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基于相似模拟试验的顶板导水裂隙带高度及发育形态研究

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河南理工大学学报(自然科学版) 2024年第4期 29-38页

作者：张勃阳张宇科黄虎威林志斌李亚超河南理工大学土木工程学院

目的为研究采动影响下顶板导水裂隙带高度及其发育形态，方法以司马煤矿三采区1303工作面为研究对象，开展相似模拟试验，并以此为基础，对顶板的岩性组合加以改变，结合数字照相量测系统对不同岩性组合顶板导裂带高度和发育形态进行... 详细信息

目的为研究采动影响下顶板导水裂隙带高度及其发育形态，方法以司马煤矿三采区1303工作面为研究对象，开展相似模拟试验，并以此为基础，对顶板的岩性组合加以改变，结合数字照相量测系统对不同岩性组合顶板导裂带高度和发育形态进行分析，并进行理论验证。结果结果表明：（1）工作面推进长度为160 m时，硬岩岩性顶板模型、硬-软岩岩性组合顶板模型以及软岩岩性顶板模型的导水裂隙带最大发育高度分别为69.6,55.6,61.1 m;(2)3种模型的导水裂隙带发育形态分别为底角50°的正梯形、前底角62°后底角60°的近似正梯形、前底角50°后底角60°的梯形；（3）根据模型试验和数据统计结果，给出适用于长治二岗山断褶带以南井田导水裂隙带发育高度预测式；（4）运用材料力学方法分析垮落角形成规律，垮落角与导水裂隙带发育高度呈反正切函数关系，并计算得到3种模型导水裂隙带前底角发育角度，分别为49.24°，61.21°和51.12°。通过导高计算公式得到3种模型导水裂隙带发育高度分别为74.1,51.1,59 m，均与相似模拟试验结果吻合。结论研究结果对各类岩性顶板煤矿导水裂隙带发育高度预测具有参考意义。

关键词：导水裂隙带发育高度发育形态相似试验顶板岩性组合

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工作面过断层静态致裂技术参数优化研究

河南理工大学学报（自然科学版） 2022年第6期41卷 16-23页

作者：郝明张勃阳国能榆林能源有限责任公司陕西榆林719000 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 河南理工大学土木工程学院河南焦作454000 河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000

静态致裂技术在煤矿开采中应用日益普遍,但不同的致裂参数对岩体致裂效果影响较大。为了设置合理的静态致裂参数,确保工作面顺利通过断层坚硬岩体,以郭家湾煤矿51106综采工作面过小断层为例,首先,通过力学理论分析静态破碎剂致裂机理;其... 详细信息

静态致裂技术在煤矿开采中应用日益普遍,但不同的致裂参数对岩体致裂效果影响较大。为了设置合理的静态致裂参数,确保工作面顺利通过断层坚硬岩体,以郭家湾煤矿51106综采工作面过小断层为例,首先,通过力学理论分析静态破碎剂致裂机理;其次,采用数值模拟方法定性定量分析不同致裂孔的布置方式、直径、孔距与孔径比,以及不同岩体边界条件对粉砂岩破碎效果的影响。结果表明:岩体在静态致裂过程中以拉伸破坏为主,中间夹杂少量剪切破坏;当致裂岩体顶面以及两侧均为自由面时,其3项致裂效果指标均最高,静态致裂效果最好;在致裂孔钻孔成本和施工难度随直径变化不大的情况下,随着致裂孔直径增大,单位面积岩体的相邻致裂孔贯通率、开裂率和损伤率均逐渐增大,且增大越来越快;从性价比和岩体致裂开采考虑,最合理的致裂孔孔距与孔径比为6~7。

关键词：静态致裂技术断层数值模拟参数优化致裂效果指标

孔隙数量及空间分布对砂岩三轴抗压强度影响分析

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河南理工大学学报（自然科学版） 2022年第5期41卷 153-159页

作者：蔺海晓冯鑫张勃阳河南理工大学土木工程学院河南焦作454000 河南理工大学河南省地下工程与灾变防控重点实验室河南焦作454000

为了弥补三轴压缩状态下孔隙岩石三维建模的缺陷,以砂岩为研究对象,通过对取样砂岩加工的标准圆柱试样进行试验,得到砂岩的力学参数及孔隙率,使用FLAC3D软件及自带的FISH语言建立与实际砂岩孔隙率相等的砂岩标准圆柱试样随机孔隙模型。... 详细信息

为了弥补三轴压缩状态下孔隙岩石三维建模的缺陷,以砂岩为研究对象,通过对取样砂岩加工的标准圆柱试样进行试验,得到砂岩的力学参数及孔隙率,使用FLAC3D软件及自带的FISH语言建立与实际砂岩孔隙率相等的砂岩标准圆柱试样随机孔隙模型。以此模型为基础,应用数值模拟试验方法,通过三轴模拟试验进行孔隙数量和孔隙空间分布对孔隙砂岩强度影响的研究。结果表明:随着孔隙数量增加,孔隙率增大,砂岩三轴抗压强度降低,同一围压下的三轴抗压强度呈现指数递减趋势,并得出了拟合公式;孔隙率不变时,不同孔隙空间分布模型的三轴抗压强度误差在5%以内,即可认为孔隙空间分布对砂岩三轴抗压强度没有明显影响。研究结果可为孔隙岩石三轴抗压强度评价提供参考。

