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Three-dimensional simulation of sintering crunodes of metal powders or fibers by level set method 被引量:1
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作者 谌东东 郑洲顺 +2 位作者 王建忠 汤慧萍 曲选辉 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第7期2446-2455,共10页
The difference of sintering crunodes of metal powders and fibers is discussed. The mathematical model of the surface diffusion described by the difference in mean curvature is defined as a Hamilton-Jacobi-type equatio... The difference of sintering crunodes of metal powders and fibers is discussed. The mathematical model of the surface diffusion described by the difference in mean curvature is defined as a Hamilton-Jacobi-type equation, and the model is numerically solved by the level set method. The three-dimensional numerical simulations of two metal powders and fibers(the fiber angle is 0° or 90°) are implemented by this mathematical model, respectively. The numerical simulation results accord with the experimental ones. The sintering neck growth trends of metal powders and metal fibers are similar. The sintering neck radius of metal fibers is larger than that of metal powders. The difference of the neck radius is caused by the difference of geometric structure which makes an important influence on the curvature affecting the migration rate of atoms. 展开更多
关键词 metal fiber metal powder sintering crunodes mean curvature three-dimensional simulation
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IF signals simulation of three-dimensional radar
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作者 Zhang Wei Wang Xuegang Zhu Zhaoda 《Journal of Systems Engineering and Electronics》 SCIE EI CSCD 2008年第3期486-492,共7页
Based on the analysis of the principles of frequency-phase scanning 3-D (three-dimensional) radar and the scattering mechanism of 3-D radar, the target and clutter IF (intermediate frequency) signals model of freq... Based on the analysis of the principles of frequency-phase scanning 3-D (three-dimensional) radar and the scattering mechanism of 3-D radar, the target and clutter IF (intermediate frequency) signals model of frequencyphase scanning 3-D radar is presented. The IF signals model of different channels of 3-D radar is presented in one simple formula in which complex waveform effects are considered. The simulation results obtained during tests are also provided in the end. 展开更多
关键词 simulation three-dimensional radar IF signal frequency-phase scanning.
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Similar material simulation of time series system for induced caving of roof in continuous mining under backfill 被引量:9
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作者 高峰 周科平 +1 位作者 董卫军 苏家红 《Journal of Central South University of Technology》 EI 2008年第3期356-360,共5页
