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煤系地层数值模拟力学参数分布特征与取值范围研究
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作者 王楠 李杨 +7 位作者 PANEIRO Gustavo André 雷兴海 石孝明 李宜杭 崔宇彤 刘浩天 曹晋龙 王铁记 《煤炭学报》 北大核心 2025年第7期3400-3423,共24页
数值模拟方法在煤矿开采领域的应用广泛,尤其在模拟复杂地质条件和多变力学环境方面,为预测围岩动态变化、应力分布以及开采活动可能引发的问题提供了重要研究手段。在煤层开采数值模拟研究中,煤岩层参数的准确设定是实现模拟精确性的... 数值模拟方法在煤矿开采领域的应用广泛,尤其在模拟复杂地质条件和多变力学环境方面,为预测围岩动态变化、应力分布以及开采活动可能引发的问题提供了重要研究手段。在煤层开采数值模拟研究中,煤岩层参数的准确设定是实现模拟精确性的关键。为给煤层开采数值模拟提供更为准确的参数设定参考,收集整理了中国100余个矿井的1 000余条煤岩层数值模拟力学参数,通过MATLAB进行分类整理,构建了煤系地层数值模拟参数的取值参考数据集;基于该数据集,给出了各省数据可信度权重设定与动态优化方法,并对不同地区煤系地层力学参数的差异性和分布规律进行了多维度数据分析,揭示了其在不同地质区域的分布特征和多样性。结果表明:山西、陕西和内蒙古等地区数据可信度权重较高,研究活动较为集中;煤层力学参数数据点主要集中在埋深200~690 m,呈现出一定的趋势和特点,体积模量、剪切模量、弹性模量以及黏聚力等参数在实际应用中的差异性较大。不同岩性的统计分析表明:粉砂岩和细砂岩在研究中最为常见,各岩性在力学特性上的差异性明显,中砂岩在体积模量和弹性模量上分布最广,而石灰岩则在多个参数上表现出较高的稳定性。此外,通过对不同地区煤层与主要岩性模拟力学参数的分析,研发了煤系地层数值模拟力学参数取值范围参考与异常值检测系统,该系统可以实现快速查询煤岩层力学参数取值、异常值检测以及自定义数据集导入分析等功能,以期为煤系地层数值模拟研究中力学参数的确定提供更为科学的参考依据与便捷的工具方法。 展开更多
关键词 煤系地层 数值模拟 力学参数 取值分布 系统开发
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基于FLAC^(3D)-COMSOL耦合的采动覆岩渗流演化及展布仿真实验
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作者 许玉军 马立强 +2 位作者 王磊 刘怀谦 李少波 《实验技术与管理》 北大核心 2025年第1期123-132,共10页
采空区CO_(2)矿化充填需完全实现对上覆含水体的渗流隔离。基于FLAC^(3D)-COMSOL有限差分-有限元耦合仿真实验方法,模拟了连采连充CO_(2)矿化充填条件下覆岩渗透性演化规律及展布特征,提出基于渗透率劣化率及渗流速度的覆岩分区阈值确... 采空区CO_(2)矿化充填需完全实现对上覆含水体的渗流隔离。基于FLAC^(3D)-COMSOL有限差分-有限元耦合仿真实验方法,模拟了连采连充CO_(2)矿化充填条件下覆岩渗透性演化规律及展布特征,提出基于渗透率劣化率及渗流速度的覆岩分区阈值确定方法。结果表明:采动覆岩渗透率劣化率呈“蝶形”展布,且在开切眼与停采线呈“类马鞍形”分布。整个开采区域可分为恒定区、恢复区、过渡区、剧增区与紊乱区。基于采动覆岩渗流速度,整个区域可分为:无渗流通道、微渗流通道、弱渗流通道、强渗流通道和渗漏通道。以采-充宽度为30—10 m为例,开采块段回采过程中矿井涌水量分别为280、300、950、1150、1350、1550 m^(3)/d,均小于突水量等级划分标准中规定的最低等级。 展开更多
关键词 FLAC^(3D)二次开发 FLAC^(3D)-COMSOL耦合 连采连充 CO_(2)矿化充填 覆岩渗透性
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岩层运动并行计算系统中动力本构模型引入和巷道冲击破裂过程模拟
