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基于煤样主控裂隙尺度筛选的等效DFN模型构建 被引量:1
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作者 郎丁 张子鑫 +4 位作者 伍永平 余洋 余建东 武小博 张耀 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第3期435-449,共15页
煤岩体中不同尺度层级的节理交错,分布规律迥异,对其变形破坏特征有重要影响。筛选对煤岩力学行为起主控作用的裂隙尺度层级并在该尺度基础上进行随机节理网络模型(Discrete Fracture Network,DFN)构建,在保证数值计算准确性的同时降低... 煤岩体中不同尺度层级的节理交错,分布规律迥异,对其变形破坏特征有重要影响。筛选对煤岩力学行为起主控作用的裂隙尺度层级并在该尺度基础上进行随机节理网络模型(Discrete Fracture Network,DFN)构建,在保证数值计算准确性的同时降低冗余裂隙尺度对模型构建及计算机算力的影响,可为提升岩石力学数值计算效能提供新的途径。基于CT扫描与图像处理技术,提取煤样三维裂隙结构及其几何特征参数,嵌入RFPA^(3D)-CT进行单轴加载数值分析并与试件的单轴压缩试验结果进行比对,确定了煤样数值模型的细观力学参数,进一步逐级筛选出对煤样力学行为起主要控制作用的裂隙尺度层级。在此基础上,运用Baecher模型和Monte-Carlo随机模拟理论,依据主控裂隙的几何分布特征构建等效DFN模型,并通过数值模拟计算对模型的有效性进行验证。研究结果表明:研究煤体试件样本的主控裂隙尺度(迹长)不小于14 mm,对该尺度以上的裂隙与对该尺度及以上裂隙进行删减的模型相较,破坏形态由“2”型转为斜“1”型,破坏峰值强度升高了61.79%,该尺度以上裂隙的存在与否对试件模型的数值计算结果起到决定性的控制作用。基于试件的主控裂隙尺度构建了等效DFN模型,其节理几何特征与基于CT扫描的真实裂隙各项几何特征参数基本一致,其平均误差为5.16%,等效DFN模型在单轴加载作用下表现出的力学性质与CT扫描后6组全裂隙模型相对吻合,两者峰值强度平均误差为13.41%,破坏计算时步的计算效率提升了14.59%。 展开更多
关键词 CT扫描 阈值分割 裂隙几何统计 主控裂隙尺度 随机节理网络模型
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瑞能煤矿区段煤柱中巷支护技术 被引量:5
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作者 贠东风 李尚明 +6 位作者 苏普正 杜强 解盘石 周志群 邢太军 袁红平 余建东 《西安科技大学学报》 CAS 2012年第4期434-438,458,共6页
在瑞能煤业有限责任公司采空区留下的相临的2条块区段煤柱中间试掘运输巷和回风巷(简称区段煤柱中巷)。由于2条巷道均出现压力大,造成巷道难以支护,影响正常掘进。以该矿区段煤柱中巷支护为工程背景,采用三维有限差分法数值计算软件(FLA... 在瑞能煤业有限责任公司采空区留下的相临的2条块区段煤柱中间试掘运输巷和回风巷(简称区段煤柱中巷)。由于2条巷道均出现压力大,造成巷道难以支护,影响正常掘进。以该矿区段煤柱中巷支护为工程背景,采用三维有限差分法数值计算软件(FLAC3D)分析巷道掘出后围岩的应力场和位移场并对不同支护方式巷道的变形破坏机理进行对比性模拟,并根据模拟实验结果制定支护方案,为区段煤柱中巷支护方案的优化确定提供科学依据。 展开更多
关键词 区段煤柱中巷 巷道支护 三维有限差分法数值计算软件(FLAC3D)
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区段煤柱中巷底鼓机理研究 被引量:3
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作者 贠东风 杜强 +2 位作者 苏普正 周志群 邢太军 《煤炭工程》 北大核心 2013年第3期68-70,共3页
根据瑞能煤矿的煤层地质条件,以该矿井2号煤层两侧为长壁采空区的区段煤柱正中间所掘的巷道为工程背景,采用物理相似模拟实验方法及数值模拟计算,得出区段煤柱中巷底鼓机理为区段煤柱上方的倒三角覆岩的巨大支承压力在煤柱中积聚的能量... 根据瑞能煤矿的煤层地质条件,以该矿井2号煤层两侧为长壁采空区的区段煤柱正中间所掘的巷道为工程背景,采用物理相似模拟实验方法及数值模拟计算,得出区段煤柱中巷底鼓机理为区段煤柱上方的倒三角覆岩的巨大支承压力在煤柱中积聚的能量,掘巷形成开槽释能,加剧底鼓。 展开更多
关键词 区段煤柱 巷道 底鼓 相似模拟实验 数值模拟
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相似模拟三维数字散斑方法研究与应用 被引量:1
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作者 伍永平 孙明明 +5 位作者 郎丁 杨玉冰 曹建利 闫壮壮 余洋 余建东 《煤炭工程》 北大核心 2022年第9期92-98,共7页