With the help of similar material simulation test,time series system for induced caving of roof in continuous mining under complex backfill in ore body No.92 of Tongkeng Tin Mine was studied. According to the similari... With the help of similar material simulation test,time series system for induced caving of roof in continuous mining under complex backfill in ore body No.92 of Tongkeng Tin Mine was studied. According to the similarity theory,a two-dimensional similar simulation test-bed was constructed. The stress and displacement that change along with the advance of mining were acquired and analyzed automatically by data system. The processes of continuous mining of ore-block in 5 intervals and artificial induced caving of roof were simulated. The results of the test show that ore body remained as safety roof in thickness of 15 m guarantees the safe advance of stoping work face. Caving of safety roof puts in practice at the first two mining intervals when the third interval of continuous mining is finished,and one interval as the safety distance should be kept all the time between stopping and caving. While mining in the last interval,pre-slotting should be implemented first of all,and the roof of the last two mining intervals is caved simultaneously. Only this kind of time series system can be an efficient and safe way for induced caving of roof in continuous mining. 展开更多
关键词 continuous mining induced caving similar material simulation safety roof SLOTTING
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Probabilistic seismic stability of three-dimensional slopes by pseudo-dynamic approach 被引量:10
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作者 PAN Qiu-jing QU Xing-ru WANG Xiang 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第7期1687-1695,共9页
Probabilistic analysis is a rational approach for engineering design because it provides more insight than traditional deterministic analysis. Probabilistic evaluation on seismic stability of three dimensional (3D) sl... Probabilistic analysis is a rational approach for engineering design because it provides more insight than traditional deterministic analysis. Probabilistic evaluation on seismic stability of three dimensional (3D) slopes is studied in this paper. The slope safety factor is computed by combining the kinematic approach of limit analysis using a three-dimensional rotational failure mechanism with the pseudo-dynamic approach. The variability of input parameters, including six pseudo-dynamic parameters and two soil shear strength parameters, are taken into account by means of Monte-Carlo Simulations (MCS) method. The influences of pseudo-dynamic input variables on the computed failure probabilities are investigated and discussed. It is shown that the obtained failure probabilities increase with the pseudo-dynamic input variables and the pseudo-dynamic approach gives more conservative failure probability estimates compared with the pseudo-static approach. 展开更多
