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脉冲泵压环境膏体水分迁移转化与流变行为数值推演

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工程科学学报 2024年第1期46卷 11-22页

作者：夏志远程海勇吴顺川姜关照刘津孙伟刘泽民昆明理工大学国土资源工程学院昆明650093

通过微细观结构分析、低场核磁共振量化研究,科学、准确地描述膏体跨尺度颗粒群存在形态与水分赋存状态,并基于有限元和离散元耦合数值分析方法分析了泵压扰动下膏体颗粒流态演化规律.研究发现,膏体料浆中的吸附水、间隙水和弱自由水存... 详细信息

通过微细观结构分析、低场核磁共振量化研究,科学、准确地描述膏体跨尺度颗粒群存在形态与水分赋存状态,并基于有限元和离散元耦合数值分析方法分析了泵压扰动下膏体颗粒流态演化规律.研究发现,膏体料浆中的吸附水、间隙水和弱自由水存在动态连通与转化行为,并主要以吸附水形式存在,低场核磁共振技术(Low-field nuclear magnetic resonance,LF-NMR)弛豫强度与吸附水峰面积非线性增强,与料浆的流动表现出显著的正相关性.液网结构与絮网结构反映了导水通道的活跃性与力链结构的强度,共同组成了膏体稳定性与流动性的双支撑骨架结构.通过Fluent-EDEM软件耦合模拟,分析了脉冲泵压环境颗粒运动行为,在速度差的影响下高、低流速颗粒冲击扰动加剧,力链接触作用增强,流态均匀性和整体颗粒运动稳定性可有效提高.

关键词：膏体充填脉冲泵压低频核磁水分迁移双骨架结构流变行为

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基于3D卷积神经网络的膏体屈服应力预测

工程科学学报 2024年第8期46卷 1337-1348页

作者：刘泽民程海勇毛明发李在利吴顺川姜关照孙伟刘伟铧昆明理工大学国土资源工程学院昆明650093 云南驰宏锌锗股份有限公司会泽矿业公司曲靖654211 中铝集团玉溪矿业有限公司玉溪653100

膏体流变性能是膏体充填技术重要指标,是金属矿膏体充填工艺流程的重要工程参数.本文提出一种基于3D卷积神经网络的膏体屈服应力预测方法,通过制定图像采集标准并研发图像采集装置采集图像数据集.经Sobel算子实现膏体边缘检测、全图缩... 详细信息

膏体流变性能是膏体充填技术重要指标,是金属矿膏体充填工艺流程的重要工程参数.本文提出一种基于3D卷积神经网络的膏体屈服应力预测方法,通过制定图像采集标准并研发图像采集装置采集图像数据集.经Sobel算子实现膏体边缘检测、全图缩小等预处理,得到膏体图像数据集.采用十折交叉验证方法划分数据集,避免因单次随机划分造成的偶然误差.以膏体图像–屈服应力数据集为基础,利用3D卷积神经网络模型提取膏体纹理特征和时序信息等,又通过引入直方图均衡化算法的图像增强策略减少环境因素干扰,提高模型稳健性.利用预处理后的数据集在3D卷积神经网络模型上做训练和测试,得到模型损失值曲线图和混淆矩阵.将屈服应力模型预测结果进行分析,又引入卷积注意力机制嵌入到卷积神经网络实现模型优化,并对模型参数进行调整,模型预测平均准确率从93.26%提升至98.19%,论证了基于3D卷积神经网络的膏体屈服应力预测方法可行性.经图像增强处理的数据集应用到各模型中,模型预测平均准确率均提升3%以上.相比传统膏体流变测量方式,解决了传统膏体屈服应力测量操作复杂、外部因素扰动大、工程现场难以开展等问题.

关键词：膏体充填流变性能 3D卷积神经网络屈服应力预测

基于组合赋权-物元可拓模型的矿山井下泥石流风险评估及防治

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矿业研究与开发 2024年第9期44卷 158-166页

作者：冯兴隆李争荣吴爱祥程海勇孙伟刘文连张京云南迪庆有色金属有限责任公司云南迪庆市674400 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 昆明理工大学国土资源工程学院云南昆明市650093 中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司云南昆明650051 昆明理工大学公共安全与应急管理学院云南昆明650093

矿山采用自然崩落采矿法开采时,在物源、水源、地质等因素综合影响下易出现井下泥石流灾害。为对高原地区某铜矿井下泥石流进行预防和治理,通过分析降雨—造浆—地表塌陷—通道诱发的井下泥石流灾害链,建立了包含5个一级指标,22个二级... 详细信息

