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金属矿山多矿柱承载与失稳破坏研究 被引量：23
1
作者 朱万成 董航宇 +3 位作者 刘溪鸽 牛雷雷 代风 关凯 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2022年第4期1-27,共27页
金属矿空场法开采遗留了大量采空区,尤其是近地表的采空区群具有重大的安全隐患,是矿山安全的危险源之一。采空区的稳定性与矿柱的承载及失稳破坏密切相关,在采空区垮塌过程中,多个矿柱间的载荷传递效应可能诱发相邻矿柱的连锁性失稳破... 金属矿空场法开采遗留了大量采空区,尤其是近地表的采空区群具有重大的安全隐患,是矿山安全的危险源之一。采空区的稳定性与矿柱的承载及失稳破坏密切相关,在采空区垮塌过程中,多个矿柱间的载荷传递效应可能诱发相邻矿柱的连锁性失稳破坏,从而造成采空区群大规模失稳坍塌。因此对单矿柱稳定性研究方法、多矿柱载荷传递行为及失稳破坏机制等进行了归纳总结,相关研究成果表明:当前针对多矿柱载荷传递行为的相关研究较少,载荷传递机制尚不清楚,难以实现对多矿柱连锁性失稳破坏行为的预测;应该着眼于矿柱之间以及多矿柱与围岩体之间的相互作用,以便于深刻揭示多矿柱系统的承载与失稳破坏机制。介绍了多矿柱承载与失稳破坏机制方面的相关研究成果,可以为防控大规模空区群失稳灾害提供参考。 展开更多
关键词 采空区群 多矿柱 相互作用 载荷传递 失稳破坏
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寒区露天矿板岩冻融力学特性及边坡稳定性研究
2
作者 周文汶 杨天鸿 +2 位作者 董鑫 张东亮 吕凯 《中国矿业》 北大核心 2024年第S01期143-150,共8页
为了探究寒区板岩边坡在冻融条件下的力学参数劣化规律及其失稳机理,通过室内冻融循环力学试验,并基于广义Hoek-Brown强度准则计算岩体内聚力和内摩擦角随冻融循环次数的衰减规律,以此修正未考虑冻融损伤的白云鄂博南帮内聚力和内摩擦... 为了探究寒区板岩边坡在冻融条件下的力学参数劣化规律及其失稳机理,通过室内冻融循环力学试验,并基于广义Hoek-Brown强度准则计算岩体内聚力和内摩擦角随冻融循环次数的衰减规律,以此修正未考虑冻融损伤的白云鄂博南帮内聚力和内摩擦角块体模型,实现南帮岩体力学参数的时空演化表征,最后通过数值模拟分析白云鄂博铁矿主矿区南帮边坡在冻融效应下的循序破坏机理。结果表明:经20次冻融循环后,矽质板岩、云母化板岩、碳化板岩、断层岩内聚力降低率分别为21.64%、22.66%、28.09%、28.53%,内摩擦角降低率分别为12.76%、14.72%、19.37%、21.35%;在冻融效应下,南帮边坡稳定系数由1.19逐渐降至0.92,1650~1570 m区域剪应变逐渐增大,最终滑体于1570 m平台滑移剪出。 展开更多
关键词 板岩 边坡稳定性 冻融循环 广义Hoek-Brown准则 非均匀岩体力学参数
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动态扰动对应力松弛岩石变形行为影响的试验研究 被引量：9
3
作者 李帅 朱万成 +2 位作者 牛雷雷 李如飞 李少华 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期2795-2804,共10页
利用自主研发的岩石松弛-扰动试验装置,测试了岩石加载、松弛、动态扰动和扰动后4个阶段的轴向应力、轴向应变和声发射响应,观察到了岩石试样在动态扰动后应变增加、应力降低的现象,砂岩试样的这种特征比花岗岩明显。初步分析认为,产生... 利用自主研发的岩石松弛-扰动试验装置,测试了岩石加载、松弛、动态扰动和扰动后4个阶段的轴向应力、轴向应变和声发射响应,观察到了岩石试样在动态扰动后应变增加、应力降低的现象,砂岩试样的这种特征比花岗岩明显。初步分析认为,产生该现象的原因一方面由于松弛-扰动过程导致岩石内部出现不可逆的损伤,另一方面则是扰动去除后试样的残余变形。