关键词 seismic slope stability pseudo-dynamic analysis probabilistic analysis Monte-Carlo simulation failure probability three-dimensional slop
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Three-dimensional finite element analysis on effects of tunnel construction on nearby pile foundation 被引量:6
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作者 杨敏 孙庆 +1 位作者 李卫超 马亢 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2011年第3期909-916,共8页
A three-dimensional finite element simulation was carried out to investigate the effects of tunnel construction on nearby pile foundation.The displacement controlled model (DCM) was used to simulate the tunneling-indu... A three-dimensional finite element simulation was carried out to investigate the effects of tunnel construction on nearby pile foundation.The displacement controlled model (DCM) was used to simulate the tunneling-induced volume loss effects.The numerical model was verified based on the results of a centrifuge test and a set of parametric studies was implemented based on this model.There is good agreement between the trend of the results of the centrifuge test and the present model.The results of parametric studies show that the tunnelling-induced pile internal force and deformation depend mainly on the pile?tunnel distance,the pile length to tunnel depth ratio and the volume loss.Two different zones are separated by a 45° line projected from the tunnel springline.Within the zone of influence,the pile is subjected to tensile force and large settlement;whereas outside the zone of influence,dragload and small settlement are induced.It is also established that the impact of tunnelling on a pile group is substantially smaller as compared with a single pile in the same location with the rear pile in a group,demonstrating a positive pile group effect. 展开更多
关键词 finite element analysis TUNNELLING pile foundation three-dimensional simulation displacement controlled model
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Pre-reinforcement grout in fractured rock masses and numerical simulation for optimizing shrinkage stoping configuration 被引量:6
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作者 YU Shao-feng WU Ai-xiang +1 位作者 WANG Yi-ming LI Tao 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2017年第12期2924-2931,共8页
Proper room and pillar sizes are both critical factors for safe mining and high ore recovery rate in shrinkage stoping mining of underground metal mines.The rock masses of Tangdan copper mine of China are fractured,wh... Proper room and pillar sizes are both critical factors for safe mining and high ore recovery rate in shrinkage stoping mining of underground metal mines.The rock masses of Tangdan copper mine of China are fractured,which needs much reinforcement and support prior to mining.Cement-sodium silicate grout technology was selected,then its related