基于随机森林算法的薄煤层工作面开采效能预测研究 被引量：5

1

作者 李伟 刘化广 朱海丽 《中国矿业》 北大核心 2024年第5期109-117,共9页

薄煤层开采环境恶劣,开采效能受井下多种因素影响。为研究各因素对开采效能的影响程度,预测薄煤层开采效能,首先,从130个已开采薄煤层工作面中提取了煤层厚度、工作面长度、煤层平均倾角、煤层硬度、煤层断层、煤层顶底板、煤层水文、... 薄煤层开采环境恶劣,开采效能受井下多种因素影响。为研究各因素对开采效能的影响程度,预测薄煤层开采效能,首先,从130个已开采薄煤层工作面中提取了煤层厚度、工作面长度、煤层平均倾角、煤层硬度、煤层断层、煤层顶底板、煤层水文、煤层夹矸、瓦斯矿井类型、煤层自燃性、煤层稳定性、煤层层状起伏、采煤工艺、工作面月产量和工作面主要装备等15种开采效能影响因素,将其详细划分为20个影响因子;其次,筛选了37个数据较完整的工作面样本,并基于随机森林算法、网格搜索法和3折交叉验证法训练了薄煤层工作面开采效能最优预测模型,其测试集准确率约95.2%,R2为0.924;同时,最优模型绘制了开采效能影响权重图,月产量、采煤机装备、工作面长度和煤层厚度对开采效能影响较大,其他参数影响较小;最后,以双阳煤矿某薄煤层工作面为例,对其开采效能进行预测,并从工作面产量、工人工效和装备利用率三方面对预测值进行理论校验,校验结果在随机森林模型的预测范围内,验证了随机森林开采效能预测模型的可靠性,为薄煤层工作面开采设计提供了一种参考。 展开更多

关键词 薄煤层 开采效能 随机森林算法 智能开采

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考虑力链屈服的垮落体中顶进阻力分析

2

作者 肖福坤 谢锴 +3 位作者 劳志伟 单磊 刘刚 郝传波 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期281-296,共16页

为安全高效的通过顶管法在垮落体中构建应急救援通道,探明顶进阻力的演变机制具有重要意义。通过结合物理相似模拟试验和数值模拟试验,对顶管过程中顶进阻力和垮落体颗粒宏观位移的演变特征进行了分析,并利用三维力链识别方法结合颗粒... 为安全高效的通过顶管法在垮落体中构建应急救援通道,探明顶进阻力的演变机制具有重要意义。通过结合物理相似模拟试验和数值模拟试验,对顶管过程中顶进阻力和垮落体颗粒宏观位移的演变特征进行了分析,并利用三维力链识别方法结合颗粒材料的力链屈服行为对顶进阻力的跌落特征进行了探讨。为进一步确定顶进阻力跌落特征的内在力学机理,选取颗粒堆积厚度、顶管半径、粒径及有效模量为正交因素,开展了针对顶管不同部位的顶管数值模拟试验。并在考虑力链屈服行为的基础上,结合顶进阻力跌落、接触失效、配位数突降、颗粒弹性势能释放和力链长度变化等顶进阻力及颗粒宏细观参数的变化特征进行了研究。结果表明:顶管过程中颗粒的宏观位移主要集中在顶管切口斜上方,且颗粒内存在较明显、连续的剪切滑移带,顶管阻力的跌落现象与局部范围内的颗粒失稳滑移和力链屈服行为相关联;顶进阻力跌落频率与管径和有效模量呈正相关关系,与颗粒厚度和粒径呈负相关关系,顶管切口试验的跌落频率明显大于顶管外壁试验,且顶进阻力的循环上升-跌落特征具有较高的相似性;力链长度及力链有效长度随着上覆颗粒厚度及粒径的增加而增加,扩大了力链影响范围,并进一步导致屈服接触分布范围、配位数变化幅度、力链压曲变形程度及弹性势能增加幅度的增加;垮落体在顶推作用下的力链屈服和解卡滑移,是颗粒内弹性势能释放、长力链分解的主要原因;顶管上方沿剪切面错动的颗粒在重力引导下的迅速失稳、跌落和堆积,是导致该部分颗粒弹性势能释放对顶管阻力整体影响较小的原因。 展开更多

关键词 顶管 顶进阻力 力链屈服 救援通道 垮落体

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非均匀应力下含不同缺陷形态砂岩损伤破坏特征及能量演化规律