关键词：砂岩随机孔隙模型孔隙数量孔隙空间分布三轴抗压强度

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煤层底板隐伏陷落柱渗流演化模型试验研究

河南理工大学学报（自然科学版） 2022年第2期41卷 32-38页

作者：姜全乐张勃阳郝明榆林神华能源有限责任公司陕西榆林719000 河南理工大学土木工程学院河南焦作454000

煤层底板隐伏陷落柱突水具有隐蔽性和突发性,是我国华北地区煤矿安全生产的重要隐患。为解决此类生产安全隐患,采用自主研发的煤层底板隐伏陷落柱渗流演化模型模拟试验系统对3组含不同陷落柱的试样进行试验,测试启动水压梯度、孔隙水压... 详细信息

煤层底板隐伏陷落柱突水具有隐蔽性和突发性,是我国华北地区煤矿安全生产的重要隐患。为解决此类生产安全隐患,采用自主研发的煤层底板隐伏陷落柱渗流演化模型模拟试验系统对3组含不同陷落柱的试样进行试验,测试启动水压梯度、孔隙水压、流速等渗流关键参数,分析渗透压差-流速、孔隙水压-扩散半径的关系,并开展非达西流特征研究,结果表明:模型试验的启动水压梯度为0.60~1.57 MPa/m;渗透压差-流速、孔隙水压-扩散半径的关系均表现出非达西流特性;双曲线形式的孔隙水压系数与扩散半径拟合度较好;陷落柱渗流演化模型试验的非达西流β因子均为负值。

关键词：煤层底板陷落柱模型试验孔隙水压扩散半径非达西流

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不同服务期煤矿巷道锚杆的受力特征

中国矿业大学学报 2013年第6期42卷 941-947页

作者：张凯张勃阳吴宇中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221008

利用锚杆无损检测技术对3个矿区不同服务期的回采巷道锚杆进行轴力检测,获得了锚杆轴力的变化特征以及锚杆受力的统计规律,结果表明:不同矿区回采巷道锚杆受力的变化规律基本一致,在巷道掘进期,锚杆轴力迅速增大,在距离巷道掘进面一定... 详细信息

利用锚杆无损检测技术对3个矿区不同服务期的回采巷道锚杆进行轴力检测,获得了锚杆轴力的变化特征以及锚杆受力的统计规律,结果表明:不同矿区回采巷道锚杆受力的变化规律基本一致,在巷道掘进期,锚杆轴力迅速增大,在距离巷道掘进面一定距离后增加幅度逐渐减缓;当巷道变形进入稳定期后,锚杆的轴力呈增加的趋势但变化幅度不大;在工作面回采期,锚杆轴力普遍较大,且随工作面的推进,锚杆轴力变化显著,最大受力超过10t.锚杆的轴力变化与巷道围岩中的应力调整是相对应的,锚杆的受力状态和变化趋势可反映巷道围岩的变形和稳定状态,不同时期锚杆受力演化规律可为锚杆支护设计和参数优化提供依据.

关键词：锚杆轴力掘进巷道回采巷道

基于板壳理论的隐伏陷落柱突水煤层底板破断机理研究

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河南理工大学学报（自然科学版） 2022年第1期41卷 23-28页

作者：刘港张勃阳吴琳琳河南理工大学土木工程学院河南焦作454000 河南省联合创艺建筑设计有限公司河南郑州450000

为揭示陷落柱突水时煤层底板的破断机理,基于板壳理论和断裂力学理论,建立隐伏陷落柱突水煤层底板的破断力学模型,研究陷落柱突水时煤层底板裂纹的扩展机理,得到底板内应力分布情况和裂纹应力强度因子。结果表明:横向荷载作用下,煤层底... 详细信息

为揭示陷落柱突水时煤层底板的破断机理,基于板壳理论和断裂力学理论,建立隐伏陷落柱突水煤层底板的破断力学模型,研究陷落柱突水时煤层底板裂纹的扩展机理,得到底板内应力分布情况和裂纹应力强度因子。结果表明:横向荷载作用下,煤层底板内的应力与煤层底板厚度呈负相关,与距离中面的位置、半径和水压呈正相关;在含有裂纹的煤层底板中,随着底板厚度增加、裂纹增长和底板半径减小,裂纹越难扩展。利用理论结果分析淮南矿业(集团)有限责任公司张集煤矿"2·18"特大突水事故煤层底板破断机理,分析结果与现场实际情况相符。

关键词：隐伏陷落柱煤层底板突水煤层板壳理论裂纹

损伤-渗流耦合作用下上覆溶洞隧道突水灾变规律研究

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河南理工大学学报(自然科学版) 2023年

作者：林志斌李亚豪林培忠张勃阳杨大方河南省自然资源监测与国土整治院河南理工大学土木工程学院

为研究上覆溶洞隧道的突水灾变时空演化规律，以双碑隧道工程为背景，基于三线性应变软化模型建立岩体损伤-渗流耦合模型，采用FLAC3D对隧道开挖通过上覆溶洞过程中围岩的变形、塑性区、渗透系数以及涌水量进行了数值模拟研究分析，在... 详细信息

