不同开采方式下煤的损伤特性及渗流路径分布特征研究

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作者 耿加波 张弘 +2 位作者 郑思莹 杨阳 何浩 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第5期949-960,共12页

突水灾害是深部煤矿开采过程中最具危险性的灾害之一。煤在采动应力的作用下产生损伤裂隙形成渗流路径,直接影响突水风险。文中通过含轴、围压循环的三轴渗流试验,并利用高精度扫描仪进行三维裂隙扫描,系统研究了保护层开采(PCM)、放顶... 突水灾害是深部煤矿开采过程中最具危险性的灾害之一。煤在采动应力的作用下产生损伤裂隙形成渗流路径,直接影响突水风险。文中通过含轴、围压循环的三轴渗流试验,并利用高精度扫描仪进行三维裂隙扫描,系统研究了保护层开采(PCM)、放顶煤开采(TCM)和无煤柱开采(NM)3种开采方式下深部煤的损伤特性和渗流路径分布特征。结果表明:高应力加载幅值显著加剧了煤样的变形,并驱动滞回环由稀疏型向发散型转变,TCM与NM在循环后期存在失稳风险;TCM与NM的损伤积累速率显著高于PCM,其破裂面损伤程度也更加严重;渗透率随应力水平的提升呈阶段性增长,高应力加载幅值促进裂隙扩展与贯通,显著增强渗流通道的连通性;PCM、TCM和NM的渗流路径分别呈现分叉树型、网状型和面状型,渗流效果依次递增。 展开更多

关键词 煤 开采方式 损伤特性 渗流路径 扫描

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模拟降雨-浸矿条件下离子型稀土矿滑坡试验研究 被引量：1

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作者 郭钟群 刘琪琪 +3 位作者 刘凌峰 汪浩轩 刘颜硕 王晓军 《有色金属(中英文)》 北大核心 2025年第1期129-139,共11页

离子型稀土矿边坡稳定性是制约矿山安全开采的关键问题。基于自制模拟试验装置,开展了不同降雨-浸矿条件下离子型稀土滑坡模拟试验,刻画了坡体形态破坏和坡面形貌破坏特征,揭示了土体含水率和孔隙水压力的变化规律,运用COMSOL多场耦合... 离子型稀土矿边坡稳定性是制约矿山安全开采的关键问题。基于自制模拟试验装置,开展了不同降雨-浸矿条件下离子型稀土滑坡模拟试验,刻画了坡体形态破坏和坡面形貌破坏特征,揭示了土体含水率和孔隙水压力的变化规律,运用COMSOL多场耦合软件进行了边坡稳定性数值模拟分析。通过模型试验发现,边坡破坏模式主要为浅层滑塌和冲蚀滑移形成的综合破坏;降雨入渗过程中,坡面和坡脚处的土体含水率都是先增大后趋于稳定,饱和含水率41%~44%;坡面处的孔隙水压力先上升后趋于稳定,坡体内部孔隙水压力则由稳定到突增再趋于稳定。通过数值模拟得到,当降雨强度增大时,降雨量的变化对边坡的安全系数影响较大,下降4.26%;对黏聚力和内摩擦角的影响很小,下降约2.7%。 展开更多

关键词 离子型稀土 降雨入渗 原地浸矿 数值模拟

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考虑裂纹分形维数的平行黏结模型细观参数标定的神经网络模型

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作者 龚囱 戚燕顺 +4 位作者 缪浩杰 肖琦 熊良锋 曾鹏 赵奎 《岩土力学》 北大核心 2025年第1期327-336,共10页