3

作者 刘刚 王盛旋 +1 位作者 王冬伟 昝永龙 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第5期226-242,共17页

为探索非均匀应力对岩石损伤破坏的影响及分区演化规律,对含缺陷砂岩在非均匀应力作用下的力学响应特征与能量演化规律进行研究,剖析非均匀应力作用下岩石的强度与变形特性,结合声发射特征参数与岩石破坏形态,深入分析不同缺陷形态砂岩... 为探索非均匀应力对岩石损伤破坏的影响及分区演化规律,对含缺陷砂岩在非均匀应力作用下的力学响应特征与能量演化规律进行研究,剖析非均匀应力作用下岩石的强度与变形特性,结合声发射特征参数与岩石破坏形态,深入分析不同缺陷形态砂岩的损伤演化阶段及特征,并探寻全过程的能量转化机制。研究结果表明,低应力区域下应力-应变曲线阶段与试样整体曲线高度契合,砂岩的残余应力波动特征与高、低应力区域曲线高度一致;砂岩整体承载能力越高,应力区域间峰值差值越大。高应力区域圆形缺陷砂岩峰值处呈现低应力高变形,梯形与矩形缺陷砂岩峰值处呈现高应力低变形;低应力区域初期变形场易交叉,梯形缺陷砂岩径向变形最大,圆形缺陷砂岩轴向变形最.大、矩形缺陷砂岩最小。高应力区域应变曲线“内收”,低应力区域“外扩”。矩形和圆形缺陷砂岩声发射振铃计数呈“先增后减再增”趋势,梯形缺陷砂岩则呈“持续上升、多点突增”趋势,整体呈“密集-稀疏-再密集”变化特征。初始阶段矩形缺陷形态砂岩产生较多剪切裂纹,圆形和梯形缺陷砂岩较少,并随着应力的增加,3种缺陷形态试样中剪切裂纹呈现增长趋势,砂岩破裂模式以剪切破坏为主。高应力区域剪切裂纹数量多且易形成连通裂纹,低应力区域裂纹较少且多为拉伸裂纹。高应力区域“效能”占比高于低应力区域,低应力区域弹性变形能占比高于高应力区域,其中含圆形缺陷砂岩最为显著。高应力区域耗散能稳定增长,低应力区域增长减缓;耗散能积聚曲线在高应力区域呈“加速、匀速、减速”趋势,低应力区域耗散能呈“先加速后减速再加速”趋势。研究成果为非均匀应力条件下围岩控制提供了一定的基础。 展开更多

关键词 非均匀应力 缺陷形态 声发射 变形破坏 能量演化

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考虑相态的垮落体材料细观参数标定方法研究——以平行黏结模型为例 被引量：2

4

作者 肖福坤 谢锴 +2 位作者 顾缘 刘刚 郝传波 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期13-24,共12页

基于散体力学和散体的实验室常规试验,在考虑垮落体开挖过程中煤岩颗粒呈现的多相态特征的基础上,提出结合剪切试验和颗粒柱坍塌试验的宏细观参数关系标定试验和标定方法,以颗粒流程序(particleflowcode,简称PFC)线性接触模型为例对标... 基于散体力学和散体的实验室常规试验,在考虑垮落体开挖过程中煤岩颗粒呈现的多相态特征的基础上,提出结合剪切试验和颗粒柱坍塌试验的宏细观参数关系标定试验和标定方法,以颗粒流程序(particleflowcode,简称PFC)线性接触模型为例对标定试验中的各类宏细观参数关系进行了分析,并结合垮落体中救援通道开挖的相似模拟和数值模拟试验对标定方法进行了验证。结果表明:(1)剪切试验和颗粒柱坍塌试验能分别有效地反映垮落体结构在准静态流状态下的剪切破坏和垮落体在快速流状态下碰撞时的能量演变;(2)物理参数和力学参数中,摩擦系数和局部阻尼分别对处于准静态流的剪切试验和处于快速流的颗粒柱坍塌试验起主要影响作用,颗粒形态对两者的影响作用则相近且不能忽略;(3)在结合各细观参数对标定试验宏观参数的影响上,提出结合相态分析和权重分析,在确定各相态主导细观参数的基础上快速实现且满足各相态的细观参数标定;(4)采用剪切试验和颗粒柱坍塌试验标定的垮落体中救援通道开挖的数值模拟结果与相似模拟试验结果具有较高的一致性,验证了考虑相态的标定方法在垮落体研究上的可行性。 展开更多