矿山采用自然崩落采矿法开采时,在物源、水源、地质等因素综合影响下易出现井下泥石流灾害。为对高原地区某铜矿井下泥石流进行预防和治理,通过分析降雨—造浆—地表塌陷—通道诱发的井下泥石流灾害链,建立了包含5个一级指标,22个二级指标的风险评估指标体系。首先收集领域专家对指标的重要性评分结果;然后利用熵权法、层次分析法组合计算评价指标权重,通过物元可拓模型评价井下泥石流风险等级及各评价指标风险等级;最后结合各指标的权重均值与物元可拓模型指标评估结果,对高权重、高风险指标进行重点防治。结果表明,该矿山井下泥石流风险等级为较高,其中降雨量、冰碛物块度、应急处置等指标风险程度与权重排名较高,通过提出的防治措施可以降低其风险程度,从而减少井下泥石流的发生,为该矿山井下泥石流防治提供了有效指导。

关键词：矿山井下泥石流风险评估组合赋权物元可拓模型灾害防治

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屈服型非牛顿流体流型演化的几何判别

中国矿业大学学报 2023年第1期52卷 1-9页

作者：吴爱祥李红程海勇北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083 昆明理工大学国土资源工程学院云南昆明650093

为了精准有效识别屈服型流体的流变特征,基于其剪切应力-剪切速率响应关系,从几何学角度提出了流型转换的高效判别方法,并应用微分分析对该判别法的合理性进行了论证,得到了屈服型流体流型转换的普适性判别方法.针对常用的Power-law,Her... 详细信息

为了精准有效识别屈服型流体的流变特征,基于其剪切应力-剪切速率响应关系,从几何学角度提出了流型转换的高效判别方法,并应用微分分析对该判别法的合理性进行了论证,得到了屈服型流体流型转换的普适性判别方法.针对常用的Power-law,Herschel-Bulkley及Robertson-Stiff流变模型,应用该判别法对模型中流动指数的物理含义进行分析,结果表明:Herschel-Bulkley与Robertson-Stiff模型中的流动指数不能独立表征流体的剪切变稀与剪切增稠行为,其还取决于流体的临界剪切速率,这与模型函数求导结果一致.高速剪切下膏体的流变曲线分析结果表明,该判别法相比流动指数具有较高的准确性和适用性.

关键词：剪切变稀剪切增稠屈服应力 Herschel-Bulkley模型 Robertson-Stiff模型

粉煤灰–水泥基膏体微观结构分形表征及动力学特征

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岩石力学与工程学报 2016年第A2期35卷 4241-4248页

作者：程海勇吴爱祥王贻明王洪江王少勇北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083

粉煤灰在促进膏体料浆物相发育及强度增长方面缺乏微观量化指标。通过电镜扫描和能谱分析实验,同时结合分形理论和反应动力学对膏体微观结构进行分析。结果表明:粉煤灰与水泥水化产物结合有利于促进膨胀相钙矾石的生成。在一定范围内,... 详细信息

粉煤灰在促进膏体料浆物相发育及强度增长方面缺乏微观量化指标。通过电镜扫描和能谱分析实验,同时结合分形理论和反应动力学对膏体微观结构进行分析。结果表明:粉煤灰与水泥水化产物结合有利于促进膨胀相钙矾石的生成。在一定范围内,粉煤灰增加,钙矾石相增多,微观结构密实,强度随计盒维数先大幅增长后趋于稳定。当粉煤灰中钙含量过高时,钙矾石过量生成,盒维数表现为先增大后减小,宏观上则表现出强度劣化现象。建立的粉煤灰膏体水化动力学模型将水化过程划分为溶解期、浸润期和凝结硬化期,将凝胶颗粒的发育分解为晶体核化和晶体生长两个过程,并据此求出了凝胶晶体速率增长公式。

关键词：采矿工程膏体充填粉煤灰分形维数水化反应微观结构

基于促凝和缓凝技术的含硫充填体力学损伤调控

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煤炭学报 2019年第S2期44卷 553-559页

作者：程纬华程海勇乔登攀李红昆明理工大学国土资源工程学院云南昆明650093 金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083

中国目前有硫铁矿山900余处,年产硫铁矿石1320万t,硫资源在开发过程中会产生大量含硫尾砂,含硫尾砂在地表堆存时对区域生态形成严重威胁。含硫尾砂井下充填是解决地表堆存污染问题和安全问题的有效途径,但含硫尾砂制备出的充填体往往会... 详细信息

中国目前有硫铁矿山900余处,年产硫铁矿石1320万t,硫资源在开发过程中会产生大量含硫尾砂,含硫尾砂在地表堆存时对区域生态形成严重威胁。含硫尾砂井下充填是解决地表堆存污染问题和安全问题的有效途径,但含硫尾砂制备出的充填体往往会出现开裂、破碎、强度失效等问题,含硫尾砂对充填体强度发展作用机理不清。针对高硫尾砂充填体力学性能的特殊性,通过凝结时间观测、强度测定和X射线衍射分析,对含硫充填体力学演化过程进行了定量研究。在分析高硫尾砂充填料浆的凝结特征和强度演化规律的基础上,结合硫化物致劣机理分析,提出通过改善促凝和缓凝条件优化高含硫尾砂充填体力学性能。研究结果表明,尾砂硫化物会导致充填料浆的凝结时间显著增长、强度大幅降低,并出现28 d强度劣化损伤。尾砂硫化物发生氧化反应生成酸和硫酸根离子,造成水化产物溶解,引起硫酸盐侵蚀,造成强度下降。XRD图谱显示,一定量的次生石膏和钙矾石晶体能有效填充充填体内的孔隙,有利于强度发展;大量的次生石膏和钙矾石晶体生成,对孔隙壁产生挤压作用,造成膨胀致裂。对于高含硫尾砂充填材料,通过促凝技术使凝结时间缩短15%,充填体早期强度提高2倍,但却无法抑制后期强度劣化;而缓凝技术可抑制C3S的水化,延缓水化产物C—S—H凝胶和氢氧化钙的生成,早期强度降低,充填体28 d强度提高35%。

