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题名基于煤样主控裂隙尺度筛选的等效DFN模型构建
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作者
郎丁
张子鑫
伍永平
余洋
余建东
武小博
张耀
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机构
西安科技大学西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室
西安科技大学能源学院
陕西瑞能煤业有限责任公司
西京学院陕西省混凝土结构安全与耐久性重点实验室
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出处
《煤炭科学技术》
北大核心
2025年第3期435-449,共15页
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基金
国家自然科学基金资助项目(52274137,51904226)
中国博士后科学基金资助项目(2021MD703872)。
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文摘
煤岩体中不同尺度层级的节理交错,分布规律迥异,对其变形破坏特征有重要影响。筛选对煤岩力学行为起主控作用的裂隙尺度层级并在该尺度基础上进行随机节理网络模型(Discrete Fracture Network,DFN)构建,在保证数值计算准确性的同时降低冗余裂隙尺度对模型构建及计算机算力的影响,可为提升岩石力学数值计算效能提供新的途径。基于CT扫描与图像处理技术,提取煤样三维裂隙结构及其几何特征参数,嵌入RFPA^(3D)-CT进行单轴加载数值分析并与试件的单轴压缩试验结果进行比对,确定了煤样数值模型的细观力学参数,进一步逐级筛选出对煤样力学行为起主要控制作用的裂隙尺度层级。在此基础上,运用Baecher模型和Monte-Carlo随机模拟理论,依据主控裂隙的几何分布特征构建等效DFN模型,并通过数值模拟计算对模型的有效性进行验证。研究结果表明:研究煤体试件样本的主控裂隙尺度(迹长)不小于14 mm,对该尺度以上的裂隙与对该尺度及以上裂隙进行删减的模型相较,破坏形态由“2”型转为斜“1”型,破坏峰值强度升高了61.79%,该尺度以上裂隙的存在与否对试件模型的数值计算结果起到决定性的控制作用。基于试件的主控裂隙尺度构建了等效DFN模型,其节理几何特征与基于CT扫描的真实裂隙各项几何特征参数基本一致,其平均误差为5.16%,等效DFN模型在单轴加载作用下表现出的力学性质与CT扫描后6组全裂隙模型相对吻合,两者峰值强度平均误差为13.41%,破坏计算时步的计算效率提升了14.59%。
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关键词
CT扫描
阈值分割
裂隙几何统计
主控裂隙尺度
随机节理网络模型
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Keywords
CT scan
threshold segmentation
fracture geometry statistics
master fracture scale
discrete fracture network
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分类号
TD313
[矿业工程—矿井建设]
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题名大倾角综放开采顶煤极限平衡状态界面位置
被引量：2
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作者
郎丁
武小博
余建东
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机构
西安科技大学能源学院
西安科技大学西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室
陕西瑞能煤业有限责任公司
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出处
《西安科技大学学报》
CAS
北大核心
2021年第5期825-835,共11页
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基金
国家自然科学基金项目(51904226)
陕西省教育厅专项科学研究计划(19JK0544)。
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文摘
为确定大倾角煤层长壁综放工作面顶煤极限平衡状态的形成位置,指导该类采场顶煤与支架的相互作用关系分析,以长山子1125工作面为研究对象,采用数值分析、连续介质损伤力学分析、物理相似材料模拟实验相结合的研究方法,对顶煤的渐进损伤过程与应力边界,极限平衡状态的宏观等效损伤表征方法,大倾角长壁综放采场覆岩“关键域”层位影响下顶煤极限平衡状态界面沿倾斜方向的展布形态进行了研究。结果表明:支承压力峰值处顶煤内部的细观裂隙加速贯通为宏观裂隙,损伤累积开始加速,是顶煤极限平衡状态的起始边界;长山子1125工作面顶煤极限平衡状态界面处的宏观等效损伤D L=0.16;在不同覆岩“关键域”层位高度控制作用下,顶煤极限平衡状态界面分布在煤壁前方1.96~3.90 m,沿工作面倾斜方向呈“中上部距煤壁最远、中部次之,上下端头最近“的非对称展布。工作面端面顶煤的漏冒次数与倾斜方向支架工作阻力分布统计结果验证了顶煤极限平衡状态界面展布形态的合理性。
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关键词
综放开采
极限平衡
宏观等效损伤
大倾角煤层
覆岩“关键域”
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Keywords
fully-mechanized caving mining
limit equilibrium
macro equivalent damage
steeply dipping coal seam
overburden“critical zone”
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分类号
TD325
[矿业工程—矿井建设]
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