关键词 参数标定 散体 相态 剪切试验 颗粒柱坍塌试验

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基于连通性阈值分割的煤岩裂隙识别方法 被引量：3

5

作者 肖福坤 刘欢欢 单磊 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第8期127-134,共8页

煤岩裂隙发育形态是影响煤岩渗透性、决定煤岩体力学特征的重要因素。针对煤岩裂隙识别过程中存在的复杂结构处理不当、裂隙边界特征保留不足、噪声干扰等问题,提出了一种基于连通性阈值分割的煤岩裂隙识别方法。首先,采用直方图均衡化... 煤岩裂隙发育形态是影响煤岩渗透性、决定煤岩体力学特征的重要因素。针对煤岩裂隙识别过程中存在的复杂结构处理不当、裂隙边界特征保留不足、噪声干扰等问题,提出了一种基于连通性阈值分割的煤岩裂隙识别方法。首先,采用直方图均衡化增强算法和非局部均值滤波去噪算法对图像进行预处理,其次,利用自适应Otsu阈值分割确定预处理后图像的阈值,识别出可能的裂隙区域,应用形态学运算对这些区域进行精细化处理,进一步突出裂隙的边界特征。然后,通过Canny边缘计算提取种子点,以识别图像中的关键特征。最后,基于这些种子点进行区域生长操作,从而有效抑制噪声,并在平滑图像裂隙的同时更加清晰地突出裂隙信息。实验结果表明:①连通性阈值分割的均方误差较自适应Otsu阈值分割和自适应阈值分割分别平均减少了7.20,7.10 dB,连通性阈值分割的峰值信噪比较自适应Otsu阈值分割和自适应阈值分割分别平均提高了0.60,0.59 dB。②连通性阈值分割不仅有效解决了裂隙提取不明显、末端提取效果差及连接处特征消失的问题,而且显著减少了噪声的干扰,使裂隙特征变得更加突出,从而极大地提高了裂隙识别的准确性和完整性。③连通性阈值分割在自适应Otsu阈值分割的基础上,强化了裂隙特征并有效消除了噪声点,平均准确率较自适应阈值分割算法和自适应Otsu阈值分割分别提高了8%和0.8%,达98.9%。 展开更多

关键词 煤岩裂隙识别 连通性阈值分割 自适应Otsu阈值分割 形态学运算 Canny边缘计算 区域生长

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基于Otsu图像处理的岩石细观模型重构及数值试验 被引量：19

6

作者 尹延春 赵同彬 +1 位作者 谭云亮 于凤海 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第9期2532-2540,共9页

基于大津法(Otsu)多阈值分割方法,利用数字图像处理技术获取了花岗岩细观结构的表征图像,并结合颗粒流程序,重构了反映岩石非均质结构特征的细观模型。通过单轴压缩试验,分析了花岗岩的失稳破坏过程,并研究了细观结构强度对宏观强度及... 基于大津法(Otsu)多阈值分割方法,利用数字图像处理技术获取了花岗岩细观结构的表征图像,并结合颗粒流程序,重构了反映岩石非均质结构特征的细观模型。通过单轴压缩试验,分析了花岗岩的失稳破坏过程,并研究了细观结构强度对宏观强度及破坏形态的影响。研究发现:花岗岩试件失稳破坏过程中存在4种裂纹形式,加载初期首先产生界面裂纹,其次是云母裂纹,长石和石英在应力接近极限强度时才破坏;当增大胶结界面或矿物强度时,花岗岩的抗压强度随之增加,但增加梯度逐渐减小;胶结界面或3种矿物细观强度的增大会使该结构处裂纹数量减小,而增加其他结构处的裂纹分布;相对于中等强度的长石和高强度的石英,低强度的胶结界面和云母矿物对花岗岩宏观强度和破坏形态的影响较大,是关键细观结构。将Otsu图像处理技术与颗粒流程序相结合,建立反映岩石真实结构的细观模型,为研究岩石非均质性对宏观力学特性的影响提供了一种有效手段。 展开更多

关键词 数字图像处理 细观结构 OTSU 颗粒流程序 强度

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油页岩原位热解孔隙结构演化的低温氮吸附分析 被引量：10

7

作者 刘志军 杨栋 +1 位作者 胡耀青 邵继喜 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2018年第5期737-742,共6页

