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充填体孔隙结构与中观参数跨尺度关联特征

中国有色金属学报 2018年第10期28卷 2154-2163页

作者：胡建华蒋权任启帆丁啸天中南大学资源与安全工程学院长沙410083

充填体的孔隙结构特征对充填材料的力学性质直接产生影响,是充填体多尺度力学研究的基础。以体视学、分形理论为基础,利用充填体孔隙结构SEM图像,通过最大类间方差法、盒维数法计算其微观孔隙结构分形维数,获得充填材料孔隙结构定量表征... 详细信息

充填体的孔隙结构特征对充填材料的力学性质直接产生影响,是充填体多尺度力学研究的基础。以体视学、分形理论为基础,利用充填体孔隙结构SEM图像,通过最大类间方差法、盒维数法计算其微观孔隙结构分形维数,获得充填材料孔隙结构定量表征,分析充填体分形维数与单轴抗压强度、含水率、孔隙度等中观参数的相关性,探究SEM像定量分析与充填体中观参数的跨尺度关联关系。结果表明:石粉水泥全尾胶结充填体微观孔隙结构分形维数可以表征孔隙结构的复杂程度;孔隙结构的分形维数与充填体的中观参数间具有一定的关系,其中与单轴抗压强度存在负相关性,与含水率存在正相关性;建立孔隙结构特征分形维数与单轴抗压强度、含水率的关联曲线,获得关联特征值的均方差,分形维数与单轴抗压强度和含水率的均方差值分别为R_r=-0.638和R_r=0.604。

关键词：充填体分形维数孔隙结构相关性

铝土矿采场矿石顶板承载机理研究与厚度优化(英文)

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2021年

作者：马少维胡建华秦亚光任启帆杨东杰中南大学资源与安全工程学院长沙有色冶金设计研究院有限公司

基于弹性薄板理论，分析了矿石顶板破坏的主要规律，推导了矿石顶板的厚度求解公式。研究结果表明：（1）矿石顶板中心的拉应力是矿石顶板破坏的主要原因，根据该点的极限破坏条件推导出了矿石顶板的厚度求解公式。（2）以某铝土矿NO.1... 详细信息

基于弹性薄板理论，分析了矿石顶板破坏的主要规律，推导了矿石顶板的厚度求解公式。研究结果表明：（1）矿石顶板中心的拉应力是矿石顶板破坏的主要原因，根据该点的极限破坏条件推导出了矿石顶板的厚度求解公式。（2）以某铝土矿NO.10采场为工程案例，经过求解，该采场最优矿石顶板厚度为0.36m，考虑安全系数为1.3，设计矿石顶板厚度为0.5m；（3）在整个工业试验过程中，顶板动态报警仪未启动报警，矿石顶板未发生破坏。（4）相比类似条件的采场矿石顶板减少了0.1-0.3m，矿石顶板回收率提高16.7%-37.5%，取得了良好的技术经济效益。

关键词：铝土矿粘土岩矿石顶板弹性薄板最优厚度工程案例

卧虎山矿充填体强度参数的反演计算与数值模拟

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矿业研究与开发 2018年第11期38卷 26-30页

作者：亓中华张纪伟胡建华任启帆山东华联矿业股份有限责任公司山东沂源县256119 中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083

矿产资源二步骤开采过程中,充填体强度是影响采场稳定性的关键因素。以卧虎山铁矿为研究对象,运用理论分析和数值模拟技术,反演采场充填体的强度参数,确定采场跨度和高度为12.5m所需的充填体强度。采用工程类比法、数学模型和经验公式... 详细信息

矿产资源二步骤开采过程中,充填体强度是影响采场稳定性的关键因素。以卧虎山铁矿为研究对象,运用理论分析和数值模拟技术,反演采场充填体的强度参数,确定采场跨度和高度为12.5m所需的充填体强度。采用工程类比法、数学模型和经验公式等理论方法,可以确定采场合适充填体强度范围为0.4～2.3MPa。设计了5种计算方案,获得了每步开挖和不同充填体强度下采场的应力位移响应规律,确定了卧虎山矿安全高效开采的采场充填体强度范围为1.5～2MPa。

关键词：充填体强度二步骤开采数值模拟理论分析

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卧虎山铁矿采场极限暴露面积回归优化模型

黄金科学技术 2018年第4期26卷 503-510页

作者：胡建华任启帆亓中华张纪伟中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083 山东华联矿业股份有限责任公司山东沂源256119

