤矿灾害动力学与控制全国重点实验室重庆400044

研究煤体在加载过程中的宏细观尺度损伤力学行为对于从本质上探寻连续-非连续型材料的损伤破坏机理至关重要。本文基于声发射监测实验并结合PFC2D离散元软件,从本质上阐述煤体材料复杂宏观力学行为的细观损伤破坏机理。研究结果表明:当... 详细信息

研究煤体在加载过程中的宏细观尺度损伤力学行为对于从本质上探寻连续-非连续型材料的损伤破坏机理至关重要。本文基于声发射监测实验并结合PFC2D离散元软件,从本质上阐述煤体材料复杂宏观力学行为的细观损伤破坏机理。研究结果表明:当煤体进入屈服阶段后,微裂隙结构彼此相互贯通并形成随意的漫射分布,声发射(AE)定位信号表现出明显的激增现象,这一现象可以作为煤体失稳破坏前的预警信息;围压的作用改变了煤体在宏观尺度下的纵向劈裂破坏模式,导致次生裂纹数量增加,并形成多个共轭剪切面,使煤体由纵向劈裂模式和剪切破裂模式向“Y”形剪切破坏模式和多剪切破坏模式转变;煤体宏观主破裂面与轴向应力方向形成的破裂夹角随围压变化呈正相关递增关系。在应力-应变全过程不同阶段中,煤体轴向应力与轴向应变对应微裂纹扩展演化的敏感性阈值指标,可为煤体宏细观损伤破坏机理研究提供借鉴。

关键词：煤体声发射离散元宏细观损伤破坏

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双重卸载模式下含瓦斯煤力学特征响应及渗流规律

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煤炭学报 2025年第3期50卷 1583-1596页

作者：周斌刘航李树刚双海清张东明彭守建刘子嘉王崇智西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 西安科技大学西部煤矿瓦斯灾害防控陕西省高等学校重点实验室陕西西安710054 重庆大学煤矿灾害动力学与控制全国重点实验室重庆400044

煤与瓦斯突出(简称“突出”)的发生是一个气压与围压同时卸载的过程(即“双重卸载”)。为判断应力和气压对突出煤体破坏的主控作用,明确其在突出过程中的作用机制,基于三轴渗流试验,分析了煤体试件在多种卸载模式及不同卸载比条件下的... 详细信息

煤与瓦斯突出(简称“突出”)的发生是一个气压与围压同时卸载的过程(即“双重卸载”)。为判断应力和气压对突出煤体破坏的主控作用,明确其在突出过程中的作用机制,基于三轴渗流试验,分析了煤体试件在多种卸载模式及不同卸载比条件下的力学状态、渗透特性及破坏倾向性,并探讨了多种卸载模式下有效应力作用与Klinkenberg效应的作用机制,研究结果表明:煤岩体在气压卸载、围压卸载及双重卸载模式下轴向应变持续增大;仅卸气压时,径向应变线性减小,表现为煤岩体的最终渗透率增长率仅为36.88%,应力圆半径未发生变化,应力圆逐渐远离强度包络线,试件将逐渐趋于稳定;仅围压卸载时,径向应变线性增大,表现为煤岩体最终渗透率增长率高达990.91%,同时应力圆半径逐渐增大,应力圆逐渐靠近强度包络线,试件趋于发生破坏;而双重卸载模式下,在卸载前期体应变比最大,煤岩体最终渗透率增长率为149.24%,应力圆半径逐渐增大,应力圆远离强度包络线,试件逐渐趋于稳定。但随着双重卸载模式的卸载比增大,煤岩体轴向应变、径向应变及体应变变化速率均增加,有效应力在突出过程中的主导作用增强,进而导致渗透率增长速率升高,相应的应力圆半径增长幅度也将逐渐增大,应力圆将由远离包络线转至靠近包络线。由试验结果进一步得知,多次的阵发式突出过程中,受应力和瓦斯压力的双重控制,当发生典型的煤-瓦斯两相流动现象时,煤岩体表现为双重卸载过程,应力对突出的发展起到主导作用,而在突出处于短暂的停止阶段,煤岩体表现为仅的气压卸载过程,此时气压对突出的再次启动起到了主导作用。