孔隙结构是油页岩的一个重要特征,直接影响油页岩内的传热效率与油气流动行为。为分析油页岩孔隙结构在热解过程中的演化规律,采用热重分析与低温氮气吸附(LTNA)手段,定量分析了压力及不同热解终温下油页岩孔隙结构特征。结果表明:抚顺... 孔隙结构是油页岩的一个重要特征,直接影响油页岩内的传热效率与油气流动行为。为分析油页岩孔隙结构在热解过程中的演化规律,采用热重分析与低温氮气吸附(LTNA)手段,定量分析了压力及不同热解终温下油页岩孔隙结构特征。结果表明:抚顺油页岩的有机质降解阶段为350~540℃,干酪根分解与沥青的二次分解在同一温度区间完成,没有明显的两阶段过程。以有机质热解起始温度350℃为界,孔隙结构与类型发生重大改变。低于该温度时以墨水瓶型孔为主,高于该温度时以狭缝型孔为主,有机质热解对油页岩孔隙类型的变化起控制作用。油页岩孔隙结构演化涉及复杂的物化过程,是有机质、热解产物与无机矿物共同作用的结果,有机质的热解使比表面积与孔体积产生大幅增加,研究结果可作为油页岩原位开采的有益参考。 展开更多

关键词 矿业工程 油页岩 原位热解 孔径分布 低温氮吸附

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循环载荷下煤样力学特性和损伤演化规律试验研究 被引量：13

8

作者 刘刚 肖福坤 +5 位作者 秦涛 迟学海 蒋元男 于涵 侯志远 赵荣欣 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2018年第2期131-137,共7页

为探索循环应力下煤样的力学特征和损伤演化规律,利用TAW-2000压力机和SH-Ⅱ声发射系统对煤样进行循环载荷试验。结果表明:随着循环峰值应力的增加,循环峰值轴向应变、径向应变和塑性变形均呈线性增长。煤样破碎成多个块体且形状各异。... 为探索循环应力下煤样的力学特征和损伤演化规律,利用TAW-2000压力机和SH-Ⅱ声发射系统对煤样进行循环载荷试验。结果表明:随着循环峰值应力的增加,循环峰值轴向应变、径向应变和塑性变形均呈线性增长。煤样破碎成多个块体且形状各异。随着循环应力的增大,曲线出现明显的迁移效应。随着循环峰值应力增大,体应变不断增长且呈现离散-密集-离散的特征。通过弹性模量大幅度变化和达到峰值可以一次和二次预判煤样的破断;通过泊松比波动和稳定增长可以一次和二次预判煤样的破断。随着循环应力的增大,声发射计数在不断增大。第7次循环后声发射计数增长较快,煤样进入明显的塑性阶段。循环加卸载前期损伤程度较低,呈现缓慢增长的趋势,当达到塑性分界点时,损伤变量呈现台阶式增长。加载阶段声发射能量增长趋势为先缓慢后快速再极速,卸载阶段声发射能量增长较缓慢且平稳,通过声发射能量的异常增长也可预判煤样即将失稳破坏。加卸载响应比分为典型的4个阶段,整体呈现"U"型变化。 展开更多

关键词 循环应力 破裂形态 声发射 损伤演化规律

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应用地质雷达和钻孔窥视研究顶板裂隙分布规律 被引量：7

9

作者 郝传波 张帅帅 +1 位作者 肖福坤 李岩 《中国矿业》 北大核心 2016年第6期95-99,共5页

为了测定顶板岩体的结构及破坏情况,给巷道顶板支护设计提供可靠的理论依据。结合现场的实际情况,采用pulseEKKO PRO型地质雷达和钻孔窥视联合测定顶板裂隙分布规律,充分发挥地质雷达探测与钻孔窥视的优势互补作用。钻孔窥视可直观反映... 为了测定顶板岩体的结构及破坏情况,给巷道顶板支护设计提供可靠的理论依据。结合现场的实际情况,采用pulseEKKO PRO型地质雷达和钻孔窥视联合测定顶板裂隙分布规律,充分发挥地质雷达探测与钻孔窥视的优势互补作用。钻孔窥视可直观反映顶板岩体的不连续面（如层理、节理、裂隙）,受现场条件影响最大钻孔深度仅4m;地质雷达精确探测距离为0~10m,可延伸至钻孔窥视盲区,对围岩裂隙不能精确描述。监测结果表明：通过分析地质雷达波形图可知结构异常区域分布在3.5m和6.3m范围内,分析钻孔窥视输出图像得到孔壁3.5m附近岩体破碎、破坏较严重,对比分析可以确定此处有顶板离层现象。由此可见,用地质雷达探测顶板岩体的结构及破坏是可行的,二者的结合既可宏观判断围岩裂隙范围,也可细观观察围岩破碎情况及裂隙方向。 展开更多