parameters such as grout pressure,diffusion radius and time were calculated and proposed.In order to test the effect of the pressured grout in the fractured No.4 ore block,field experiments were conducted.To optimize stoping configuration,three-dimensional numerical simulation with ANSYS and FLAC 3 D softwares was proposed.The results show that the drilling porosity and mechanical properties of the rock masses are increased obviously.After grout,ore recovery rate is increased by 10.2%employing the newly designed stoping configuration compared with the previous.Last,analyzed from the surface movements,roof subsidence and the maximum principal stress of the pillars,the mining safety is probable of being ensured. 展开更多
关键词 shrinkage stoping mining cement-sodium silicate grout effect of pressured grout stoping configuration three-dimensional numerical simulation
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Micromechanical modeling of asphalt concrete fracture using a user-defined three-dimensional discrete element method 被引量:4
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作者 陈俊 汪林兵 黄晓明 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2012年第12期3595-3602,共8页
A user-defined micromechanical model was developed to investigate the fracture mechanism of asphalt concrete (AC) using the discrete element method (DEM). A three-dimensional (3D) AC beam was built using the "F... A user-defined micromechanical model was developed to investigate the fracture mechanism of asphalt concrete (AC) using the discrete element method (DEM). A three-dimensional (3D) AC beam was built using the "Fish" language provided by PFC3D and was employed to simulate the three-point bending beam test at two temperature levels: -10 ℃ and 15℃. The AC beam was modeled with the consideration of the microstructural features of asphalt mixtures. Uniaxial complex modulus test and indirect tensile strength test were conducted to obtain material input parameters for numerical modeling. The 3D predictions were validated using laboratory experimental measurements of AC beams prepared by the same mixture design. Effects of mastic stiffness, cohesive and adhesive strength on AC fracture behavior were investigated using the DEM model. The results show that the 3D DEM fracture model can accurately predict the fracture patterns of asphalt concrete. The ratio of stress at interfaces to the stress in mastics increases as the mastic stiffness decreases; however, the increase in the cohesive strength or adhesive strength shows no significant influence on the tensile strength. 展开更多
关键词 asphalt concrete fracture behavior MICROMECHANICS discrete element method three-dimensional simulation
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Method of fuzzy uniformity analysis for simulation underwater acoustic signals 被引量:1
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作者 Weiwen Hu 《Journal of Systems Engineering and Electronics》 SCIE EI CSCD 2010年第2期318-322,共5页