关键词：煤与瓦斯突出渗透率 Klinkenberg效应有效应力应力圆

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隧道穿越富水断层破碎带涌水规律:以重庆英山隧洞为例

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科学技术与工程 2025年第13期25卷 5689-5695页

作者：陈国庆任松重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 重庆大学资源与安全学院重庆400044

当隧道穿越富水断层破碎带区域时,在一系列施工扰动下极易产生突水事故。为了研究断层破碎带宽度、倾角及水压对隧道涌水量的影响,以英山隧洞为工程背景,进行现场测试,并设计正交试验方案开展多因素条件下的破碎带流-固耦合数值模拟,分... 详细信息

当隧道穿越富水断层破碎带区域时,在一系列施工扰动下极易产生突水事故。为了研究断层破碎带宽度、倾角及水压对隧道涌水量的影响,以英山隧洞为工程背景,进行现场测试,并设计正交试验方案开展多因素条件下的破碎带流-固耦合数值模拟,分析断层破碎带宽度、倾角及水压对隧道涌水量的敏感性。研究结果表明:隧道涌水量随断层破碎带厚度、倾角及水压的增大而增加,影响隧道涌水量因素主次顺序为断层破碎带水压、倾角及宽度;数值模拟结果较好地与现场监测结果相吻合。研究结果可为富水隧道涌水量的预测及防治技术提供理论参考。

关键词：富水隧道断层破碎带数值模拟正交试验涌水量

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煤层顶板水平井分段水力压裂微震监测与评价

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煤田地质与勘探 2025年第4期53卷 46-57页

作者：李全贵彭淑悦梁运培李文禧钱亚楠程春晖余长君湛金飞重庆大学煤矿灾害动力学与控制全国重点实验室重庆400044 重庆大学资源与安全学院重庆400044 四川大学水利水电学院四川成都610065 中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116

【背景】微震监测作为一种无损监测技术被广泛用于煤层水力压裂效果评价,但由于建立层状波速模型时缺乏对同层介质中垂向波速梯度的考虑,导致走时计算和震源定位精度有待提高,影响了煤层水力压裂评价的准确性。【目的和方法】以安徽某... 详细信息

【背景】微震监测作为一种无损监测技术被广泛用于煤层水力压裂效果评价,但由于建立层状波速模型时缺乏对同层介质中垂向波速梯度的考虑,导致走时计算和震源定位精度有待提高,影响了煤层水力压裂评价的准确性。【目的和方法】以安徽某矿煤层分段水力压裂工程为背景,提出了一种基于泛克里金插值法改进的波速模型。结合各向异性因子约束,在声波测井波速模型的基础上,对同层介质中网格波速数值进行插值计算,表征其各向异性特征,并以此修正弹性波传播路径。通过已知位置射孔事件的震源定位精度对比,验证了改进波速模型的有效性。基于该模型,进一步计算了储层渗透率和储层改造体积(stimulated reservoir volume,SRV),实现了对煤层水力压裂效果的综合评价。【结果与结论】结果表明,泛克里金波速插值相比于线性插值能够有效提升震源定位精度,对于同一射孔点,插值后模型定位误差较初始层状模型最高降低了7.22 m。水力压裂效果评价中,波速插值后的震源定位结果得到改善,微震事件在垂向方向离散性得到有效约束,各压裂段有效影响半径约90 m。煤层区域内微震事件分布密度与渗透率存在差异,各段井筒附近压后渗透率较高。储层改造体积总计为1.977×10~7 m^(3),改造体积及水力裂缝长度与注入总液量正相关,基于微震评价的压裂改造效果与预期设计相符。

关键词：水力压裂微震监测各向异性泛克里金插值法波速模型网格搜索

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流量控制式脉动水力压裂裂缝扩展特征试验研究

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煤炭科学技术 2025年第2期53卷 178-189页

作者：李全贵王明杰余旭倪冠华宋明洋程志恒孙万杰陈亮赵政舵重庆大学煤矿灾害动力学与控制全国重点实验室重庆400044 重庆大学资源与安全学院重庆400044 中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221100 山东科技大学安全与环境工程学院山东青岛266590 华北科技学院矿山安全学院河北廊坊065201