在初始压密和弹性阶段,砂岩试样的声发射撞击数少;在接近应变峰值阶段,撞击数骤增;在应力松弛阶段撞击数骤减;在动态扰动阶段,撞击数骤增。声发射是由于岩石损伤引起的,声发射数据反映了岩石的损伤是引起松弛试样在动态扰动后应变增加、应力降低的一个原因。另外,基于砂岩和花岗岩的准静态循环加、卸载试验,对砂岩、花岗岩在不同应变等级下的残余应变进行了定量化;砂岩的残余应变远高于花岗岩,这与砂岩试样在历经松弛-动态扰动后应变增加、应力降低较为明显的趋势相对应。同时,无论是松弛-动态扰动试验还是准静态循环加、卸载试验,岩石的残余变形都会随着卸荷初始应变的提高而增加。岩石的损伤与残余变形是密切相关的,两者的综合作用引起了动态扰动后岩石试样的应变增加、应力降低现象。 展开更多
关键词 岩石变形 应力松弛 动态扰动 声发射 残余变形
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岩石蠕变-冲击试验研究——现状与展望 被引量：12
4
作者 朱万成 牛雷雷 +1 位作者 李少华 李帅 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2019年第2期71-81,共11页
在深部岩体工程中,爆破等开挖扰动是触发岩爆的关键性因素,然而岩爆通常是滞后于爆破扰动一段时间才发生,表现出明显的时滞性,这给岩爆的预测和预警带来了巨大的困难。岩石蠕变-冲击力学行为的研究是揭示滞后型岩爆的力学基础。因此,蠕... 在深部岩体工程中,爆破等开挖扰动是触发岩爆的关键性因素,然而岩爆通常是滞后于爆破扰动一段时间才发生,表现出明显的时滞性,这给岩爆的预测和预警带来了巨大的困难。岩石蠕变-冲击力学行为的研究是揭示滞后型岩爆的力学基础。因此,蠕变-冲击受力条件下岩石的力学特性研究具有重要的理论意义与工程应用价值。本文阐述了岩石蠕变-冲击力学特性研究的工程背景及意义,重点介绍了蠕变加载条件下岩石的力学特性、岩石蠕变-冲击试验研究的现状,并综述了蠕变-冲击载荷下岩石力学行为的研究进展。在此基础上,展望了岩石蠕变-冲击力学研究的未来发展趋势,其中包括试验设备的改进与试验方法、蠕变-冲击过程中岩石的损伤表征、岩石在蠕变-冲击条件下的本构关系、该试验研究对于岩体损伤与破坏预测预警的理论意义等方面,指出了未来岩石蠕变-冲击力学性能研究的方向。 展开更多
关键词 岩爆 动态扰动 蠕变-冲击试验 时滞性 岩石损伤
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岩石力学实验室信息管理系统的研发与应用 被引量：2
5
作者 朱万成 徐晓冬 +3 位作者 侯晨 邓君平 高楠 刘明 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2024年第1期214-218,245,共6页
根据采矿工程专业岩石力学实验室的具体特点,提出一种以浏览器/服务器(B/S)为主、客户端/服务器(C/S)为辅实验室信息管理系统(LIMS)架构,开发一套集人员、设备、耗材、试样加工和财务等信息管理以及统计报表等功能于一体的专业实验室信... 根据采矿工程专业岩石力学实验室的具体特点,提出一种以浏览器/服务器(B/S)为主、客户端/服务器(C/S)为辅实验室信息管理系统(LIMS)架构,开发一套集人员、设备、耗材、试样加工和财务等信息管理以及统计报表等功能于一体的专业实验室信息管理系统,实现实验室人员信息以及设备和材料采购、入库、报销等全流程的云端化管理。该系统契合岩石力学实验室的专业需求、操作简单、运行稳定,实现了实验室信息管理的专业化、系统化,显著提高了实验室的工作效率,优化了管理流程,降低了管理成本;设备和试验项目得到有效管控,试验数据得以规范化管理,为科研工作提供了强有力支撑。该系统的研发和应用推进了岩石力学实验室的信息化建设,对加强实验室的精细化管理,提升实验室的管理服务水平。 展开更多
关键词 采矿工程 岩石力学实验室 实验室信息管理系统(LIMS) 云端化管理
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高水力梯度条件下颗粒堆积型多孔介质渗流规律试验研究 被引量：17