关键词：充填高硫尾砂凝结时间单轴抗压强度硫酸盐侵蚀

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非胶结充填采场压风强化脱水实验与数值模拟

中国有色金属学报 2017年第4期27卷 811-817页

作者：程海勇吴爱祥周升平王贻明北京科技大学土木与资源工程学院金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083

全尾砂非胶结充填是矿山经济高效的充填方式,如何实现采场快速有效地脱水是非胶结充填中最难解决的问题。研究压风强化脱水机理,根据相似原理建立采场压风强化脱水实验模型。通过实验探索压风强化脱水工艺参数,并得出压风强化脱水管参数... 详细信息

全尾砂非胶结充填是矿山经济高效的充填方式,如何实现采场快速有效地脱水是非胶结充填中最难解决的问题。研究压风强化脱水机理,根据相似原理建立采场压风强化脱水实验模型。通过实验探索压风强化脱水工艺参数,并得出压风强化脱水管参数,为矿山全尾砂非胶结充填压风强化脱水工艺提供理论指导。利用流体力学数值模拟软件FLUENT建立压风强化脱水数值分析模型,通过压风强化脱水数值模拟分析,揭示全尾砂非胶结充填压风强化脱水过程中气、水运移规律及强化脱水效果的影响因素,进一步验证全尾砂非胶结充填压风强化脱水的可行性。

关键词：非胶结充填脱水压风全尾砂数值模拟

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露天-地下联合开采保安矿柱稳定性

中南大学学报（自然科学版） 2016年第9期47卷 3183-3192页

作者：程海勇吴爱祥韩斌李红侯春来北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083

通过对矿柱力学模型的分析,得到不考虑平面应变问题的矿柱厚度计算公式,对回采前后矿柱的受力形态及破坏模式进行分析。利用统计学原理计算矿柱厚度影响因素(跨度、容重、强度、动载荷等)的变异系数,并进行权重分析,利用FLAC3D进行了矿... 详细信息

通过对矿柱力学模型的分析,得到不考虑平面应变问题的矿柱厚度计算公式,对回采前后矿柱的受力形态及破坏模式进行分析。利用统计学原理计算矿柱厚度影响因素(跨度、容重、强度、动载荷等)的变异系数,并进行权重分析,利用FLAC3D进行了矿柱厚度三维数值模拟,研究矿柱厚度为15,20和25 m时的最大主应力分布、剪应变率变化规律、矿柱沉降规律和塑性区分布规律,同时利用FISH语言编写安全系数计算程序。研究结果表明:贵州某矿保安矿柱厚度在20 m左右时既能满足稳定性要求又能兼顾有效回采的目的。

关键词：露天-地下联合开采保安矿柱稳定性 FLAC3D 安全系数

基于化学注浆预加固的破碎矿体采场结构优化数值模拟

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中南大学学报（自然科学版） 2015年第10期46卷 3758-3766页

作者：韩斌于少峰吴爱祥高永祥程海勇北京科技大学土木与环境工程学院云南金沙矿业股份有限公司汤丹公司

汤丹铜矿4号矿体厚大软弱破碎,围岩松散、炮孔成孔率低;优选MP 364矿用树脂进行化学注浆预加固,并在3采2分段进行现场化学注浆试验,确定化学浆液扩散方式、注浆压力及扩散半径等参数,建成注浆工艺系统。通过FLAC 3D及ANSYS等软件建模,... 详细信息

汤丹铜矿4号矿体厚大软弱破碎,围岩松散、炮孔成孔率低;优选MP 364矿用树脂进行化学注浆预加固,并在3采2分段进行现场化学注浆试验,确定化学浆液扩散方式、注浆压力及扩散半径等参数,建成注浆工艺系统。通过FLAC 3D及ANSYS等软件建模,并对地表岩移、顶板位移、采场支撑体系塑性区以及矿柱最大主应力进行数值模拟分析。研究结果表明:按照推荐注浆材料配比及工艺施工,岩体强度及完整性得到较大提高,炮孔成孔率提高22%;化学注浆后,由于岩体强度及矿体完整性得到提高,拟通过增大矿房暴露面积以提高矿石回收率。注浆后,在保证安全且保持矿柱尺寸不变的情况下,矿房暴露面积提高约50 m2,则矿石回收率可以提高约10%以上,提高了矿山经济效益。

关键词：化学注浆预加固注浆工艺系统数值模拟