为解决现有测量方法存在的问题,如全站仪无法获得模型全场变形,2D-DIC无法满足实验对空间测量的需求等,提出模型整体三维数字散斑(3D-DIC)结合直接顶局部全站仪的测量手段,并将其应用于相似模拟实验中,分析2D-DIC由于离面位移产生的理... 为解决现有测量方法存在的问题,如全站仪无法获得模型全场变形,2D-DIC无法满足实验对空间测量的需求等,提出模型整体三维数字散斑(3D-DIC)结合直接顶局部全站仪的测量手段,并将其应用于相似模拟实验中,分析2D-DIC由于离面位移产生的理论误差,并对3D-DIC系统测量精度进行校验,进一步详细分析岩层沉降误差及位移演化规律。研究结果表明:2D-DIC测量误差与岩层偏转角度、光轴偏移角度呈正相关,产生误差的根本原因是由于离面位移导致散斑点在相机成像面上的位置发生变化;3D-DIC系统测量误差随岩层变形破坏程度加剧而增大,针对直接顶辅以全站仪测量进行插值拟合计算,最大相对误差为6.2%,满足相似模拟实验精度要求;3D-DIC系统能有效监测裂隙发育周期性演变特征。提出的方法操作简易,效率高又能达到较高精度,结合压力传感器测量系统实现了岩层破坏形态、位移场与采动应力场互馈监测。 展开更多
关键词 三维数字散斑 离面位移 沉降误差 离层裂隙 相似模拟
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大倾角综放开采顶煤极限平衡状态界面位置 被引量:3
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作者 郎丁 武小博 余建东 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2021年第5期825-835,共11页
为确定大倾角煤层长壁综放工作面顶煤极限平衡状态的形成位置,指导该类采场顶煤与支架的相互作用关系分析,以长山子1125工作面为研究对象,采用数值分析、连续介质损伤力学分析、物理相似材料模拟实验相结合的研究方法,对顶煤的渐进损伤... 为确定大倾角煤层长壁综放工作面顶煤极限平衡状态的形成位置,指导该类采场顶煤与支架的相互作用关系分析,以长山子1125工作面为研究对象,采用数值分析、连续介质损伤力学分析、物理相似材料模拟实验相结合的研究方法,对顶煤的渐进损伤过程与应力边界,极限平衡状态的宏观等效损伤表征方法,大倾角长壁综放采场覆岩“关键域”层位影响下顶煤极限平衡状态界面沿倾斜方向的展布形态进行了研究。结果表明:支承压力峰值处顶煤内部的细观裂隙加速贯通为宏观裂隙,损伤累积开始加速,是顶煤极限平衡状态的起始边界;长山子1125工作面顶煤极限平衡状态界面处的宏观等效损伤D L=0.16;在不同覆岩“关键域”层位高度控制作用下,顶煤极限平衡状态界面分布在煤壁前方1.96~3.90 m,沿工作面倾斜方向呈“中上部距煤壁最远、中部次之,上下端头最近“的非对称展布。工作面端面顶煤的漏冒次数与倾斜方向支架工作阻力分布统计结果验证了顶煤极限平衡状态界面展布形态的合理性。 展开更多
关键词 综放开采 极限平衡 宏观等效损伤 大倾角煤层 覆岩“关键域”
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切顶卸压沿空留巷碎石巷帮控制技术及应用 被引量:54
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作者 朱珍 张科学 袁红平 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2018年第3期25-32,共8页
基于切顶卸压沿空留巷无煤柱开采技术原理,分析了切顶卸压沿空留巷碎石巷帮的形成机理,建立了沿空留巷围岩结构模型,明确了顶板岩层运动特征;通过结合现场实测数据分析了采空区矸石运动特征,提出了将矸石运动过程划分为两大阶段,即快速... 基于切顶卸压沿空留巷无煤柱开采技术原理,分析了切顶卸压沿空留巷碎石巷帮的形成机理,建立了沿空留巷围岩结构模型,明确了顶板岩层运动特征;通过结合现场实测数据分析了采空区矸石运动特征,提出了将矸石运动过程划分为两大阶段,即快速垮落阶段和缓慢压实阶段,揭示了在矸石不同运动阶段矸石与碎石巷帮支护结构相互作用关系;基于顶板岩层及矸石运动特征提出了"侧向动静结合、纵向伸缩让压"的碎石巷帮控制思路,同时针对不同煤层开采厚度开发了3种不同的碎石巷帮控制结构,形成了切顶卸压沿空留巷无煤柱开采技术碎石巷帮稳定性控制体系,并在现场进行了支护应用,取得了良好的应用效果。 展开更多
关键词 切顶卸压 沿空留巷 无煤柱开采 围岩运动 碎石巷帮 稳定性控制
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切顶卸压无煤柱自成巷顶板下沉分析及控制技术 被引量:42
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作者 朱珍 袁红平 +1 位作者 张科学 高玉兵 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2018年第11期1-7,共7页
为控制切顶卸压无煤柱自成巷顶板下沉,根据切顶卸压无煤柱自成巷技术原理,明确了沿空切顶巷道围岩结构体系演化过程及上覆岩层荷载传递机制;基于顶板岩层运动特征及围岩结构状态,揭示了切顶卸压无煤柱自成巷顶板下沉量主要由基本顶"... 为控制切顶卸压无煤柱自成巷顶板下沉,根据切顶卸压无煤柱自成巷技术原理,明确了沿空切顶巷道围岩结构体系演化过程及上覆岩层荷载传递机制;基于顶板岩层运动特征及围岩结构状态,揭示了切顶卸压无煤柱自成巷顶板下沉量主要由基本顶"给定变形"下沉量和切顶岩层离层量共同组成;通过建立顶板下沉力学模型得到了基本顶"给定变形"下沉的计算式,探讨了其下沉量与切顶高度、开采厚度的影响关系,并针对顶板下沉的主要影响因素提出了相应的控制对策。结合瑞能煤矿117工作面工程地质条件,计算得出沿空切顶巷道切缝侧、实煤体侧顶板下沉量分别为319.5、106.5 mm,与现场实测结果较为吻合。研究结果可为分析切顶卸压无煤柱自成巷围岩运动及其控制提供参考。 展开更多
关键词 切顶卸压 沿空留巷 无煤柱开采 顶板下沉 围岩控制
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