Since the simulation underwater acoustic signal is used in the semi-object simulation experiment of underwater weapons, it has great impression upon simulation fidelity. It is asked that whether simulation signals can... Since the simulation underwater acoustic signal is used in the semi-object simulation experiment of underwater weapons, it has great impression upon simulation fidelity. It is asked that whether simulation signals can replace the real signal effectually. Considering the randomness of signals, the interval estimation of feature parameters of simulation signals is made. By comparing the obtained confidence interval with the corresponding accept interval, the concept of similarity coefficient of simulation signals is given. By making a statistical analysis for similarity coefficient, the uniformity information of simulation signals is extracted, and the fuzzy number which expresses the fuzzy uniformity level of simu- lation signals is obtained. The analysis method on fuzzy uniformity of simulation underwater acoustic signals is presented. It is indi- cated by the application in simulation of target radiated-noises that the method is suitable and effectual for the simulation research on underwater acoustic signals, and the analysis result may provide support for decision-making relative to perfecting simulation sys- tems and applying simulation signals. 展开更多
关键词 simulation underwater acoustic signal confidence in- terval similarity coefficient fuzzy uniformity.
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浅埋煤层群开采覆岩垮落及导水裂隙带发育规律研究 被引量:2
9
作者 尚慧 柳思航 +2 位作者 甘智慧 苏理想 刘阳 《水文地质工程地质》 北大核心 2025年第2期125-137,共13页
浅埋煤层群井下开采对上覆岩层有较大影响,不仅会加剧地表沉陷,而且可能造成地表和地下水流失,影响生态环境和发展安全。为进一步掌握浅埋煤层群开采过程中覆岩垮落规律和裂隙分布特征,以宁夏石嘴山二矿2^(#)、3^(#)、5^(#)和6^(#)煤层... 浅埋煤层群井下开采对上覆岩层有较大影响,不仅会加剧地表沉陷,而且可能造成地表和地下水流失,影响生态环境和发展安全。为进一步掌握浅埋煤层群开采过程中覆岩垮落规律和裂隙分布特征,以宁夏石嘴山二矿2^(#)、3^(#)、5^(#)和6^(#)煤层为研究对象,分别采用相似材料模拟试验、数值模拟和经验公式计算,分析导水裂隙带发育规律;同时采用相似材料模拟试验方法,分析一次采动和多次采动覆岩垮落规律。研究结果表明:(1)浅埋近距离煤层群开采时,上层煤周期来压步距大于下层;(2)单层煤开采时,上覆岩层垮落以“铰接结构”和“台阶结构”形式出现,两层及多层煤开采时,“铰接结构”稳定性明显降低,垮落结构主要以“台阶结构”稳定在采空区上方;(3)一次采动时形成“梯形”裂隙区,二次采动时形成“M”形裂隙区,多次采动时形成两个“等腰梯形”裂隙区;(4)导水裂隙带发育高度一次采动时呈平稳增长—缓慢变化趋势,重复采动时,导水裂隙带发育高度则呈快速增长—平稳增长趋势;(5)相似材料模拟试验值及数值模拟结果与实测值较为接近,且均符合煤矿防治水规定。该结果可为类似矿区煤层群高效开采提供参考依据。 展开更多
关键词 煤层群 覆岩垮落 导水裂隙带 相似材料模拟 数值模拟
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程潮矿深部矿体分区开采地表沉降规律相似模拟研究 被引量:1
10
作者 王平 齐梦寒 +3 位作者 骆正杰 陈国兴 韩亚民 冯俊 《金属矿山》 北大核心 2025年第1期250-258,共9页
以程潮矿-570m中段、-675m中段矿体与围岩为研究对象,采用室内相似模拟试验方法,对程潮矿深部矿体分区开采地表沉降规律进行研究,分析了深部分区开采下地表沉降与围岩应力随开采深度变化规律。相似模拟研究表明:随着开采深度的增加,地... 以程潮矿-570m中段、-675m中段矿体与围岩为研究对象,采用室内相似模拟试验方法,对程潮矿深部矿体分区开采地表沉降规律进行研究,分析了深部分区开采下地表沉降与围岩应力随开采深度变化规律。相似模拟研究表明:随着开采深度的增加,地表沉降数值亦呈增长趋势;在相似模拟试验所有待采矿体开采完毕之后,地表最大沉降点为8#地表监测点,总沉降值为19.058mm,地表最小沉降点为1#地表监测点,总沉降值为2.199mm;从应力变化规律上可知无底柱崩落法对矿岩的应力变化影响较大,而充填体的充填对空区的保护作用显著。通过数值模拟分析和程潮矿实际地表监测数据对相似模拟试验结果进行工程验证,综合分析3组数据得出了分区开采目标矿体时地表的沉降值对新程潮大湾的稳定性不产生较大影响的结论。 展开更多
