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Characteristic studies of heat sources and performance analysis of free-cooling assisted air conditioning and ventilation systems for working faces of mineral mines

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Building Simulation 2021年第6期14卷 1725-1736页

作者： Rang Tu Lijuan Huang aibing jin Mingfeng Zhang Xiao Hai School of Civil and Resources Engineering University of Science and Technology BeijingBeijing100083China Benxi Longxin Mining Co.Ltd BenxiLiaoning717000China

High temperature heat hazard at mineral mine becomes more and more serious as the increase of mining *** sources at working faces of mineral mines are complex and are of different characteristics,presenting new challenges for air conditioning *** this paper,heat sources at four types of working faces are summarized and their characteristics are *** on this,simplified equations,which are linear with length of working faces,are proposed to calculate heat dissipation *** that the main heat sources of different working faces can be found,and cooling load of air conditioning systems can be ***,considering main heat sources of coal mines,a typical working face is designed to investigate performances of different ventilation systems and air conditioning *** results show that segmented ventilation systems(SC)and heat shield assisted centralized ventilation systems(CCHS)can realize much better temperature distributions at working ***,cooling load can be greatly reduced for CCHS,when untreated air is supplied to the coal seam *** on this,free cooling assisted air conditioning systems are designed,and annual average energy efficiency ratio(EERann)of the systems are investigated and compared between direct evaporate cooling and indirect evaporate cooling(IEC).For SC,as compared with scenarios without free-cooling,IEC can increase EERann by 15%-23%and 22%-32%under Benxi and Datong ambient conditions,***,to ensure high EERann,CCHS is preferred and it is essential to increase thermal insulation of air ducts.

关键词： working face heat sources characteristics air ventilation system free cooling air conditioning energy efficiency

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Paraffin–CaCl_(2)·6H_(2)O dosage effects on the strength and heat transfer characteristics of cemented tailings backfill

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International Journal of Minerals,Metallurgy and Materials 2024年第1期31卷 60-70页

作者： Hai Li aibing jin Shuaijun Chen Yiqing Zhao You Ju Key Laboratory of Ministry of Education for Efficient Mining and Safety of Metal Mine University of Science and Technology BeijingBeijing 100083China School of Civil and Resources Engineering University of Science and Technology BeijingBeijing 100083China

The challenge of high temperatures in deep mining remains harmful to the health of workers and their production efficiency The addition of phase change materials (PCMs) to filling slurry and the use of the cold storage function of these materials to reduce downhole temperatures is an effective approach to alleviate the aforementioned ***–CaCl_(2)·6H_(2)O composite PCM was prepared in the *** composition,phase change latent heat,thermal conductivity,and cemented tailing backfill (CTB) compressive strength of the new material were *** heat transfer characteristics and endothermic effect of the PCM were simulated using Fluent *** results showed the following:(1) The new paraffin–CaCl_(2)·6H_(2)O composite PCM improved the thermal conductivity of native paraffin while avoiding the water solubility of CaCl_(2)·6H_(2)O.(2) The calculation formula of the thermal conductivity of CaCl_(2)·6H_(2)O combined with paraffin was deduced,and the reasons were explained in principle.(3) The“enthalpy–mass scale model”was applied to calculate the phase change latent heat of nonreactive composite PCMs.(4)The addition of the paraffin–CaCl_(2)·6H_(2)O composite PCM reduced the CTB strength but increased its heat absorption *** research can give a theoretical foundation for the use of heat storage backfill in green mines.

关键词： paraffin–CaCl_(2)·6H_(2)O heat transfer simulation heat calculation phase change material-based backfill latent heat of formula

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破裂岩石加固后力学性质试验研究

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岩石力学与工程学报 2012年第A1期31卷 3395-3398页

作者：金爱兵王志凯明世祥北京科技大学土木与环境工程学院北京100083

地下工程开挖过程中,经常会遇到破裂结构岩石,而且完整岩石在高应力或其他因素作用下也会发生破裂。破裂岩石往往具有岩块强度较高、岩体强度较低的特点,但破裂岩石经过有效加固后能够保持较高承载能力。应用室内模拟方法,对完整岩块以... 详细信息