针对试错法在平行黏结模型细观参数标定过程中存在繁琐耗时,且无法定量评价数值模拟与室内试验的裂纹匹配程度等局限性,统计并分析了近10年平行黏结模型细观参数取值范围,采用盒计数法获取了数值模拟试验、室内试验所得破坏后岩石表面... 针对试错法在平行黏结模型细观参数标定过程中存在繁琐耗时,且无法定量评价数值模拟与室内试验的裂纹匹配程度等局限性,统计并分析了近10年平行黏结模型细观参数取值范围,采用盒计数法获取了数值模拟试验、室内试验所得破坏后岩石表面裂纹分形维数。在此基础上,建立了以宏观弹性模量、宏观泊松比、峰值强度和裂纹分形维数等4个参数为输入层,黏结弹性模量、黏结法向与切向刚度比、黏结内聚力、黏结内摩擦角、黏结抗拉强度和摩擦系数等6个细观参数为输出层的神经网络模型,对比分析了考虑与不考虑裂纹分形维数时平行黏结模型细观参数标定效果。研究结果表明:(1)所建立的神经网络模型具有较好的收敛速度、预测精度与泛化性能,测试集输出数据与期望值误差约为3.34%。(2)将裂纹分形维数纳入神经网络模型后,数值模拟所得弹性模量、峰值应力与泊松比等宏观参数与室内试验结果的误差小于3.00%,优于不考虑裂纹分形维数标定结果。(3)该方法可定量保障数值模拟所得裂纹不规则性与室内试验结果的一致性,其在一定程度上可视为对现有神经网络模型细观参数标定结果的修正。研究成果可为提高平行黏结模型细观参数标定效果提供新思路。 展开更多

关键词 分形维数 颗粒流 平行黏结模型 参数标定 神经网络

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冻融循环作用后白砂岩物理力学性质及声发射特征试验研究

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作者 赵奎 沈德康 +4 位作者 曾鹏 杨贤达 熊良锋 龚囱 李从明 《中国矿业》 北大核心 2025年第9期216-225,共10页

为了研究冻融循环次数与冻融时长对岩石物理力学特性的影响,以白砂岩为研究对象,开展了2种冻融时长与5种冻融循环次数的冻融试验,并对冻融循环后的白砂岩进行单轴压缩声发射(AE)试验,重点研究了冻融循环次数、冻融时长对白砂岩物理力学... 为了研究冻融循环次数与冻融时长对岩石物理力学特性的影响,以白砂岩为研究对象,开展了2种冻融时长与5种冻融循环次数的冻融试验,并对冻融循环后的白砂岩进行单轴压缩声发射(AE)试验,重点研究了冻融循环次数、冻融时长对白砂岩物理力学性质及声发射特征的影响,同时分析了白砂岩破坏过程中的声发射主频多重分形特征。研究结果表明:①随着冻融循环次数和冻融时长的增加,白砂岩的质量、纵波波速、峰值应力和弹性模量均逐渐减小,孔隙度与峰值应变逐渐增加;②冻融循环对白砂岩孔隙结构的影响,主要表现为T2谱总面积的显著增长和大孔的快速扩展,且冻融时间的增加会加剧岩石内部的孔隙扩展和结构破坏;③随着冻融循环次数增加,应力应变曲线的压密阶段上凹程度减弱,弹性阶段斜率逐渐减小,屈服阶段非线性变形加剧,破坏阶段变形量增大,且较长冻融时长,导致岩样结构劣化显著;④声发射事件率变化可划分为初始活跃阶段、稳定增长阶段和陡增高峰阶段。随着冻融循环次数的增加,累计声发射事件率不断增加,随着冻融时长的增加,累计声发射事件率增长更显著;⑤随着冻融循环次数和冻融时长的增加,声发射多重分形参数Δα减小,Δf增大,冻融循环次数的增加降低了声发射信号差异性,随着冻融时长的增加,声发射信号越均匀。 展开更多

关键词 冻融循环 冻融时长 物理力学性质 声发射(AE) 多重分形

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强降雨条件下层状离子型稀土边坡稳定性分析

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作者 郭钟群 刘颜硕 +3 位作者 林校明 刘强强 吴建奇 王晓军 《有色金属科学与工程》 北大核心 2025年第4期632-644,共13页

降雨是离子型稀土矿山滑坡灾害的主要诱发因素,层状边坡的渗流机制和滑坡特征与均质边坡有显著不同。基于离子型稀土原地浸矿工程背景,设置降雨强度为10 mm/h与20 mm/h,通过数值模拟得到强降雨条件下层状边坡的孔隙水压力与体积含水率... 降雨是离子型稀土矿山滑坡灾害的主要诱发因素,层状边坡的渗流机制和滑坡特征与均质边坡有显著不同。基于离子型稀土原地浸矿工程背景,设置降雨强度为10 mm/h与20 mm/h,通过数值模拟得到强降雨条件下层状边坡的孔隙水压力与体积含水率变化规律。应用有限元强度折减法,得到不同土层次序边坡的安全稳定性系数,分析了不同土层次序对矿山边坡稳定性的影响。研究表明:降雨强度和时长显著影响层状边坡的水力行为及其稳定性,尤其在暴雨工况下,砂-粉质黏土层状坡体内部的土层交界面处更易形成饱和滞水区,导致孔隙水压力急剧增加,进而显著降低土体的抗剪强度,增加滑坡风险;粉-砂质黏土层状坡体由于上层粉质黏土的低渗透性,限制了水分垂直渗透速度,导致层间形成滞水带,产生软化效应,进而增加了边坡失稳风险;在大雨和暴雨2种工况下,粉-砂质黏土层状边坡安全系数均低于砂-粉质黏土层状边坡,由于砂-粉质黏土层状坡体滞水现象严重,导致安全系数突变更加显著。 展开更多