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作者 王学滨 张钦杰 +5 位作者 潘一山 马立强 李小帅 刘栋 白雪元 陈双印 《煤炭学报》 北大核心 2025年第3期1473-1483,共11页
巷道围岩的动力冲击破坏研究对于巷道冲击地压的机理分析和预防具有重要的理论和实际意义。在微机上模拟巷道冲击时,现有的国外通用商业软件的计算规模小,计算效率低,功能有限。在历时10多年自主开发的岩层运动GPU并行计算系统StrataKin... 巷道围岩的动力冲击破坏研究对于巷道冲击地压的机理分析和预防具有重要的理论和实际意义。在微机上模拟巷道冲击时,现有的国外通用商业软件的计算规模小,计算效率低,功能有限。在历时10多年自主开发的岩层运动GPU并行计算系统StrataKing中,发展了动力模拟功能,通过岩样的单轴压缩动力实验验证了该方法的正确性。具体而言,以适于较宽应变率范围的朱-王-唐动力本构模型取代静力本构模型,即广义胡克定律,以提高系统的适用性;以动态黏聚力取代摩尔-库仑准则中的静态黏聚力,以考虑岩石的动力强度特性;以黏性阻尼取代局部自适应阻尼,以克服其在模拟动力学问题时的局限性。通过在巷道围岩模型上表面施加冲击速度,考察了不同应变率条件下巷道围岩模型的失稳规律。当应变率低时,巷道围岩的失稳呈间歇性,这是因为巷道围岩的强度较低,存储的应变能较少,失稳易于发生,也易于停止,但不足以为剧烈的大失稳提供足够的动能;当应变率高时,巷道两帮的开裂区发展较快,这是由于开裂区扩展所需要的能量能得到及时供给,巷道围岩的失稳具有持续性,只有当围岩储存的应变能较高时才能失稳,一旦失稳,则难以停止,这将造成严重的动力灾害。为未来支护条件下巷道抗冲击研究奠定了良好的技术基础。 展开更多
关键词 巷道冲击地压 动力本构模型 黏性阻尼 并行计算 连续-非连续方法
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承压含水层水压传递速率变化规律
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作者 王文学 王柏森 +2 位作者 高艳卫 吴冰 聂天宇 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期79-88,共10页
含水层内水压以能量的形式传递,其传递速率远大于水质点的迁移速率,水压传递速率对高压水体下工程安全施工及灾害预测预报具有重要意义。以无黏性土承压含水层为研究对象,通过理论分析、数值模拟、现场试验及室内物理模型试验等方法对... 含水层内水压以能量的形式传递,其传递速率远大于水质点的迁移速率,水压传递速率对高压水体下工程安全施工及灾害预测预报具有重要意义。以无黏性土承压含水层为研究对象,通过理论分析、数值模拟、现场试验及室内物理模型试验等方法对水压传递速率变化规律进行探讨。结果表明:含水层中水压变化传递具有明显的滞后性,传递速率并不是无限大或接近声速,且存在随传递距离增加逐渐衰减的现象,水压径向传递的滞后时间t与水压传递距离r呈二次幂函数关系;稳定边界压力水头越大,在承压含水层中同等水压变量的传递速率越快,渗透系数越大水压传递速率越快;当渗透系数一定时,水压传递滞后时间与传播距离的拟合系数C随边界稳定压力水头的增加呈一阶指数函数减小;现场试验表明,边界稳定压力水头差异性不大时,在传输距离较远的条件下,其水压传递平均速率基本相当;室内试验表明,瞬态脉冲水压力随传递距离增加,波形发生明显变异,峰值压力逐渐减小、脉冲压力波波长变大、峰值压力传递速率减小,随传输距离的增加其传递速率呈指数函数衰减,说明瞬态脉冲水压力能量随传输距离增加快速衰减;瞬态脉冲压力值越大其初始阶段的传递速率越快,但随传输距离的增加其传递速率衰减幅度更大。研究成果对水压传递速率变化规律的影响机制及其应用于地下工程突水灾害预测及防治具有重要的理论及实践指导意义。 展开更多
关键词 无黏性土 承压含水层 水压力传递速率 滞后效应 压力传导系数 衰减规律
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