为研究上覆溶洞隧道的突水灾变时空演化规律，以双碑隧道工程为背景，基于三线性应变软化模型建立岩体损伤-渗流耦合模型，采用FLAC3D对隧道开挖通过上覆溶洞过程中围岩的变形、塑性区、渗透系数以及涌水量进行了数值模拟研究分析，在此基础上，对比分析了不考虑岩体损伤-渗流耦合作用以及不同溶洞水压对上覆溶洞隧道突水灾变特征的影响。研究结果表明：(1)隧道开挖通过上覆溶洞后，隧道围岩将在溶洞与隧道间产生两条“八字形”的导水裂隙带，导致溶洞与隧道间岩体沿着这两条裂隙带向隧道内发生整体滑动，并且出现严重的突水突泥事故；(2)隧道开挖通过上覆溶洞过程中，其突水表现出一定的滞后性、突发性和大体量性等特征；(3)相较于分析塑性区，研究围岩渗透系数变化更能直观、合适地反映隧道与含水致灾构造之间渗流或裂隙通道的变化情况，为模拟重现岩溶隧道开挖过程中的突水灾变时空演化过程，必须考虑岩体的损伤-渗流耦合作用；(4)隧道开挖通过溶洞的过程中，上覆溶洞水压越大，隧道就会越早开始突水，其最终突水量也将越高。

关键词：溶洞隧道损伤-渗流耦合突水渗透系数涌水量

一种基于改进ORB和PROSAC特征点匹配的V-SLAM算法

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河南理工大学学报（自然科学版） 2023年第1期42卷 152-159页

作者：王红星徐婉琳张勃阳河南理工大学物理与电子信息学院河南焦作454000 河南理工大学土木工程学院河南焦作454000

随着机器视觉的高速发展,视觉同步定位与地图构建(visual simultaneous localization and mapping,V-SLAM)成为室内定位、导航应用的研究热点。针对传统ORB算法提取特征点分布不均匀的问题,在前端采用四叉树算法管理特征点,实现特征点... 详细信息

随着机器视觉的高速发展,视觉同步定位与地图构建(visual simultaneous localization and mapping,V-SLAM)成为室内定位、导航应用的研究热点。针对传统ORB算法提取特征点分布不均匀的问题,在前端采用四叉树算法管理特征点,实现特征点均匀化分布,并结合渐进抽样一致性(progressive sample consensus,PROSAC)算法剔除误匹配特征点;在后端,采用构建词袋(bag of words,BoW)法对关键帧进行回环检测,判断帧与帧之间是否存在回环,并采用光束平差(bundle adjustment,BA)法进行相机位姿优化,修正相机位姿。在图像特征点提取和匹配实验中,通过与传统ORB算法及其他方法对比,证明本文算法具有较好的运算效率。与ORB_SLAM-modified算法进行轨迹对比实验,分析生成的点云图,结果表明,本文算法具有较高的可靠性和精确度。

关键词：改进ORB特征渐进抽样一致性特征点匹配 V-SLAM 3D点云构图

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坚硬顶板多层次立体化水力压裂技术研究

河南理工大学学报（自然科学版） 2022年第5期41卷 32-37页

作者：崔峰崔魏张勃阳何青源陕西延长石油矿业有限责任公司魏墙煤业公司陕西榆林719100 陕西陕煤陕北矿业有限公司韩家湾煤炭公司陕西榆林719315 河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116

陕北侏罗系煤田坚硬顶板普遍存在,导致煤矿井下工作面初次来压步距大(40~70 m),易发生冲击矿压灾害事故,采用水力压裂技术进行切顶卸压可以有效减小工作面初次来压步距,进而避免发生冲击矿压灾害事故。为此,在总结我国现有水力压裂技术... 详细信息

陕北侏罗系煤田坚硬顶板普遍存在,导致煤矿井下工作面初次来压步距大(40~70 m),易发生冲击矿压灾害事故,采用水力压裂技术进行切顶卸压可以有效减小工作面初次来压步距,进而避免发生冲击矿压灾害事故。为此,在总结我国现有水力压裂技术在煤矿井下工作面初采初放应用经验的基础上,提出坚硬顶板多层次立体化水力压裂技术,使用自主研发的钻割一体化设备,实现高效快捷的压裂孔定向割槽,并在陕西延长石油矿业有限责任公司魏墙煤业公司1313工作面开展水力压裂初采初放现场试验。观测结果表明,水力压裂处理后1313工作面直接顶初次垮落步距为9.6 m,老顶初次垮落步距为19.2 m,且冒落后的老顶完全充填采空区,大大降低了工作面老顶突然垮落造成的“飓风”性冲击灾害。

关键词：坚硬顶板水力压裂冲击矿压工作面初次放顶径向割槽