关键词 围岩裂隙 地质雷达 钻孔窥视 围岩支护 电磁波

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点载荷作用下岩石塑性特征及分类 被引量：6

10

作者 刘刚 肖福坤 +5 位作者 郭志彪 迟学海 蒋元男 于涵 侯志远 赵荣欣 《科学技术与工程》 北大核心 2018年第2期217-222,共6页

为了研究不同种类岩石在点载荷作用下塑性特征,通过室内实验测定了花岗岩、细砂岩、黄砂岩、玄武岩、粉砂岩、红砖在点载荷作用下位移-载荷曲线,得到了6种类岩石力学特性和塑性特征。粉砂岩、红砖和玄武岩的强度接近;黄砂岩、花岗岩和... 为了研究不同种类岩石在点载荷作用下塑性特征,通过室内实验测定了花岗岩、细砂岩、黄砂岩、玄武岩、粉砂岩、红砖在点载荷作用下位移-载荷曲线,得到了6种类岩石力学特性和塑性特征。粉砂岩、红砖和玄武岩的强度接近;黄砂岩、花岗岩和细砂岩强度呈现线性增大,且与刚度变化趋势相一致。随着强度的增加,变形呈现先急剧增长后缓慢下落的特点。根据曲线规律对岩石进行分类和分级,黄砂岩、粉砂岩、玄武岩和红砖均属于脆塑性岩石;玄武岩为塑性岩石,细砂岩为脆性岩石。通过塑性系数对岩石进行分类,细砂岩为脆性岩石,级别为1级,塑性系数为1;玄武岩为塑性岩石,级别为6级,塑性系数为6~∞;花岗岩塑性<黄砂岩塑性<粉砂岩塑性<红砖塑性。岩石越致密越均质,弹脆性越好;孔隙越多越离散,塑性变形越明显。 展开更多

关键词 点载荷 塑性特征 岩石破裂 力学特征 岩石分类

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基于Z-P准则的煤巷围岩稳定性数值模拟研究 被引量：2

11

作者 张玉宝 赵同彬 +1 位作者 谭云亮 黄娜 《山东科技大学学报（自然科学版）》 CAS 2014年第2期75-80,共6页

通过FLAC3D所提供的二次开发程序接口,利用VC++6.0程序语言编写了Z-P准则的计算程序,成功实现Z-P准则的FLAC3D二次开发。采用开发的Z-P准则和FLAC3D内置的M-C准则对木城涧煤矿二槽煤层锚固支护巷道进行数值模拟,并对巷道围岩的塑性破坏... 通过FLAC3D所提供的二次开发程序接口,利用VC++6.0程序语言编写了Z-P准则的计算程序,成功实现Z-P准则的FLAC3D二次开发。采用开发的Z-P准则和FLAC3D内置的M-C准则对木城涧煤矿二槽煤层锚固支护巷道进行数值模拟,并对巷道围岩的塑性破坏区、位移及应力分布规律进行对比分析。结果表明:Z-P准则计算的塑性破坏区、位移比M-C准则的计算结果偏小,应力比M-C准则偏大,但应力集中现象相对不明显,总体分布规律基本一致。将模拟结果与现场钻孔探测数据进行对比可知,Z-P准则计算的结果更接近现场实际。 展开更多

关键词 Z—P准则 FLAC^3D二次开发 煤巷围岩 数值模拟

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考虑损伤因子的岩石蠕变全过程模型研究 被引量：6

12

作者 肖福坤 王厚然 +4 位作者 刘刚 尹鹏帅 侯志远 成乾龙 赵吴昊 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第S02期322-327,共6页