地下矿山开采中,合理的采场暴露面积是保障采矿作业安全的前提,采场暴露面积作为地下采场的主要结构参数需要进行优化。以卧虎山矿27-31线为研究对象,运用3DMine-Midas-Flac3D耦合建模技术,构建了地表、矿体和采场的精细化模型,在采场... 详细信息

地下矿山开采中,合理的采场暴露面积是保障采矿作业安全的前提,采场暴露面积作为地下采场的主要结构参数需要进行优化。以卧虎山矿27-31线为研究对象,运用3DMine-Midas-Flac3D耦合建模技术,构建了地表、矿体和采场的精细化模型,在采场长度参数为30 m和40 m的条件下,设计了10种采场暴露面积计算方案,通过数值模拟获得采场顶板最大拉应力和两帮最大压应力,基于此建立了采场暴露面积与顶板最大拉应力及两帮最大压应力的回归优化模型,在有安全系数的保障下确定了采场极限暴露面积。研究结果表明:(1)经采场稳定分析,最大压应力主要出现在采场两帮的围岩,而最大拉应力出现在顶底板;(2)通过建立采场暴露面积与最大拉应力和最大压应力的回归函数关系曲线,获得暴露面积与应力的关系规律,即在相同采场暴露面积条件下,采场越长则拉应力越小,而在相同拉压应力限值情况下,采场越长则极限暴露面积越大;(3)以矿山生产安全系数1.3为基数,通过回归函数曲线规律,根据采场矿体的赋存条件,以30 m和40 m的采场长度值,确定卧虎山矿的极限暴露面积分别为450 m2和600 m2。当岩体力学参数改变时,亦可采用回归函数曲线规律自适应判定采场极限暴露面积和采场跨度。

关键词：采场稳定性结构参数采场暴露面积精细化建模数值模拟线性回归优化模型安全系数

复杂环境下采场结构参数优化与自适应表征分析

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中国矿山工程 2018年第5期47卷 51-55页

作者：张纪伟胡建华亓中华任启帆山东华联矿业股份有限责任公司山东沂源256119 中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083

复杂矿体条件下的采矿结构参数是矿山合理安全开采的关键。以卧虎山矿29线附近矿体为研究对象,运用3DMine-Midas-Flac3D耦合建模数值模拟技术,精细化构建三维实体和网格模型,考虑采场跨度和高度,均匀设计15组试验方案,以岩体力学参数的... 详细信息

复杂矿体条件下的采矿结构参数是矿山合理安全开采的关键。以卧虎山矿29线附近矿体为研究对象,运用3DMine-Midas-Flac3D耦合建模数值模拟技术,精细化构建三维实体和网格模型,考虑采场跨度和高度,均匀设计15组试验方案,以岩体力学参数的中间值为计算基础参数,获得不同采场跨度和高度下采场的拉压应力、位移和塑性区分布规律,从复杂条件的参数区间自适应优化采场结构参数。研究结果表明:①矿体开挖后,采空区顶底板出现了拉应力集中,特别是在两个采空区之间所留下的间柱之间、回采采场中间的矿柱是塑性区集中区域;②分析各方案中一步骤采场回采完毕后采空区的稳定性状况,确定方案七和方案十二的采场稳定性较好;③对采场不同结构参数下自适应性表征分析,得出方案七的自适应性更强,为最佳采场结构参数,即采场长30m,跨度12. 5m,高度12. 5m,预控顶高度3. 5m。

关键词：数值模拟采场稳定性采场结构参数优化自适应性

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地下矿山采场结构参数的核主成分分析法优化

矿冶工程 2018年第2期38卷 25-29,33页

作者：胡建华任启帆黄仁东习智琴中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083

针对华联矿业卧虎山矿地下开采工程技术条件,采用正交法设计了9组试验方案,基于Dimine-Midas/GTS-FLAC^(3D)耦合技术建立了采场计算分析模型,获得了不同参数下采场的力学特征值,确定了最大拉应力等9个评价指标,利用核主成分分析法建立... 详细信息

针对华联矿业卧虎山矿地下开采工程技术条件,采用正交法设计了9组试验方案,基于Dimine-Midas/GTS-FLAC^(3D)耦合技术建立了采场计算分析模型,获得了不同参数下采场的力学特征值,确定了最大拉应力等9个评价指标,利用核主成分分析法建立了采场结构参数的综合评价模型,基于评价函数值优选采场结构参数。结果表明,运用正交试验,有效减少了计算的工程量,提高了分析效率,获得了不同采场结构参数和充填强度下的力学特征值;核主成分分析方法确定最优采场结构参数为矿柱宽3 m、采场宽10 m、矿柱高12.5 m、充填体弹性模量0.1 GPa;与主成分分析法结果对比,2种方法评价结果基本一致,证明了核主成分分析的适用性,更加突出了多因素的综合评价特征。