关键词 深部开采 地表沉降 相似模拟 工程验证
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采动覆岩破断影响下裂隙诱发机制及三维空间特征 被引量:1
11
作者 梁冰 邢景超 +1 位作者 孙维吉 房胜杰 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第1期107-121,共15页
为掌握厚煤层开采覆岩破断及裂隙演化规律,以高河能源E2306工作面为背景,搭建了三维物理相似模拟试验平台,采用分布式光纤感测技术、钻孔窥视监测等相结合的方法,明晰了覆岩破断来压规律与裂隙分布特征。结合薄板弯曲理论,建立采场覆岩... 为掌握厚煤层开采覆岩破断及裂隙演化规律,以高河能源E2306工作面为背景,搭建了三维物理相似模拟试验平台,采用分布式光纤感测技术、钻孔窥视监测等相结合的方法,明晰了覆岩破断来压规律与裂隙分布特征。结合薄板弯曲理论,建立采场覆岩结构力学模型,揭示了采动覆岩破断影响下覆岩裂隙诱发机制,推演了采动裂隙区域发育形态。结果表明:工作面回采完毕,总计来压7次,垮落带、裂隙带发育高度分别为39、71 m。与该工作面现场结果一致,与理论计算数值吻合,符合该矿实际情况。处于垮落带高度内低位近场覆岩呈“对扇形”竖向破断,以“走向悬臂梁−倾向砌体梁”结构破断运动为主,纵向破断裂隙大量发育,横向水平剪切交错裂隙伴生。覆岩自下而上逐渐破断,处于裂隙带高度内高位远场覆岩呈横向破断,以“走向砌体梁-倾向砌体梁”结构破断运动为主,横向水平张拉离层大量发育。采空区边界区域内覆岩裂隙数量随工作面推进呈先增加后稳定的变化规律,走向裂隙数量变化呈抛物线型;采空区中部区域内覆岩裂隙数量随工作面推进呈先增加后减少的变化规律,走向裂隙数量变化呈马鞍型。覆岩破断来压后采空区中部持续承载受压,两侧岩层遭剪切破坏形成剪切下凹区与承载下凹区,区域范围随不同层位覆岩弯曲破断而扩大。采动裂隙区域发育形态由椭圆抛物带演变为两端下凹的椭圆抛物带形态,最终呈现为两端及顶部下凹的椭圆抛物带形态。 展开更多
关键词 三维相似模拟试验 采动三带 裂隙演化 失稳破断 三维空间形态
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基于疏水降压法井筒渗水模拟试验与应用研究 被引量:1
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作者 李昂 杨钧皓 +4 位作者 张文忠 李远谋 薛智轩 范六一 田胜祺 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期301-313,共13页
随着我国煤炭资源不断向深部开发,复杂的岩层赋存条件对井筒的建设和使用带来很大挑战。深部立井经常穿越多层含水层,顶板承压水造成的井壁渗水问题尤为严重,不仅威胁到矿井安全,还给传统的注浆治理方法带来挑战,如成本高、施工难度大... 随着我国煤炭资源不断向深部开发,复杂的岩层赋存条件对井筒的建设和使用带来很大挑战。深部立井经常穿越多层含水层,顶板承压水造成的井壁渗水问题尤为严重,不仅威胁到矿井安全,还给传统的注浆治理方法带来挑战,如成本高、施工难度大和渗漏重复等问题。为此基于疏水降压理论建立了一套可视化相似模拟试验平台,模拟了不同岩层、不同放水孔数条件下的井壁水压、放水孔流量变化,分析了放水孔流速与渗流规律、地下水降落漏斗形态发育规律以及渗流水压和井壁压力变化规律,并以彬长文家坡煤矿为例开展了现场疏放水试验。结果表明:出水口流速随管道通径增大而增大;双孔涌水流量相比单孔增幅较大,三孔涌水量增幅较小;距井越近水位降深越大,降落漏斗影响范围随放水孔数增加而增大,单层放水试验降落漏斗形状与降水孔保持对称状,漏斗底端呈现锥形。放水初期水压下降快,后期趋于稳定;将模拟试验结果应用于现场,通过在文家坡煤矿主副井之间打疏放水孔,进行单孔和双孔放水试验,单孔稳定涌水量为75 m^(3)/h、双孔稳定涌水量为175 m^(3)/h,试验显著降低了地下水位,并形成了最大降深达40 m的降落漏斗,现场实测与相似模拟试验结果较为吻合,验证了疏水降压治理方法的科学性和实际效果。研究成果有助于推动深部顶板承压含水层影响下井筒渗水防治技术的进步。 展开更多
关键词 含水层 井筒水害 相似模拟 降落漏斗 疏水降压法
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煤矿冲击地压数值物理模拟方法与应用研究
13
作者 齐庆新 王守光 +7 位作者 王美美 崔春阳 刘化广 王嘉敏 穆鹏宇 朱小景 李海涛 许学伟 《矿业安全与环保》 北大核心 2025年第1期1-13,共13页
由于冲击地压现场试验危险性高、监测困难、难以控制触发机制等局限,建立有效的物理相似模拟和数值模拟方法是冲击地压机理与防治研究的重要手段。针对冲击地压物理相似模拟,介绍了相似模拟实验材料的研发进展,在静力相似准则基础上发... 由于冲击地压现场试验危险性高、监测困难、难以控制触发机制等局限,建立有效的物理相似模拟和数值模拟方法是冲击地压机理与防治研究的重要手段。针对冲击地压物理相似模拟,介绍了相似模拟实验材料的研发进展,在静力相似准则基础上发展了煤岩体动力相似准则,提出了惯性力相似条件,在此基础上开展材料研发和相似模型设计,研究表明:由高聚物、石英砂等组成的相似材料与煤岩动力破坏过程的强度和破坏模式等均具有较好的相似性;结合冲击地压应力波场物理相似模拟试验台,开展了波场传播诱冲过程相似模拟实验,发现应力波在顶底板间相互干涉、叠加,形成煤层槽波,应变场整体上也逐步汇聚在煤层,形成局部化带,最终导致冲击破坏。针对冲击地压数值模拟,介绍了有限元法等连续介质力学方法、离散元法等不连续变形模拟方法,以及连续介质力学-不连续变形耦合方法在冲击地压数值模拟中的研究进展,分析了非线性有限元与不平衡力理论在研究冲击地压潜在风险中的应用前景,围绕煤岩体弹射的势动能瞬态转换力学机制,分别阐述了弹射前期高弹性能体形成、弹射中期岩体瞬间脆断和块体形成的非平衡条件、弹射后期块体运动的模拟思路。最后,介绍了近场动力学与有限元耦合模拟算法在模拟煤岩冲击地压连续-非连续转换中的初步应用,取得了预期效果。本研究有望为煤矿冲击地压模拟提供新思路,对于煤矿安全生产具有重要意义。 展开更多
关键词 冲击地压 物理相似模拟 动力相似准则 数值模拟 弹射理论模型
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尾矿坝溃坝分析模拟方法研究动态与发展趋势
14