地下工程开挖过程中,经常会遇到破裂结构岩石,而且完整岩石在高应力或其他因素作用下也会发生破裂。破裂岩石往往具有岩块强度较高、岩体强度较低的特点,但破裂岩石经过有效加固后能够保持较高承载能力。应用室内模拟方法,对完整岩块以及采取注浆胶结、锚杆–注浆胶结联合加固2种方法加固后的破裂岩石力学性能进行试验研究,获得破裂岩石加固后的强度恢复信息。试验结果表明,注浆胶结加固后的破裂岩石试样抗压强度可以恢复到完整岩石试样的40%～50%,无残余强度;锚杆–注浆胶结联合加固的破裂岩石试样抗压强度恢复率略大于胶结岩石试样,残余强度明显提高。

关键词：岩石力学破裂岩石加固力学性质强度恢复率试验研究

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颗粒离散元分层建模法及颗粒尺寸效应

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西南交通大学学报 2022年第5期57卷 1086-1095页

作者：陈龙吴顺川金爱兵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

离散元分析方法是研究岩石力学行为、完善岩石力学基础理论的重要工具之一,为提高颗粒离散元法模拟室内岩石力学及大规模工程尺度试验的精确度,提出分层建模法,该方法对岩石或岩体关注区域采用小尺寸颗粒进行精细化模拟,外侧非重点关注... 详细信息

离散元分析方法是研究岩石力学行为、完善岩石力学基础理论的重要工具之一,为提高颗粒离散元法模拟室内岩石力学及大规模工程尺度试验的精确度,提出分层建模法,该方法对岩石或岩体关注区域采用小尺寸颗粒进行精细化模拟,外侧非重点关注区域采用大尺寸颗粒建模以扩大计算区域.采用分层建模法进行单轴压缩、巴西劈裂试验并与常规建模计算结果进行对比,初步验证了分层建模法模拟室内力学试验的可行性.研究结果表明:分层建模法与常规建模一样受颗粒尺寸效应影响,但可以减少颗粒流模型中的颗粒数量,计算效率提高50%以上;分层模型的单轴抗压强度和起裂应力分别与外层对应的常规模型相比,最多仅减小2.7%和1.9%,匹配单轴抗压强度时可先以外层材料常规模型作参照,单轴抗压强度和起裂应力的变异系数(coefficient of variation,COV)普遍大于常规模型,但依然在2%的可接受范围内;分层模型中粒径分布的不均匀性对模型弹性阶段的变形性质影响较小,分层模型的弹性模量与外层对应的常规模型相比减小1.3%~2.3%;分层模型的巴西劈裂抗拉强度与外层对应的常规模型增大了1.32%~2.35%,宏观破裂特征与小粒径常规模型相似,但在加载板附近有更多的裂纹.

关键词：分层建模法离散元颗粒尺寸三维建模

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基于SSA-SVM的边坡失稳智能预测及预警模型

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华中科技大学学报（自然科学版） 2022年第11期50卷 142-148页

作者：金爱兵张静辉孙浩王本鑫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 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

针对传统统计学习模型等方法对边坡失稳预测精度低、难度大等问题,在对国内外304个边坡案例中高度、角度、容重、黏聚力、内摩擦角、孔隙压力比和边坡状态等参数进行搜集统计的基础上,建立边坡预测数据库,采用麻雀搜索算法(SSA)优化支... 详细信息

针对传统统计学习模型等方法对边坡失稳预测精度低、难度大等问题,在对国内外304个边坡案例中高度、角度、容重、黏聚力、内摩擦角、孔隙压力比和边坡状态等参数进行搜集统计的基础上,建立边坡预测数据库,采用麻雀搜索算法(SSA)优化支持向量机(SVM),构建SSA-SVM边坡失稳智能预测模型,实现对边坡失稳智能预测.采用灰狼优化算法、遗传算法、布谷鸟搜索算法、粒子群优化算法、哈里斯鹰优化算法和鲸鱼优化算法优化SVM,并与SSA-SVM模型进行对比,结果表明:SSA-SVM模型在边坡失稳预测中具有突出优势,其准确率、精确率、F1分数、平均精度分数和AUC值分别达到了90.16%,94.28%,91.43%,96.79%和0.954,高于其他优化模型的相应指标,SSA算法相比其他优化算法具有很强的竞争力.