脉动水力压裂技术在瓦斯抽采、页岩气开发及地热开发等储层改造领域中展现出起裂压力低、缝网复杂等优势。目前,通过控制流量实现脉动水力载荷输出是工程中的常用方法,但其裂缝扩展机制还不够明确。为此,以砂岩试件为对象,开展了真三轴... 详细信息

脉动水力压裂技术在瓦斯抽采、页岩气开发及地热开发等储层改造领域中展现出起裂压力低、缝网复杂等优势。目前,通过控制流量实现脉动水力载荷输出是工程中的常用方法,但其裂缝扩展机制还不够明确。为此,以砂岩试件为对象,开展了真三轴流量控制式脉动水力压裂试验,分析了泵注频率和泵注速率对泵注压力、声发射能量、裂缝断裂类型及宏观破裂形态特征的影响。结果表明:流量控制式脉动水力压裂的起裂压力、跌落压力及起裂瞬态能量随泵注频率及泵注速率的增加而增大,裂缝扩展面积随泵注频率的增大而减小,随泵注速率的增大而先增大再减小。相较于常规水力压裂,其声发射能量更密集,起裂压力更低,起裂压力最大降低了21.9%,剪切裂纹占比增加5.6%~17.8%,裂缝扩展面积最大增加2.3倍。其脉动水力载荷变化复杂,起裂阶段表现为固定频率、升压力均值和幅值的坡形载荷,裂缝扩展时为固定压力上限、频率和幅值的水平循环形载荷;压力上限、下限和均值与泵注频率及泵注速率呈正相关,压力幅值与泵注频率呈负相关,随泵注频率的增大而先增大再减小。输出的脉动水力载荷类型不同,压裂产生的裂缝扩展特征差异明显。为了提高压裂效果,压裂参数设计要保证输出的脉动水力载荷具有足够的强度和幅值。

关键词：脉动水力压裂流量控制脉动载荷特征值能量响应裂缝断裂类型

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尾矿库排水井的振动台试验研究

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矿业研究与开发 2025年第5期 175-183页

作者：朱佳妮王瑶魏作安路停杨永浩张雪怡重庆大学煤矿灾害动力学与控制全国重点实验室重庆大学资源与安全学院重庆交通大学山区桥梁及隧道工程国家重点实验室

排水井作为尾矿库的重要安全设施，其结构稳定性直接关系到尾矿库的整体安全。基于相似性原理，采用振动台试验系统地研究尾矿库排水井在不同地震加速度和不同埋置深度工况下的动力响应特性和变化规律。研究结果表明：地震加速度峰值从0... 详细信息

排水井作为尾矿库的重要安全设施，其结构稳定性直接关系到尾矿库的整体安全。基于相似性原理，采用振动台试验系统地研究尾矿库排水井在不同地震加速度和不同埋置深度工况下的动力响应特性和变化规律。研究结果表明：地震加速度峰值从0.315g增大到1.5g的过程中，排水井筒中的加速度放大系数呈先增大后减小的趋势，井壁由弹性逐渐向弹塑性转变，且刚度逐渐衰减；在1.5g地震加速度峰值作用下，排水井在全埋工况下的最大相对位移为0.967 mm,远小于不埋工况下排水井的最大相对位移5.295 mm,说明在地震作用下，排水井周围的尾矿对排水井筒起到稳固作用，排水井的抗震性能提高；地震加速度峰值从0.315g增大到1.5g的过程中，排水井在不埋、半埋和全埋工况下的一阶频率较初始自振频率分别下降了29.17%、27.05%、22.74%,排水井的刚度在不埋工况下退化最快；在地震作用下，井筒中不同位置的应变峰值与地震加速度峰值成正相关，最大应变值出现在排水井的底部，说明此处最易被震动破坏，在设计中应该提高排水井的底部抗震性能。

关键词：尾矿库排水井振动台试验动力响应特征地震加速度相似原理

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