作者 王昆 杨修志 +3 位作者 王迪 赵得源 诸利一 张峥 《有色金属(中英文)》 北大核心 2025年第8期1396-1407,共12页
尾矿库溃坝致灾因素多、发生频次高、破坏性强,通过尾矿坝溃坝分析(Tailings Dam Breach Analysis,TDBA)模拟预测潜在溃坝事故释放泥流运移过程与淹没范围,有助于避免或减少溃坝灾害负面影响。为提升TDBA过程规范性与结果可信度,从模拟... 尾矿库溃坝致灾因素多、发生频次高、破坏性强,通过尾矿坝溃坝分析(Tailings Dam Breach Analysis,TDBA)模拟预测潜在溃坝事故释放泥流运移过程与淹没范围,有助于避免或减少溃坝灾害负面影响。为提升TDBA过程规范性与结果可信度,从模拟方法入手系统梳理国内外研究动态与发展趋势。结果表明:物理相似模拟根据相似比尺设置可分为正态与变态模型,应平衡模型复杂性与实用性,模型砂选取依据和试验观测方法有待进一步改进;不存在绝对准确的数值模拟方法,应重点研究模拟结果的工程应用价值;溃坝泥流分类体系尚不健全,应综合考虑泥流浓度、密度、级配组成等制定分类依据,据此选取适用的流变模型。TDBA方法研究与工程应用可为库区规划选址、加高扩容论证、防减灾措施布置等提供依据,助力实现“零伤亡、零危害”的尾矿库安全管理目标。 展开更多
关键词 尾矿库 尾矿坝溃坝分析 物理相似模拟 数值模拟 流变模型
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动力扰动下底板突水前兆特征及危险性评价
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作者 王俊光 杨松 +2 位作者 马峥 辛天宇 韦忠跟 《力学学报》 北大核心 2025年第7期1671-1687,共17页
为深入研究动力扰动作用下底板突水灾变机制,设计了一种可施加动力扰动的巷道突水突泥试验系统,结合多场信息监测系统和动力扰动机械装置,开展了不同扰动频率和扰动幅值的底板突水相似模拟试验.试验结果表明,底板突水是开挖扰动、动力... 为深入研究动力扰动作用下底板突水灾变机制,设计了一种可施加动力扰动的巷道突水突泥试验系统,结合多场信息监测系统和动力扰动机械装置,开展了不同扰动频率和扰动幅值的底板突水相似模拟试验.试验结果表明,底板突水是开挖扰动、动力扰动和承压水渗流共同作用的结果,突水前兆特征为土压力下降、水压力急剧上升和声发射事件大量产生.随着扰动幅值和频率增大,突水压力逐渐下降、突水时土压力逐渐增大、突水时间逐渐提前,三者对扰动幅值敏感程度更高.基于Hoek-Brown强度破坏准则,引入岩体扰动系数,建立了动力扰动作用下底板突水点的P-M临界方程,该方程在矿井底板突水危险性预测评价时综合准确度达87.6%,适用性良好.通过动力扰动下P-M临界曲线对唐家会矿井钻孔结果预测,发现矿井南部部分钻孔P-M结果高于临界曲线,结合矿区实际情况,判定矿场北部安全度最高,中部(主采区)较低,南部和西南部突水风险最高.研究成果为巷道底板突水预测预防提供了理论指导,对保障煤矿安全生产具有重要意义. 展开更多
关键词 底板突水 相似模拟试验 动力扰动 前兆特征 危险性评价
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特厚煤层含夹矸顶煤综放覆岩移动规律试验研究
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作者 张磊 王蒙 +2 位作者 任玉琦 王佳源 易蔚勋 《中国矿业》 北大核心 2025年第3期125-133,共9页
针对大同矿区特厚煤层综放开采时,夹矸分布不均、顶煤夹矸强度较大等引起的顶煤冒放块度大、顶煤冒放性差的问题,以大同矿区塔山矿8230工作面3-5#特厚煤层赋存条件作为背景,采用相似模拟与理论分析的方法,对特厚煤层含夹矸顶煤综放开采... 针对大同矿区特厚煤层综放开采时,夹矸分布不均、顶煤夹矸强度较大等引起的顶煤冒放块度大、顶煤冒放性差的问题,以大同矿区塔山矿8230工作面3-5#特厚煤层赋存条件作为背景,采用相似模拟与理论分析的方法,对特厚煤层含夹矸顶煤综放开采夹矸与顶板破断对覆岩移动规律展开了研究。研究结果表明,当综放工作面推进至64m与92m时,直接顶与基本顶依次发生初次来压;直接顶与基本顶初次来压时的支承压力峰值分别达到940.51MPa和1027.86MPa,来压结束后,支承压力瞬间下降至最低点,分别为626.81MPa和702.96MPa。同时,含夹矸顶煤在放煤期间,由于夹矸强度较大易形成“短悬臂梁”结构,会发生与直接顶或基本顶相类似的周期破断从而带动直接顶与基本顶的同步破断,造成局部来压显现剧烈的现象,极大地影响了工作面的开采安全与生产效率。顶煤夹矸形成的“短悬臂梁”结构的周期性破断,导致直接顶、基本顶形成的“悬臂梁”结构的长度依次增加,造成直接顶、基本顶周期同步来压。此外,顶煤夹矸越靠近顶煤且夹矸层越厚越容易产生“短悬臂梁”结构,“短悬臂梁”极限破断长度与岩性、夹矸层厚度成正比,与“短悬臂梁”结构上部煤层煤厚成反比。研究结果为与塔山矿类似的煤层赋存条件的矿井,以及其他煤层赋存条件的矿区提供部分理论依据。 展开更多
关键词 含夹矸特厚煤层 综放开采 相似模拟实验 顶煤运移规律 短悬臂梁
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深井高瓦斯低渗煤层深孔聚能爆破增透试验研究 被引量:1
17
作者 傅师贵 刘泽功 +4 位作者 常帅 杨帅 张健玉 乔国栋 张鑫 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第5期158-173,共16页
随着煤炭逐渐往深部区域开采,将面临着高地应力问题。针对深井高瓦斯低渗煤层在深部地应力作用下聚能爆破增透煤体内部损伤及裂隙演化规律不清楚,建立了聚能爆破射流理论模型,研究了聚能射流形成的临界压垮速度,验证了射流形成的可行性... 随着煤炭逐渐往深部区域开采,将面临着高地应力问题。针对深井高瓦斯低渗煤层在深部地应力作用下聚能爆破增透煤体内部损伤及裂隙演化规律不清楚,建立了聚能爆破射流理论模型,研究了聚能射流形成的临界压垮速度,验证了射流形成的可行性,分析了聚能爆破载荷侵蚀煤体的作用机制;随后通过在实验室开展了不同埋深下聚能爆破和普通爆破的相似模拟对比试验,从宏观裂纹、应变情况以及超声波数据3个方面分析不同埋深下聚能爆破和普通爆破对煤层裂纹扩展的影响;其次通过数值模拟软件研究不同埋深下聚能爆炸载荷对煤体损伤分布特征情况;最后通过现场试验研究普通爆破和不同埋深下聚能爆破对瓦斯浓度和瓦斯抽采纯量的影响。爆破相似模拟试验结果表明:深部地应力会抑制爆破载荷对煤体的致裂范围,并且普通爆破受地应力的影响比聚能爆破更大;相对比于普通爆破,聚能药包在深部煤体爆破增透时致裂范围更广,在聚能方向上1号测点最大压应变峰值是普通爆破的1.35倍,而非聚能方向上3号测点最大压应变峰值为普通爆破的86%,这也导致裂纹优先向聚能方向扩展,在非聚能方向扩展较少,爆破定向效果更佳。数值模拟结果表明:随着埋深的增加,聚能爆破侵彻煤体的范围会变小;拟合了埋深与聚能爆破致裂煤体范围关系式,能在一定程度上为深部矿井聚能爆破致裂煤体范围作为判断依据。现场试验结果表明:深孔聚能爆破比普通深孔爆破能够更大程度增加瓦斯抽采。而埋深对深孔聚能爆破致裂范围有一定的影响,因此在深部矿井中采用聚能爆破时应考虑地应力的影响。研究成果对深部高瓦斯低渗煤层爆破增透有一定的参考意义。 展开更多