关键词：边坡失稳边坡预测边坡预警麻雀搜索算法支持向量机

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尾砂粒级、灰砂比和料浆浓度对充填体力学性质影响研究

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中国安全生产科学技术 2024年第11期20卷 21-29页

作者：李永密金爱兵国家矿山安全监察局北京100713 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

为研究尾砂粒级、灰砂比和料浆浓度对充填体力学性质的影响程度,采用基于数字图像相关技术的单轴压缩试验分析不同粒级尾砂充填体的力学特性和应变场分布特征,利用扫描电子显微镜获取充填体微观结构特征,揭示尾砂粒级对充填体力学特性... 详细信息

为研究尾砂粒级、灰砂比和料浆浓度对充填体力学性质的影响程度,采用基于数字图像相关技术的单轴压缩试验分析不同粒级尾砂充填体的力学特性和应变场分布特征,利用扫描电子显微镜获取充填体微观结构特征,揭示尾砂粒级对充填体力学特性的影响机制。研究结果表明:随着尾砂粒级增大,应力-应变曲线的弹性阶段延长、塑性阶段缩短;裂隙演化过程可分为微裂隙闭合、微裂隙发育、微裂隙扩展和裂隙贯通4个阶段,充填体开裂程度在峰值应力前较小、峰值应力后较大;随着尾砂粒级增大,充填体面孔隙率降低,C-S-H凝胶数量逐渐增多;多因素作用对充填体强度影响强弱为:尾砂粒级与灰砂比>尾砂粒级与料浆浓度>料浆浓度与灰砂比。研究结果可为矿山井下充填参数设计提供理论指导。

关键词：尾砂粒级胶结充填体力学特性微观结构 DIC技术

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含复合相变材料的充填体力学特性

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中南大学学报（自然科学版） 2021年第9期52卷 3153-3163页

作者：金爱兵巨有孙浩李海张舟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 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

为探究复合相变材料对充填体力学行为的影响,采用硬脂酸丁酯和膨胀珍珠岩制备了含复合相变材料充填体。首先,对充填体进行差示扫描量热法(DSC)测试和热学试验,分析其热学性能表现;其次,进行了压缩试验以实现数值模拟参数匹配;最后,利用P... 详细信息

为探究复合相变材料对充填体力学行为的影响,采用硬脂酸丁酯和膨胀珍珠岩制备了含复合相变材料充填体。首先,对充填体进行差示扫描量热法(DSC)测试和热学试验,分析其热学性能表现;其次,进行了压缩试验以实现数值模拟参数匹配;最后,利用PFC3D软件研究复合相变材料添加量、粒径及强度这3种因素对充填体强度影响。研究结果表明:充填体强度随复合相变材料添加量增加而近似线性下降,应变随复合相变材料添加量增加无明显改变;在一定范围内复合相变材料粒径和强度对充填体试件强度及变形特征影响均较小,应用中可不考虑其影响;当复合相变材料添加量在10%以内时,充填体强度降低幅度最大为14%,充填体储热性能有明显改善,故可少量用于矿山充填改善深井高温环境。添加量是充填体强度降低的主要影响因素。

关键词：复合相变材料多孔介质材料充填体力学特性数值模拟

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嗣后充填采场爆破与充填体稳定协同效应研究

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金属矿山 2021年第9期50卷 8-17页

作者：张金金爱兵陈帅军山东金鼎矿业有限责任公司山东淄博255000 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 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

嗣后充填采场二步采过程中,兼顾爆破破碎效果和充填体稳定对于矿山高效、安全开采有重要意义。通过分离式霍普金森压杆(SHPB)试验获得矿石和充填体的动力学参数,以此为基础,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对不同孔底距、排间距和充填体保... 详细信息

嗣后充填采场二步采过程中,兼顾爆破破碎效果和充填体稳定对于矿山高效、安全开采有重要意义。通过分离式霍普金森压杆(SHPB)试验获得矿石和充填体的动力学参数,以此为基础,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对不同孔底距、排间距和充填体保护层厚度等多种方案的爆破效果及充填体响应进行模拟分析,并通过山东金鼎铁矿现场爆破监测数据,拟合了质点振动速度的萨道夫斯基公式,结合数值模拟结果,分析应用数值模拟的可行性。研究结果表明:(1)50.3%品位磁铁矿动态抗压强度为53.8 MPa、动态弹性模量为21.6 GPa、动态抗拉强度为11.7 MPa,充填体平均动态抗压强度约为6.19 MPa;(2)爆破效果数值模拟显示,孔底距2.9~3.1 m、排间距1.8 m、保护层厚度大于等于1.5 m的爆破方案炸药能量利用最充分,爆破效果最好,且充填体最大振动速度小于12 cm/s,满足爆破安全规程的要求,能保证充填体稳定;(3)拟合公式推算结果和数值模拟结果基本一致,ANSYS/LS-DYNA软件用于模拟地下深孔爆破效果及充填体稳定性可以获得较为理想的效果。