关键词 离子型稀土 降雨入渗 层状边坡 数值模拟 边坡稳定性

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基于元胞自动机的人员疏散犹豫心理与折返行为研究

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作者 丁元春 程建栋 《中国安全生产科学技术》 北大核心 2025年第9期142-149,共8页

为研究犹豫心理和折返行为对紧急疏散的影响,探查普通折返与沿墙折返的效果,利用动、静态场相结合的元胞自动机模型研究不同影响因素对人员疏散进程的影响。研究结果表明:不同犹豫时间会对疏散过程产生不同程度的影响;人员密度小且疏散... 为研究犹豫心理和折返行为对紧急疏散的影响,探查普通折返与沿墙折返的效果,利用动、静态场相结合的元胞自动机模型研究不同影响因素对人员疏散进程的影响。研究结果表明:不同犹豫时间会对疏散过程产生不同程度的影响;人员密度小且疏散空间大的场所,普通折返的疏散效果略优于沿墙折返;折返行为是拖延疏散进程的主要原因;人员密度大,折返人数少时,沿墙折返疏散效果更佳且总体疏散用时更短,场地的宽窄对于整体疏散效果也有较大影响。研究结果可为人员疏散策略制定和现场指挥提供参考。 展开更多

关键词 人员疏散 元胞自动机 犹豫心理 折返行为

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页岩水压致裂塑性损伤响应及影响因素探究 被引量：1

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作者 沈仲辉 周雷 +3 位作者 林东 郭志国 王紫怡 李希建 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第S1期252-260,共9页

页岩储层水力压裂是一个复杂的流固耦合物理过程,压裂时井筒内高压流体渗透会诱发井壁围岩微裂纹萌发,从而影响岩石的起裂压力。为了探究页岩压裂过程中井壁围岩的微观响应特征及规律,开展了不同围压条件下页岩的水压致裂试验,并通过数... 页岩储层水力压裂是一个复杂的流固耦合物理过程,压裂时井筒内高压流体渗透会诱发井壁围岩微裂纹萌发,从而影响岩石的起裂压力。为了探究页岩压裂过程中井壁围岩的微观响应特征及规律,开展了不同围压条件下页岩的水压致裂试验,并通过数值仿真进行了考虑围压、井筒直径、井筒内流体压力、岩石的弹性模量、泊松比和抗拉强度等因素对压裂时井壁岩石塑性损伤特征影响的敏感性分析,研究结果表明:①围压对页岩水力压裂的破裂压力影响较大,页岩水力压裂的破裂压力随围压的增大而增大,且试验得到的破裂压力均高于传统模型计算的理论值;②页岩水力压裂过程中井筒内高压流体侵入会对井壁围岩产生微观结构损伤,基于数值仿真确定了水力压裂井壁岩石塑性区的存在;③页岩水力压裂过程中井壁塑性区范围受岩石储层条件和施工参数的影响较大,具体而言,井壁塑性区大小受岩石弹性模量和泊松比的影响较小,与井筒直径、井筒内流体压力呈正相关关系,与围压、岩石抗拉强度呈负相关关系。④现场工程尺度下,页岩水力压裂的塑性区呈椭圆型分布,且长轴在最大水平主应力方向。研究结果对于深部岩石储层水力压裂破裂压力的预测和压裂施工设计等具有重要的理论和指导意义。 展开更多

关键词 页岩气开发 水力压裂 塑性损伤 破裂压力 地质因素 施工参数

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不同细颗粒含量离子型稀土矿湿润锋运移特征及其模型优化

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作者 王晓军 邱宇辰 +3 位作者 张学鹏 钟茂华 汪豪 李刚 《中国有色金属学报》 北大核心 2025年第5期1713-1725,共13页