蠕变损伤破坏是岩石的主要破坏形式之一,而一般性元件只能有效的模拟蠕变的前两个阶段,对加速蠕变阶段不能较好的模拟出来,基于加速阶段是探索煤岩体损伤破坏前兆标志,为此开展考虑损伤因子的蠕变加速阶段研究。利用Kachanov损伤理论建... 蠕变损伤破坏是岩石的主要破坏形式之一,而一般性元件只能有效的模拟蠕变的前两个阶段,对加速蠕变阶段不能较好的模拟出来,基于加速阶段是探索煤岩体损伤破坏前兆标志,为此开展考虑损伤因子的蠕变加速阶段研究。利用Kachanov损伤理论建立以时间变量表示的岩石损伤表达式,通过把岩石的蠕变视为线性与非线性的蠕变过程的叠加,进而将引进以时间变量的损伤体与Poyting-Thomson元件串联,建立含损伤因子的岩石损伤表达式蠕变本构模型,随后将理论推导的蠕变本构方程,采用分级(单级)两种加载方式的试验曲线进行拟合,从而确定模型参数,进而模拟岩石蠕变全过程。研究结果表明:运用推导出的蠕变本构方程对砂岩的分级加载试验曲线进行拟合,确定了模型参数,证明了模型的合理性。通过把长山岩盐、砂岩、大理石硬度进行划分,进而将3种不同硬度的岩石进行拟合曲线对比分析,得出了含损伤因子的蠕变本构模型模拟软岩加速蠕变曲线阶段前期吻合性较好,而模拟硬岩加速蠕变曲线后期吻合性较好,综合3种岩石的加速蠕变模拟曲线以及试验曲线,得出拟合的加速蠕变曲线基本吻合,且参数少,易于确定,元件不复杂。证明了本文模型能较好的模拟出软、中硬、硬岩的加速蠕变阶段,体现出模型的全能性与实用性。 展开更多

关键词 稳定蠕变 加速蠕变 损伤体 蠕变模型 本构方程

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岩体中孔与裂纹贯通破坏模式图形判别法

13

作者 王述红 张雨浓 +1 位作者 黄立夫 肖福坤 《东北大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期705-709,共5页

为研究工程岩体贯通破坏过程岩体裂纹起裂贯通机制,预制了以岩桥倾角为变量的红砂岩试块用单轴压缩的加载方式进行实验,并且通过数值模拟进行验证.首先总结了含单裂纹与单孔红砂岩岩石试块破坏的4种断裂模式,然后首次定义了塑性核心区... 为研究工程岩体贯通破坏过程岩体裂纹起裂贯通机制,预制了以岩桥倾角为变量的红砂岩试块用单轴压缩的加载方式进行实验,并且通过数值模拟进行验证.首先总结了含单裂纹与单孔红砂岩岩石试块破坏的4种断裂模式,然后首次定义了塑性核心区半径、塑性延展区长度,并用它们表征单孔半径(或裂纹长度、倾角)与塑性破坏区域的大小,发现塑性破坏区的贯通与试块的贯通断裂具有很好的对应关系,最后提出通过作图判断岩石裂纹贯通断裂的判别方法.模拟结果验证了所提破坏模式判别方法的正确性,与类似物理实验结果具有一致性. 展开更多

关键词 岩石力学 单轴压缩 贯通 断裂模式 判别方法

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西部弱胶结砂岩循环载荷作用下塑性应变能变化规律 被引量：22

14

作者 赵永川 杨天鸿 +5 位作者 肖福坤 汪泓 刘刚 郑喜 周靖人 申志亮 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第8期1813-1819,共7页

通过不同应力路径下的三轴循环加卸载实验,对中国西部矿区中不同粒径弱胶结砂岩的塑性应变能和塑性变形变化规律进行了研究。实验结果表明,加载路径对砂岩的塑性应变能及塑性变形特征有显著影响;在加载过程中,粗砂,中砂,细砂储存的塑性... 通过不同应力路径下的三轴循环加卸载实验,对中国西部矿区中不同粒径弱胶结砂岩的塑性应变能和塑性变形变化规律进行了研究。实验结果表明,加载路径对砂岩的塑性应变能及塑性变形特征有显著影响;在加载过程中,粗砂,中砂,细砂储存的塑性应变能以及累计速度依次递减,并且塑性应变能随应力增大按指数规律变化;各加卸载周期内储存的塑性应变能随加卸载次数及应力的增大呈"U"字形变化,即初始阶段由于孔隙裂隙压密,会储存较多塑性应变能;弹性阶段变形源于晶格弹性压缩,卸载时可以恢复,储存的塑性应变能较少;屈服阶段由于破裂面滑移也会储存较多塑性应变能;轴向和径向残余应变随应力增大呈指数形式增长,并且径向残余应变增长速度大于轴向;残余应变与塑性应变能变化规律不同,塑性应变能更能真实反映岩石在受载过程中的状态变化。 展开更多