6
作者 杨斌 徐曾和 +2 位作者 杨天鸿 杨鑫 师文豪 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第11期4017-4024,共8页
煤矿开采面临的水文地质条件越来越复杂,尤其是遭遇承压含水层的水压力越来越大,突水灾害发生时必然会带来高水力梯度引起的破碎岩体突水通道内高速非线性渗流问题。据此,研制高水力梯度(最大600)条件下堆积型多孔介质中高速非线性渗流... 煤矿开采面临的水文地质条件越来越复杂,尤其是遭遇承压含水层的水压力越来越大,突水灾害发生时必然会带来高水力梯度引起的破碎岩体突水通道内高速非线性渗流问题。据此,研制高水力梯度(最大600)条件下堆积型多孔介质中高速非线性渗流试验装置,采用堆积型钢球模拟破碎岩体,对粒径为1、2、3、4、5、6mm共6种光滑钢球分别开展了一维均质圆柱渗流试验。试验结果表明:对于由1～6mm钢球堆积而成的孔隙率为0.44～0.45的多孔介质,当水力梯度大于145时,通过分析水力梯度-平均流速(J-v)曲线和水力梯度-雷诺数(J-Re)关系曲线,将流动状态划分为3个模式:线性层流、非线性层流、紊流,并获得了从线性层流过渡到非线性层流的临界流速为0.23～0.78 cm/s、临界水力梯度为3～8;从层流到紊流转捩的临界流速为1.6～4.8 cm/s、临界水力梯度为90～145。从小粒径多孔介质到大粒径多孔介质的渗流过程中,临界流速越来越大,而临界水力梯度逐渐减小。渗透率与粒径的平方、非达西流影响系数与粒径的倒数均呈线性正相关,非达西流影响系数随着渗透率的增加呈指数减小。该研究对多孔介质非线性渗流的理论研究以及实际工程中高承压含水层突涌水问题有重要借鉴意义。 展开更多
关键词 多孔介质 颗粒粒径 临界流速 水力梯度 非线性渗流
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基于流态转捩的非线性渗流模型及在陷落柱突水机理分析中的应用 被引量：15
7
作者 杨天鸿 师文豪 +3 位作者 刘洪磊 杨斌 杨鑫 刘再斌 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第2期315-321,共7页
岩溶陷落柱突水是威胁煤矿安全生产的重大灾害之一。基于陷落柱突水过程中流体流态转捩(含水层层流到巷道紊流)的渗流本质,建立了三流场(Darcy层流、Forchheimer流和N-S紊流)耦合非线性渗流模型,并应用于骆驼山煤矿"3·1"... 岩溶陷落柱突水是威胁煤矿安全生产的重大灾害之一。基于陷落柱突水过程中流体流态转捩(含水层层流到巷道紊流)的渗流本质,建立了三流场(Darcy层流、Forchheimer流和N-S紊流)耦合非线性渗流模型,并应用于骆驼山煤矿"3·1"底板陷落柱突水数值模拟分析。结果表明:随着突水流体流速不断增大,陷落柱Forchheimer流由黏滞阻力为主,到黏滞阻力和惯性阻力共同作用,最后到惯性阻力为主发生了质的变化,陷落柱突水是流体渗流从渐变到突变的动态过程。进一步表明采用Forchheimer方程描述陷落柱内高速非线性层流,能够较好地反映水流从含水层达西层流到巷道紊流的中间状态,可以定量揭示陷落柱突水三种流态转捩的渗流本质。 展开更多
关键词 非线性渗流 突水 非达西因子 Forchheimer方程 骆驼山煤矿
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气体吸附诱发煤强度劣化的力学模型与数值分析 被引量：13
8
作者 刘力源 朱万成 +1 位作者 魏晨慧 马小惠 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期1500-1508,共9页