在离子型稀土浸矿注液的过程中,矿土的细颗粒含量是影响浸矿液入渗的一个重要的因素,本文采用压力板仪实验和室内模拟浸矿实验,探究了细颗粒含量对离子型稀土矿持水性的影响,得到了不同细颗粒含量的土-水特征曲线,分析了湿润体变化特征... 在离子型稀土浸矿注液的过程中,矿土的细颗粒含量是影响浸矿液入渗的一个重要的因素,本文采用压力板仪实验和室内模拟浸矿实验,探究了细颗粒含量对离子型稀土矿持水性的影响,得到了不同细颗粒含量的土-水特征曲线,分析了湿润体变化特征和湿润锋运移规律,将矿土的细颗粒含量作为参数引入非饱和入渗湿润锋运移理论模型,优化求解了非饱和基质吸力与非饱和导水率。结果表明:土体的持水能力随着细颗粒含量的增大而增大,在相同注液时间内,湿润体体积随着细颗粒含量的增加而减小,湿润锋运移速率也随着细颗粒含量的增加而减小。随着浸矿的进行,湿润锋运移速率在水平方向的下降幅度大于垂直方向的,优化后的单孔入渗湿润锋运移理论模型误差率明显小于未考虑细颗粒含量的原始模型的,模型具有较强的实用性。 展开更多

关键词 颗粒级配 基质吸力 土-水特征曲线 细颗粒含量 湿润锋

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细粒尾矿沉积特性与矿浆流动特征流槽模型试验

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作者 陈青林 包礼霖 +3 位作者 王晓军 戴泽宇 张超 王光进 《中国安全科学学报》 北大核心 2025年第5期135-144,共10页

为剖析尾矿坝堆积筑坝过程中尾矿沉积体赋存特征与浆液流动行为,采用流槽试验模型开展单管浆液排放条件下细粒尾矿堆积筑坝试验,研究细粒尾矿堆积过程中沉积滩坡度、尾矿颗粒粒径分布、水位高度和孔隙水压力的变化特性,分析尾矿浆流动... 为剖析尾矿坝堆积筑坝过程中尾矿沉积体赋存特征与浆液流动行为,采用流槽试验模型开展单管浆液排放条件下细粒尾矿堆积筑坝试验,研究细粒尾矿堆积过程中沉积滩坡度、尾矿颗粒粒径分布、水位高度和孔隙水压力的变化特性,分析尾矿浆流动、运动轨迹特征,并讨论尾矿沿程沉积细化机制。结果表明:沉积滩坡度随沿程距离的增加而减小;尾矿颗粒粒径随沿程距离的增加逐渐细化,随深度的增加粒径呈交错变化;尾矿坝水位高度随坝高的增高而增加,整体表现出前陡后缓;孔隙水压力在尾矿浆排放阶段上升,在尾矿浆停止排放间歇阶段消散;尾矿浆在流槽首端以扇形发散的方式流动,中部以不规则溪流的方式流动,末端尾矿浆先以层流方式流动后转变为无规则旋转流动;干滩面浆液运动速率波动较大,达到尾水面后浆液的运动趋于平稳,尾水面交界处前后浆液的运动特征差异性较大。 展开更多

关键词 细粒尾矿 矿浆流动 沉积滩坡度 流槽 尾矿坝 孔隙水压力

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冻融循环作用下尾矿宏观力学损伤与微观结构影响研究

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作者 张超 汤杰 +3 位作者 刘勇锋 马昌坤 陈青林 曾鹏 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第6期9-17,共9页

目的为揭示冻融循环作用下尾矿的宏-微观损伤机制,开展冻融循环作用下尾矿宏观力学损伤与微观结构影响研究。方法通过三轴固结不排水剪切试验、扫描电镜(SEM)和微米CT扫描试验,研究冻融循环次数对尾矿力学性能和微观结构的影响规律,并... 目的为揭示冻融循环作用下尾矿的宏-微观损伤机制,开展冻融循环作用下尾矿宏观力学损伤与微观结构影响研究。方法通过三轴固结不排水剪切试验、扫描电镜(SEM)和微米CT扫描试验,研究冻融循环次数对尾矿力学性能和微观结构的影响规律,并建立宏观力学损伤与微观结构演化的关联机制。结果结果表明:冻融循环导致尾矿宏观力学特性显著劣化,峰值抗剪强度经1次冻融后降幅达13.35%;5~10次冻融循环阶段的峰值强度下降率为8.8%;10~15次循环阶段峰值降幅减小至3.9%。经15次冻融循环后,黏聚力与内摩擦角分别降低50.9%,59.3%。冻融循环作用导致尾矿颗粒棱角磨损及形态圆润化,形状因子由1.38下降至1.34;孔隙分形维度从1.55增至1.64,孔隙率由8.9%上升至16.91%,其中连通孔隙占比从4.68%显著提升至15.51%.研究进一步揭示了孔隙率与抗剪强度呈非线性负相关,内摩擦角随颗粒形状因子增大呈指数增长规律。结论研究结果可为冻土区尾矿库稳定性分析及灾害防控提供参考。 展开更多