关键词 聚能射流 数值模拟 煤层增透 地应力 相似模拟
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穿层巷道围岩松动圈范围测试及演化规律研究
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作者 胡龙宇 孟祥瑞 +3 位作者 程详 赵光明 顾清恒 王艳芬 《中国矿业》 北大核心 2025年第5期176-186,共11页
为探究穿层巷道围岩松动圈发育扩展规律,本文以淮北青东七采区回风上山为背景,采用理论分析、室内试验、数值模拟和现场实测方法研究巷道围岩松动圈发育扩展特征,提出光纤测试松动圈发育特征的相似模拟方法。结果表明:基于Mohr-Coulomb... 为探究穿层巷道围岩松动圈发育扩展规律,本文以淮北青东七采区回风上山为背景,采用理论分析、室内试验、数值模拟和现场实测方法研究巷道围岩松动圈发育扩展特征,提出光纤测试松动圈发育特征的相似模拟方法。结果表明:基于Mohr-Coulomb准则计算巷道围岩为泥岩、砂质泥岩、细砂岩和粉砂岩时,松动圈半径分别为1.72R0、1.65R0、1.41R0和1.42R0,巷道松动圈发育范围与围岩强度呈负相关;相似模拟试验显示巷道断面破坏范围与应力呈正相关,高应力下断面易破坏且裂隙发育范围近似半圆形;DIC数字散斑结果显示在巷道周边围岩位移呈梯度分布,围岩松动圈范围为巷道周边2 m围岩位移分界区域;分布式光纤监测显示深入围岩过程中产生两个应变突变拐点,第一应变突变点位置为围岩松动圈范围,第二应变突变点为围岩塑性区范围,围岩松动圈范围在梯度应力下由1.24 m发育至1.84 m,应力升高导致松动圈发育范围扩大,围岩稳定性逐渐降低;数值模拟结果显示穿层巷道开挖松动圈发育范围为0.62~1.86 m,相邻围岩共同决定松动圈扩展范围;现场地质雷达实测从距掘进工作面10 m至200 m,底板松动圈范围由1.45 m发育至1.95 m。相似模拟实验中分布式光纤监测松动圈方法,与其他方法测试结果吻合,可为巷道松动圈测试及围岩稳定性控制提供依据。 展开更多
关键词 穿层巷道 松动圈测试 演化规律 相似模拟 光纤
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深部高承压“Y”型分支断层底板突水机理模拟试验研究 被引量:1
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作者 李昂 张文忠 +3 位作者 周永根 王伟东 田胜祺 杨宇轩 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第7期223-233,共11页
普遍分布于淮南矿区的“Y”型分支断层由于其特殊的构造特征,较常规断层更容易发生活化突水,为揭示深部开采高承压水“Y”型分支断层底板突水机理,提出安全开采关键性技术参数,以刘庄煤矿8号煤工作面底板为研究对象,研发了一种新型原岩... 普遍分布于淮南矿区的“Y”型分支断层由于其特殊的构造特征,较常规断层更容易发生活化突水,为揭示深部开采高承压水“Y”型分支断层底板突水机理,提出安全开采关键性技术参数,以刘庄煤矿8号煤工作面底板为研究对象,研发了一种新型原岩相似材料及与之匹配度较高的承压水模拟系统,依托自制的相似试验平台,采用数字图像相关法、水压传感器、水流量监测系统及红外热成像等多种定量及定性监测手段,对开采扰动与承压水导升协同作用下底板突水机理进行模拟研究。结果表明:可循环使用的新型棒体、块体材料与硅胶水囊承压水系统契合良好,能够科学可靠地模拟现场情况;工作面推进63 cm是“Y”型分支断层进入活化阶段的临界点,此后承压水沿主断层向分支断层内导升,水压逐渐增大;当工作面推进至71 cm,底板分支断层完全活化,工作面发生突水,主断层水压降低、水流量增大;采动应力对底板裂隙发育具有显著的影响,分支裂隙呈现出沿垂直方向扩展发育的规律,工作面推过79 cm,底板裂隙逐渐闭合,突水情况得到缓解。结合模拟结果及现场实际情况,探讨了3种“Y”型分支断层底板突水应对治理措施和预案,为类似断层底板防治水研究提供一定的参考。 展开更多
关键词 “Y”型分支断层 底板突水机理 相似模拟试验 数字图像相关法 红外热成像
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跨煤柱开采覆岩运动与载荷传递特征三维相似模拟研究
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作者 曹丁园 潘瑞凯 +4 位作者 白锦文 冯国瑞 屈锦波 李浩男 李宇飞 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第3期477-488,共12页
下层煤工作面跨上覆遗留煤柱开采(简称“跨煤柱开采”)过程中,遗留煤柱承受高支承压力,可能导致下层煤工作面发生冒顶、压架、巷道损坏以及冲击地压等灾害。采用三维相似模拟试验研究跨煤柱开采时覆岩的运移规律和煤柱载荷传递特征。结... 下层煤工作面跨上覆遗留煤柱开采(简称“跨煤柱开采”)过程中,遗留煤柱承受高支承压力,可能导致下层煤工作面发生冒顶、压架、巷道损坏以及冲击地压等灾害。采用三维相似模拟试验研究跨煤柱开采时覆岩的运移规律和煤柱载荷传递特征。结果表明:随着遗留煤柱两侧工作面的开采,层间岩层应力分布发生显著变化,单侧采空时煤柱应力影响角约为7°,两侧采空时应力影响角增大至39°,工作面距离遗留煤柱约32 m时开始受煤柱集中应力影响;下层煤工作面进入煤柱下方开采后,采空区的煤柱逐渐发生屈服卸压,将覆岩载荷传递至工作面前方完整煤柱,形成载荷集中,在工作面推出煤柱5 m位置时,层间岩层断裂并诱发主关键层失稳,发生强矿压显现。 展开更多
关键词 煤柱 跨煤柱开采 岩层控制 三维相似模拟 覆岩载荷传递
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