关键词：地下开采分离式霍普金森压杆试验动力学特性爆破效果 ANSYS/LS-DYNA 充填体稳定性

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非贯通节理岩体等效强度及破坏特性

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中南大学学报（自然科学版） 2016年第9期47卷 3169-3176页

作者：金爱兵孙浩孟新秋王凯杨振伟北京科技大学土木与环境工程学院北京100083

应用PFC2D数值模拟软件,选取适当的细观力学参数,建立非贯通节理岩体试样数值模型并进行双轴试验,设置监控圆监测岩体压缩过程非贯通节理面上不同位置应力及其变化情况。以莫尔-库仑强度准则为基础,对非贯通节理的等效强度参数进行推导... 详细信息

应用PFC2D数值模拟软件,选取适当的细观力学参数,建立非贯通节理岩体试样数值模型并进行双轴试验,设置监控圆监测岩体压缩过程非贯通节理面上不同位置应力及其变化情况。以莫尔-库仑强度准则为基础,对非贯通节理的等效强度参数进行推导,提出含非贯通节理的岩体等效强度公式。建立等效岩石试样和节理岩体试样数值模型进行双轴压缩试验,对含非贯通节理岩体等效强度进行数值模拟。研究结果表明:双轴压缩过程岩桥上应力大于相同时刻节理面上的应力,且岩桥达到峰值强度时节理面并没有达到峰值强度。等效强度公式计算得到的非贯通节理岩体强度与数值模拟得到的强度比较接近,应力-应变曲线基本一致。

关键词：非贯通节理岩体等效强度 PFC2D 双轴试验

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单一粗颗粒影响下的松动体形态演化特征试验研究

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中南大学学报（自然科学版） 2023年第4期54卷 1531-1542页

作者：金爱兵尹泽松孙浩贾俊泽韦立昌煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室北京100011 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 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

在崩落矿岩颗粒流动过程中,粗颗粒的存在会影响散体的运移特性和规律。针对现有放矿研究中未充分考虑粗颗粒影响的问题,基于自主设计的矿岩颗粒体系非接触式放矿监测与分析系统开展一系列放矿试验,对比手动圈绘与Image Pro Plus(简称IPP... 详细信息

在崩落矿岩颗粒流动过程中,粗颗粒的存在会影响散体的运移特性和规律。针对现有放矿研究中未充分考虑粗颗粒影响的问题,基于自主设计的矿岩颗粒体系非接触式放矿监测与分析系统开展一系列放矿试验,对比手动圈绘与Image Pro Plus(简称IPP)软件圈绘这2种方式所得松动体(IMZ)形态及松动体高度与最大半径的关系,从定性和定量两个方面验证IPP圈绘在放矿试验中的可靠性,并探究粗颗粒对松动体形态及其四周细颗粒运移特性的影响。研究结果表明:IPP软件可更高效、便捷地自动圈绘松动体。粗颗粒会对四周局部细颗粒位移产生显著影响,且相较于上方细颗粒,粗颗粒对下方细颗粒的影响更大。当松动体经过粗颗粒时,粗颗粒上方局部区域颗粒位移由幂律分布转变为Logistic分布,粗颗粒下方局域区域颗粒位移由幂律分布转变为波动的无规律分布。单个粗颗粒会对松动体局部形态产生显著影响。当松动体边界经过粗颗粒时,松动体局部形态出现凹陷及不连续弯曲现象。当模型中普通颗粒粒径为3~8 mm时,粗细颗粒粒径比dc/df大于6.0的粗颗粒会引起松动体的形态发生变化。粗颗粒的存在会提高四周细颗粒达到放矿口的速度,其上、下方局部区域分别有17.02%和31.42%的颗粒提前达到放矿口。

关键词：粗颗粒放矿模型试验松动体运移特性图像识别

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