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题名冲击地压扰动响应失稳理论并行计算
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作者
潘一山
王学滨
郑一方
陈双印
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机构
辽宁大学物理学院
辽宁工程技术大学计算力学研究所
辽宁工程技术大学力学与工程学院
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出处
《煤炭学报》
北大核心
2025年第1期81-91,共11页
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基金
国家自然科学基金-辽宁联合基金重点资助项目(U1908222)
国家自然科学基金资助项目(52474101)。
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文摘
目前,冲击地压理论研究已经完成了从定性分析到定量分析的转变。巷道围岩临界应力计算是巷道安全性评价的重要依据。鉴于冲击地压问题的极度复杂性,在理论上继续取得突破极为困难。基于理论公式的巷道围岩临界应力计算,无法考虑更复杂的实际情况,例如非圆形巷道、非静水压力和复杂岩层结构。冲击地压理论和数值计算相结合具有更加广阔的应用前景,能使冲击地压理论进一步走向实际应用,这是极有价值的发展方向。这方面研究成果的成功取得依赖于数值计算技术的快速发展。研究将当今较先进的岩层运动并行计算系统StrataKing(一种自主开发的以拉格朗日元与离散元耦合方法为基础的非线性断裂力学GPU并行计算方法)与冲击地压扰动响应失稳理论相结合,首次提出了圆形巷道扰动响应失稳理论的数值模拟方法。该方法的思想是将非线性断裂力学数值分析方法中的Ⅱ型断裂能设定为中间变量,从而建立了静水压力条件下圆形巷道围岩临界应力与冲击能指数之间的关系。为了获取冲击能指数的数值解,采用了仅出现一个剪切面的理想岩样进行单轴压缩数值试验,以排除其他因素对应力-应变曲线峰后倾向于直线部分斜率的影响。对于高角度剪切破裂,提出了将非标准岩样的计算结果转换成标准岩样的结果的折算方法。折算后冲击能指数的范围为0.17~13.52,位于全国131个冲击地压矿井的调研数据之内。巷道围岩临界应力的计算结果是理论结果的0.4~2.5倍,这与针对全国20个冲击地压矿井的调研数据(临界应力的修正系数普遍大于1,甚至接近8)定性相符,从局部化破坏围岩比均匀破坏围岩的承载力高的角度进行了解释。冲击地压与局部化的关系过去有讨论,扰动响应失稳理论与局部化过去并无关系。通过局部化,扰动响应失稳理论与冲击地压之间在破坏机理上产生了密切的关联。StrataKing可为冲击地压矿井巷道安全性评价提供强大的算力支撑。
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关键词
冲击地压
定量分析
扰动响应失稳理论
冲击能指数
局部化
并行计算
临界应力
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Keywords
rockburst
quantitative analysis
disturbance response instability theory
burst energy index
localization
parallel computing
critical stress
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分类号
TD324
[矿业工程—矿井建设]
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题名基于冲击耗能指数定量评价岩石硬度试验研究
被引量：3
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作者
曹瑞琅
王玉杰
邢泊
赵宇飞
沈强
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机构
中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室
中铁工程装备集团有限公司特种装备事业部
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出处
《岩土力学》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第9期2619-2627,共9页
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基金
国家自然科学基金(No.52079150)。
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文摘
岩石硬度是反映岩层软硬、可钻性和爆破难易程度的重要指标,解译冲击钻进钻具响应信息可为原位、快速、定量评价岩石硬度提供新思路。采用高精度数字型位移、液压和转速传感器监测冲击钻机的关键传动部位,搭建了冲击钻机数字钻进过程监测系统。平行开展岩石硬度测定和冲击钻进正交试验,建立了各类岩石的钻进响应信息标准数据库,深入剖析推进压、冲击压、旋转速度与冲击耗能之间函数关系,并提出利用冲击耗能指数定量评价岩石硬度的方法。研究发现,推进压和冲击耗能呈负相关的线性关系;冲击压和钻进耗能拟合曲线为开口向上抛物线,各种岩石对应曲率半径不尽相同,但对称轴基本一致;钎杆转速对钻进耗能的影响可忽略。通过对单位体积钻进耗能进行无量纲化处理,滤除了冲击钻进机械参数的影响,定义了可用于表征岩石硬度的新指标:冲击耗能指数η,其离散性小且与岩石硬度具有良好的相关性。利用数字传感技术获取和解译常规钻孔的钻进过程响应信息,可在不额外增加勘测或试验工作量情况下测定岩石硬度,为工程现场直接评价岩体参数提出了新途径。
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关键词
岩石硬度
冲击钻机
冲击耗能指数
推进压
冲击压
钎杆转速
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Keywords
rock hardness
percussion drill
impact energy dissipation index
propelling pressure