关键词 弱胶结砂岩 循环加载 塑性应变能 残余应变 粒径

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弹性波在中粒砂岩内传播衰减特性分析 被引量：11

15

作者 赵永川 杨天鸿 +3 位作者 肖福坤 张鹏海 于庆磊 刘刚 《振动．测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2018年第2期285-291,共7页

为研究弹性波在岩石介质传播过程中的衰减特性,利用超声波传感器监测弹性波在中粒砂岩圆柱体内传播不同距离后的波形变化特征,通过频谱转换、数理统计、曲线拟合分析了特征参数的变化规律。研究表明:弹性波信号经滤波模数转化后,频率在1... 为研究弹性波在岩石介质传播过程中的衰减特性,利用超声波传感器监测弹性波在中粒砂岩圆柱体内传播不同距离后的波形变化特征,通过频谱转换、数理统计、曲线拟合分析了特征参数的变化规律。研究表明:弹性波信号经滤波模数转化后,频率在100~500kHz的信号随着传播距离的增大,时域波形图和频谱图在振幅上都出现了衰减趋势,且信号中高频成分比低频成分衰减显著。频谱重心频率随传播距离增大按照线性趋势降低,变化趋势比主频稳定,更能全面反映信号的频率衰减特征,采用波形对比法得到的弹性波在中粒砂岩内传播的衰减系数为0.016dB/cm。在实验室尺寸范围内,绝对能量按照负指数规律衰减最为显著,幅值和振铃计数出现稳定线性衰减趋势,而上升时间有增加的趋势。波形参数的衰减趋势和敏感程度对于现场微震和室内声发射试验由传感器信号反演破裂源特征有一定的指导作用。 展开更多

关键词 弹性波 衰减 频谱 特征参数 中粒砂岩

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高温花岗岩遇水冷却后孔隙结构及渗透性研究 被引量：19

16

作者 靳佩桦 胡耀青 +2 位作者 邵继喜 刘志军 胡跃飞 《太原理工大学学报》 CAS 北大核心 2019年第4期478-484,共7页

为研究20~600℃花岗岩遇水冷却后孔隙特征及渗透率变化规律,采用压汞法测试了样品的孔隙结构特征,采用瞬态脉冲衰减法测试了样品的渗透率,并将实测的渗透率与基于Katz-Thompson模型(简称"K-T模型")计算所得的渗透率进行了对... 为研究20~600℃花岗岩遇水冷却后孔隙特征及渗透率变化规律,采用压汞法测试了样品的孔隙结构特征,采用瞬态脉冲衰减法测试了样品的渗透率,并将实测的渗透率与基于Katz-Thompson模型(简称"K-T模型")计算所得的渗透率进行了对比分析。结果表明:随着花岗岩温度的升高,遇水冷却后花岗岩的孔隙率及渗透率均呈现指数式增加,500~600℃是花岗岩遇水冷却后孔隙率及渗透率变化的阈值温度区间;高温花岗岩遇水冷却后形成的内部新孔隙以中孔为主,中孔含量的增加是花岗岩孔隙率及渗透率大幅提升的主要原因;基于K-T模型的渗透率预测值能够较好地反映真实渗透率的变化趋势。研究结果可为高温岩体地热开发工程的设计及施工提供参考。 展开更多

关键词 干热岩 高温岩石 花岗岩 遇水冷却 压汞法 渗透率 孔隙特征 地热开发

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考虑水压影响的M-C准则修正及数值模拟 被引量：4

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作者 张明璐 赵同彬 姚旺 《山东科技大学学报（自然科学版）》 CAS 2015年第2期19-24,共6页

地下水对岩体工程的稳定性具有重要影响。基于岩石有效应力原理修正M-C准则,以FLAC3D中的M-C模型为基础,推导修正模型H-M-C中的拉应力屈服函数,剪切、拉伸势函数,实现该模型的FLAC调用。分别采用M-C模型与H-M-C模型进行巷道稳定性的数... 地下水对岩体工程的稳定性具有重要影响。基于岩石有效应力原理修正M-C准则,以FLAC3D中的M-C模型为基础,推导修正模型H-M-C中的拉应力屈服函数,剪切、拉伸势函数,实现该模型的FLAC调用。分别采用M-C模型与H-M-C模型进行巷道稳定性的数值模拟分析,对比不同水压作用下模型计算结果的差异。结果表明,H-M-C本构模型可以较好地用于水压力作用的数值模拟计算,水压力造成巷道变形增加、塑性区的范围变大,围岩更易发生破裂。 展开更多