在吸附性气体作用下,煤体将产生吸附应变,吸附应变通过使煤微观结构重新排列从而诱发煤损伤,并使其力学性质劣化。尽管大量试验证实了吸附性气体将会改变煤的力学特性,然而当前描述煤-气相互作用的力学模型并未将吸附诱发的损伤考虑其中... 在吸附性气体作用下,煤体将产生吸附应变,吸附应变通过使煤微观结构重新排列从而诱发煤损伤,并使其力学性质劣化。尽管大量试验证实了吸附性气体将会改变煤的力学特性,然而当前描述煤-气相互作用的力学模型并未将吸附诱发的损伤考虑其中,故也无法考虑气体吸附诱发煤强度劣化。基于此,建立一个考虑气体吸附损伤的双重孔隙介质力学模型,揭示气体吸附过程诱发的两个相互作用:一个是游离气体引起的常规弹性力学作用,一个是吸附气体诱发的内部膨胀应力,并在此基础上考虑两个力学作用所带来了煤的附加损伤。研究结果表明:气体吸附诱发煤基质产生细观损伤,以拉伸损伤为主,这使煤的力学性质劣化,表现为弹性模量和强度的降低。吸附能力越强的气体,诱发煤的微观结构改变越大,损伤越明显,甚至会诱发煤样呈现新的破坏形态。超临界CO-_2会诱发煤更大的损伤和强度劣化。 展开更多
关键词 膨胀应力 局部应变 全局应变 吸附损伤 强度
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基于岩芯图像深度学习的矿山岩体质量精细化评价 被引量：30
9
作者 刘飞跃 刘一汉 +4 位作者 杨天鸿 信俊昌 张鹏海 董鑫 张海涛 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期968-974,F0002,共8页
矿山工程为了获取准确的资源储量而进行的地质钻探往往会获取大量的岩芯图像,从中提取岩体结构信息进行岩体质量评价具有现实的工程意义。目前人工对钻孔岩芯进行岩石质量指标RQD的编录方法效率低下且受主观因素影响,为此首先使用Mask-R... 矿山工程为了获取准确的资源储量而进行的地质钻探往往会获取大量的岩芯图像,从中提取岩体结构信息进行岩体质量评价具有现实的工程意义。目前人工对钻孔岩芯进行岩石质量指标RQD的编录方法效率低下且受主观因素影响,为此首先使用Mask-RCNN深度学习实例分割网络从钻孔岩芯图像中自动识别出单排岩芯,进而从单排岩芯中识别出长度大于等于10 cm的岩芯段,进行RQD的计算;然后结合钻孔信息与地质模型,使用普通克里金插值得到可表征RQD非均匀性的块体模型,实现对岩体质量的精细化评价。乌山铜钼矿的应用结果表明深度学习方法可以准确地从岩芯图像中计算出RQD,同时地质统计学的使用可以有效地对岩体质量进行精细化表征,提出的方法在矿山工程中具有广泛的应用前景。 展开更多
关键词 深度学习 岩芯图像 钻孔编录 RQD 岩体质量评价 地质统计学
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中生代砂岩细观结构对强度和能量耗散的影响 被引量：8
10
作者 赵永川 刘洪磊 +4 位作者 杨天鸿 徐涛 李杨 侯宪港 秦涛 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第2期452-459,共8页
对取自东北部和西部侏罗白垩系煤矿中粒砂岩进行镜下观察,对比其矿物颗粒,胶结成分和结晶程度上的异同点,进行了三轴压缩试验和循环加载声发射试验,分析东北部和西部砂岩的强度和能量耗散特征,并用Kaiser效应和加卸载响应比理论研究了... 对取自东北部和西部侏罗白垩系煤矿中粒砂岩进行镜下观察,对比其矿物颗粒,胶结成分和结晶程度上的异同点,进行了三轴压缩试验和循环加载声发射试验,分析东北部和西部砂岩的强度和能量耗散特征,并用Kaiser效应和加卸载响应比理论研究了循环加载中的声发射规律。试验表明:以钙质胶结为主的东北部砂岩在Mohr-Coulomb准则下承载能力高于以钙泥质胶结为主的西部砂岩,随着压力的增大,耗散能所占比例呈现迅速降低、稳定、缓慢升高的趋势,且同等应力水平下东北部砂岩耗散能低于西部砂岩,Kaiser效应往往出现在低应力的弹性阶段,且在东北部砂岩中出现的频率和持续阶段要高于西部砂岩,加卸载响应比则出现急剧降低、缓慢平稳下降的趋势,在强度峰值点达到最小值,且东北部砂岩的加卸载响应比低于西部砂岩。东北部和西部砂岩的胶结物中泥质含量和重结晶成岩程度是产生上述力学性质和能量耗散特征差异的根本原因。 展开更多
关键词 细观结构 能量耗散 声发射 KAISER效应 加卸载响应比
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