关键词：采场采场结构采场参数正交试验数值模拟多指标评价核主成分分析法

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基于核磁共振和分形理论的充填体跨尺度特征

Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2020年第5期30卷 1347-1363页

作者：胡建华任启帆杨东杰马少维尚俊龙丁啸天罗周全中南大学资源与安全工程学院长沙410083 School of Civil and Environmental Engineering Nanyang Technological University50 Nanyang AvenueSingapore

分析石粉水泥尾矿充填体的孔隙结构,量化孔隙的分形维数,计算混合骨料的分级指数(GI),并研究分级指数、孔隙结构与强度之间的关系,以描述其跨尺度特征。同时,对石粉水泥尾矿充填体进行一系列室内实验。基于Füller理论推导混合骨料(石... 详细信息

分析石粉水泥尾矿充填体的孔隙结构,量化孔隙的分形维数,计算混合骨料的分级指数(GI),并研究分级指数、孔隙结构与强度之间的关系,以描述其跨尺度特征。同时,对石粉水泥尾矿充填体进行一系列室内实验。基于Füller理论推导混合骨料(石粉和水泥尾矿)的GI公式。通过分形几何原理推导充填体的核磁共振(NMR)分形维数。与中孔和大孔分形维数相比,微孔分形维数与NMR孔隙率、孔结构复杂性、单轴抗压强度(UCS)和GI等宏观特性之间的相关性最为显著。大孔分形维数通常与UCS和GI相关,而其他属性(如混合骨料的形状)也影响分形维数。但中孔分形维数与宏观特性无明显关系。最后,研究GI和UCS之间的关系,这有助于改善充填体的强度和优化级配效果。

关键词：充填体跨尺度特征分级指数分形维数核磁共振

矿用注浆材料的宏细观跨尺度孔隙结构特征（英文）

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2019年第5期29卷 1067-1081页

作者：胡建华任启帆马少维蒋权蒋元建尚俊龙罗周全中南大学资源与安全工程学院长沙410083 Nanyang Centre for Underground Space School of Civil and Environmental Engineering Nanyang Technological University

采取薄层断面分析和低场核磁共振(NMR)技术对3种矿用注浆材料的微观孔隙结构和孔隙率进行表征,通过图像二值化和随机行走孔隙谱维数(RWPSD)算法研究注浆材料的宏观孔隙特征——孔隙贯通性。实验结果表明:研究所用注浆材料的微观结构由... 详细信息

采取薄层断面分析和低场核磁共振(NMR)技术对3种矿用注浆材料的微观孔隙结构和孔隙率进行表征,通过图像二值化和随机行走孔隙谱维数(RWPSD)算法研究注浆材料的宏观孔隙特征——孔隙贯通性。实验结果表明:研究所用注浆材料的微观结构由层间孔、胶凝孔、毛细孔、圆形气孔和微裂缝组成。尾矿可以充填在水化产物结构中的孔隙内,使水化产物更加致密。孔隙贯通性与养护时间呈正相关,且与孔隙率之间存在一定规律。随着孔隙率和孔隙贯通性的增加,添加了速凝剂的注浆材料产生不均匀孔隙结构,使材料的凝结时间缩短、后期强度降低。

关键词：注浆材料孔隙微观结构孔隙贯通性跨尺度研究核磁共振薄层断面分析随机行走孔隙谱维数

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一种永磁同步电机转子位置检测及标定方法

电力电子技术 2017年第5期51卷 87-89页

作者：任强艾胜曾启帆朱俊杰舰船综合电力技术国防科技重点实验室海军工程大学湖北武汉430033

针对永磁电力推进系统转子位置检测应用需求,采用旋转变压器和数字转换芯片AD2S1210作为位置检测的技术方案。对旋转变压器常规信号调理电路进行了改进,降低了信号失真,抑制了高频干扰,提高了检测精度。采用测量绕组电压过零点与旋转变... 详细信息

针对永磁电力推进系统转子位置检测应用需求,采用旋转变压器和数字转换芯片AD2S1210作为位置检测的技术方案。对旋转变压器常规信号调理电路进行了改进,降低了信号失真,抑制了高频干扰,提高了检测精度。采用测量绕组电压过零点与旋转变压器检测信号过零点的相位差,实现转子位置初始角的标定。最后,实验验证了位置检测系统中调理电路的有效性和转子位置初始角标定的精确性。

关键词：永磁同步电机转子位置检测零位标定