关键词 M-C准则 有效应力 水压力 数值计算

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固-气耦合作用下瓦斯抽采钻孔破裂规律研究 被引量：2

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作者 肖福坤 张峰瑞 +2 位作者 刘刚 樊慧强 王一斐 《煤矿开采》 北大核心 2016年第4期123-126,137,共5页

为了减少煤矿瓦斯灾害的发生和提高瓦斯抽采效率,基于岩石力学、流体力学理论,综合考虑复杂应力和瓦斯渗流对钻孔瓦斯抽采的影响,建立了瓦斯抽采钻孔固-气耦合失稳理论模型。通过所建的理论模型,以新兴煤矿相关物理性参数为基础,运用COM... 为了减少煤矿瓦斯灾害的发生和提高瓦斯抽采效率,基于岩石力学、流体力学理论,综合考虑复杂应力和瓦斯渗流对钻孔瓦斯抽采的影响,建立了瓦斯抽采钻孔固-气耦合失稳理论模型。通过所建的理论模型,以新兴煤矿相关物理性参数为基础,运用COMSOL Multiphysics软件进行数值模拟,分析了瓦斯抽采钻孔破裂规律。研究结果表明:随着钻孔倾斜角度的变化,在钻孔周围出现不同程度的"羊角"型塑性区;钻孔周围的塑性区随着侧压系数的增大而减少,从x形逐渐变成环形,钻孔受力环境趋于稳定。 展开更多

关键词 固-气耦合 瓦斯抽采 钻孔破裂 数值模拟

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应用ARES-5/E地音系统分析梨树煤矿右三高抽巷冲击危险性 被引量：7

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作者 刘刚 肖福坤 +2 位作者 胡刚 叶青 张强 《煤矿开采》 北大核心 2017年第3期84-88,共5页

为掌握梨树矿右三高抽巷推进过程中岩体所释放的能量、频次和冲击危险性,分析了该巷道的地音数据。研究结果表明:梨树矿右三高抽巷岩体能量释放呈现"高能-低能-高能-低能-高能"的特点,频率呈现"低频-高频-高频-高频-低频... 为掌握梨树矿右三高抽巷推进过程中岩体所释放的能量、频次和冲击危险性,分析了该巷道的地音数据。研究结果表明:梨树矿右三高抽巷岩体能量释放呈现"高能-低能-高能-低能-高能"的特点,频率呈现"低频-高频-高频-高频-低频"的特点。从声发射事件、能量和事件的平均能量可知,距离工作面80m区域之内,相对安全。距离工作面80~170m范围之内,相对较危险。距离工作面170~210m区域,相对危险。通过分析1月2日~8日数据可知,可以提前4~5d预测危险的来临,采取相应的措施,解除危险。 展开更多

关键词 ARES-5/E地音系统 高抽巷 地应力

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某村庄建筑物下条带开采设计及数值模拟分析 被引量：2

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作者 郝传波 赵荣欣 《煤矿开采》 北大核心 2017年第3期72-75,共4页

为安全开采某村庄建筑物下煤炭资源,根据该矿山地质条件和建筑物下煤炭开采要求,依据压力拱理论和三向应力法煤柱设计理论进行计算,得到28号煤层条带开采宽度和保留煤柱宽度,理论计算采出率46.2%,煤柱的安全系数1.89,可以承受上覆岩层... 为安全开采某村庄建筑物下煤炭资源,根据该矿山地质条件和建筑物下煤炭开采要求,依据压力拱理论和三向应力法煤柱设计理论进行计算,得到28号煤层条带开采宽度和保留煤柱宽度,理论计算采出率46.2%,煤柱的安全系数1.89,可以承受上覆岩层施加的载荷,达到设计要求标准。根据理论计算结果和地质参数建立数值模型。模拟结果表明:地表下沉相对均匀,形成一个采空区中部凹陷的盆地,地面最大斜变形i=0.017mm/m,曲率K=-0.15×10-7/m,地表变形控制在Ⅰ级范围内,建筑物轻微损坏。通过模拟验证了该条带开采方案可以有效控制地表沉降和变形,降低开采对建筑损坏。 展开更多

关键词 条带开采 数值模拟 地表移动变形

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