percussion pressure
rotational speed of drill rod
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分类号
TU452
[建筑科学—岩土工程]
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题名煤岩组合体冲击倾向性的RFPA^(2D)数值模拟
被引量：7
- 3
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作者
付斌
周宗红
王友新
刘松
肖迎春
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机构
昆明理工大学国土资源工程学院
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出处
《煤矿机械》
2016年第5期90-93,共4页
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基金
国家自然科学基金(51264018
51064012)
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文摘
通过对不同岩石组成的煤岩体在不同煤岩高度比例和不同组成倾角条件下的数值模拟,探讨不同因素对煤岩体冲击倾向性的影响。模拟结果表明,煤岩体中岩石强度越高,试样的强度随着岩石高度比例的增加增长得越快,组合试样的弹性模量也越高。煤岩体的冲击能量指数随着煤岩组合体间角度的增大而减小,并且随着倾角的增加,石灰岩煤组合体和粉砂岩煤组合体峰后塑性变形明显。
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关键词
煤岩组合体
RFPA2D
冲击倾向性
冲击能指数
声发射
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Keywords
coal-rock combined bodies
RFPA2D
rock burst tendency
burst energy index
AE
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分类号
TD324
[矿业工程—矿井建设]
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题名不同含水状态对坚硬煤层冲击倾向性影响研究
被引量：5
- 4
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作者
梁冰
田蜜
王俊光
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机构
辽宁工程技术大学力学与工程学院
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出处
《水资源与水工程学报》
2014年第1期100-102,共3页
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基金
教育部博士点基金(20122121120004)
国家重点基础研究发展计划(973)项目(2011CB201206)
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文摘
为研究不同含水状态对坚硬煤层冲击倾向性指标的影响规律,以忻州窑煤矿8935工作面为工程背景,开展不同含水状态下煤体冲击倾向性实验,分析动态破坏时间、弹性能指数、冲击能指数及冲击倾向性随含水状态变化的特征。结果表明:坚硬煤层冲击倾向性随含水率增加而降低,同时动态破坏时间随含水率增加先增大后减小,弹性能指数、冲击能指数均随含水量增加而呈现降低趋势,冲击能指数受含水率影响较大。
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关键词
含水率
动态破坏时间
弹性能指数
冲击能指数
坚硬煤层
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Keywords
water content
dynamic failure duration
elastic energy index
burst energy index
hard coal seam
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分类号
TV314
[水利工程—水工结构工程]
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题名基于主成分的煤层冲击倾向性研究
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作者
张国华
蔡武
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机构
义马煤业集团股份有限公司跃进煤矿
中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室
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出处
《煤炭科技》
2011年第3期15-17,共3页
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文摘
针对冲击倾向性指标不能综合反映实际煤层冲击倾向性的问题,采用主成分分析,提出了能够综合反映弹性能指数、冲击能指数和动态破坏时间的第一主成分值,分析了第一主成分值与各指标之间的关系,进而给出了第一主成分值鉴定煤层冲击倾向性的临界值。以义马跃进煤矿煤层冲击倾向性试验数据为研究对象,试验结果表明:第一主成分值与冲击能指数及弹性能指数呈负相关关系,与动态破坏时间呈正相关关系,以此来综合反映煤层冲击倾向性是合理的,为义马跃进煤矿冲击危险性的鉴定提供了依据。
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关键词
冲击倾向性
主成分分析
弹性能指数
冲击能指数
动态破坏时间
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分类号
TD321
[矿业工程—矿井建设]
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