关键词 尾矿 冻融循环 力学损伤 微观结构

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曹家滩煤矿超远距离管道输送堵塞风险评估

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作者 王石 汤明昆 +4 位作者 吴锐 刘耀华 刘龙 杨琨 马翔宇 《安全与环境学报》 北大核心 2025年第4期1275-1285,共11页

为准确评价超远距离输送充填管道堵塞的风险程度,以管道输送距离最长为8 km的曹家滩煤矿为例,提出了未确知测度综合评价方法和信息熵相结合的风险评价模型。以该矿山四种煤矸石料浆方案为研究对象,选取煤矸石料浆质量分数等10项评价指... 为准确评价超远距离输送充填管道堵塞的风险程度,以管道输送距离最长为8 km的曹家滩煤矿为例,提出了未确知测度综合评价方法和信息熵相结合的风险评价模型。以该矿山四种煤矸石料浆方案为研究对象,选取煤矸石料浆质量分数等10项评价指标作为判定指标,根据各方案的实测值构造单指标测度评价矩阵,同时利用信息熵理论确定指标权重,按照置信度识别准则和优越度排序,最后得到各方案的超远距离输送管道堵塞风险性程度。结果表明:管道输送距离为8 km,质量分数分别为53%、61%、67%,以及管道输送距离为6.7 km、质量分数为61%的煤矸石料浆方案的管道堵塞风险性程度分别为小(Ⅳ级)、一般(Ⅲ级)、大(Ⅱ级)、一般(Ⅲ级)。研究为准确预测充填料浆超远距离输送的可靠性提供了一种方法。 展开更多

关键词 安全工程 超远距离 管道堵塞 未确知测度 风险评估

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热损伤花岗岩能量演化机制及损伤本构模型 被引量：2

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作者 赵奎 李从明 +3 位作者 曾鹏 熊良锋 龚囱 黄震 《金属矿山》 CAS 北大核心 2024年第11期45-54,共10页

对25、200、400、600、800℃处理后的花岗岩开展单轴压缩试验,研究了温度变化对花岗岩力学性质、能量演化机制的影响,并建立了不同温度处理后的花岗岩损伤本构模型。研究结果表明:温度由25℃增加至800℃时,花岗岩峰值应力和弹性模量逐... 对25、200、400、600、800℃处理后的花岗岩开展单轴压缩试验,研究了温度变化对花岗岩力学性质、能量演化机制的影响,并建立了不同温度处理后的花岗岩损伤本构模型。研究结果表明:温度由25℃增加至800℃时,花岗岩峰值应力和弹性模量逐渐减小,峰值应变逐渐增加,花岗岩逐渐由脆性向延性转变。高温后花岗岩能量演化曲线具有相似性,峰前弹性能逐渐增大,耗散能先增大后减小,峰后弹性能急剧减小,耗散能突增。峰值应力处花岗岩总能量和弹性能随温度增加呈先增大后减小的规律,耗散能随温度增加逐渐增大。弹性能耗比变化反映了热损伤花岗岩损伤变形阶段的转变,随着温度增加,热损伤花岗岩压密阶段占比增加,弹性和塑性变形阶段占比降低,峰后阶段占比增加。通过弹性能耗比识别了热损伤花岗岩应力—应变曲线压密阶段,并基于损伤力学和Weibull统计分布理论建立了考虑压密阶段热损伤花岗岩分段本构模型,该模型理论值与试验值具有良好的一致性,能够准确描述热损伤花岗岩的变形破坏过程。 展开更多

关键词 热损伤 力学性质 能量演化 弹性能耗比 本构模型

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