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不同加载速率下废石胶结充填体的力学特性及破裂特征研究

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煤矿安全 2024年第5期55卷 160-169页

作者：陈元广陈彦龙吕承贤顾军张家龙张亚飞李强中国矿业大学力学与土木工程学院江苏徐州221116 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221116 新疆兖矿其能煤业有限公司新疆昌吉831100

为研究不同加载速率与骨料粒径级配对废石胶结充填体的力学特性以及破裂特征变化规律;对不同骨料粒径级配的废石胶结充填体进行不同加载速率的单轴压缩试验,分析其力学特性的变化规律;并辅以声发射系统,研究废石胶结充填体内部裂纹的发... 详细信息

为研究不同加载速率与骨料粒径级配对废石胶结充填体的力学特性以及破裂特征变化规律;对不同骨料粒径级配的废石胶结充填体进行不同加载速率的单轴压缩试验,分析其力学特性的变化规律;并辅以声发射系统,研究废石胶结充填体内部裂纹的发展演化规律。结果表明:废石胶结充填体的单轴抗压强度与弹性模量随着加载速率的增大呈线性增长趋势;废石胶结充填体的单轴抗压强度与弹性模量随着骨料级配指数的增大呈现先增长后降低的趋势;随着骨料级配指数和加载速率的增大,试样破坏模式由张拉破坏逐渐转变为剪切破坏,破坏程度加剧,完整度降低;试样内部裂纹的发展演化总体分为压密阶段、弹性阶段、稳定扩展阶段及非稳定扩展阶段。

关键词：废石胶结充填体充填材料充填开采骨料粒径级配力学特性

黄土-矿渣基新型胶结充填材料强度特性试验研究

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煤矿安全 2024年第5期55卷 180-187页

作者：顾军陈彦龙袁金祥吕承贤张家龙张亚飞中国矿业大学力学与土木工程学院江苏徐州221116 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221116 华能伊敏煤电有限责任公司伊敏露天矿内蒙古呼伦贝尔021134 新疆兖矿其能煤业有限公司新疆昌吉831100

为探究黄土-矿渣基胶结充填材料在不同水胶比及养护龄期下的力学性能、破坏模式和能量演化特征,分别对黄土-矿渣基胶结充填材料在4组水胶比和5个龄期条件下进行坍落度试验和单轴压缩试验。结果发现:随着胶结材料水胶比的增大,充填材料... 详细信息

为探究黄土-矿渣基胶结充填材料在不同水胶比及养护龄期下的力学性能、破坏模式和能量演化特征,分别对黄土-矿渣基胶结充填材料在4组水胶比和5个龄期条件下进行坍落度试验和单轴压缩试验。结果发现:随着胶结材料水胶比的增大,充填材料的坍落度和扩展度增大;材料的峰值强度与水胶比呈负线性相关关系,与养护龄期呈指数型非线性相关关系;充填材料的破坏模式整体上为剪切破坏,且水胶比越小、养护龄期越长材料破坏程度越大;胶结材料破坏过程可分为压密、弹性、裂纹稳定扩展、裂纹持续扩展和峰后破坏5个阶段。

关键词：黄土-矿渣基胶结充填材料水胶比养护龄期力学性质破坏模式能量演化

考虑循环载荷初始损伤效应的煤样动态力学特性试验研究

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煤炭学报 2023年第5期48卷 2123-2137页

作者：陈彦龙李明浦海巨峰张凯吴豪帅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221116 浙江广厦建设职业技术大学建筑工程学院浙江东阳322100

近水平露天煤矿开采时在端帮边坡上通常布置运输平盘,大型重载卡车的往复运输作业会对边坡覆岩产生显著的循环加卸载效应,导致煤岩体产生一定的初始损伤。同时,露天开采时大规模爆破产生的强冲击动载荷使煤岩体的力学性能进一步劣化,极... 详细信息

近水平露天煤矿开采时在端帮边坡上通常布置运输平盘,大型重载卡车的往复运输作业会对边坡覆岩产生显著的循环加卸载效应,导致煤岩体产生一定的初始损伤。同时,露天开采时大规模爆破产生的强冲击动载荷使煤岩体的力学性能进一步劣化,极易诱发边坡大面积失稳。因此,开展循环加卸载损伤条件的煤岩动态力学特性试验研究,对露天煤矿边坡稳定及安全开采具有重要意义。利用分离式霍普金森压杆试验系统及扫描电镜测试系统,对循环加卸载初始损伤状态下煤样的动态力学特性及其损伤断裂机理进行了系统分析。研究结果表明:①随着加载应变率的增大,煤样动态抗压强度与弹性模量快速增加,应变率对试样动力学特性的强化效应显著;固定应变率条件下,随着初始损伤的增大,动态抗压强度与弹性模量则呈线性快速降低,表明初始损伤对煤样动力学性能具有弱化效应;②煤样自然状态下存在尺度较小的原生裂纹及孔洞缺陷,损伤的产生导致其内部萌生出新的裂隙及孔洞,并且随着损伤程度的提高,缺陷尺度及数量逐渐增大并快速扩展,这是导致其力学性能弱化的根本原因;③随着初始损伤及应变率的增大,煤样破坏方式从张拉破坏向剪切破坏转变,同时其破坏程度、破坏过程中的耗散能及耗能能力呈快速增加的趋势;④损伤煤样动态破坏主要以脆性破坏为主,但在初始损伤较高的条件下,其局部能够观测到显著地滑移分离及韧性断口形貌,这也是初始损伤较大状态下煤样耗能较高的主要原因。

关键词：露天煤矿循环加卸载初始损伤动力学特性能量耗散

实时低温条件下露天矿饱和损伤煤系砂岩动态力学特性及其破坏机制

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煤炭学报 2022年第3期47卷 1168-1179页

作者：陈彦龙崔慧栋李明浦海刘福明张连英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221116 中国矿业大学力学与土木工程学院江苏徐州221116 新疆天池能源有限责任公司新疆昌吉831100 徐州工程学院土木工程学院江苏徐州221018

我国许多大型露天煤矿都地处新疆等西部高寒地区,低温环境下边坡岩体中的自由水发生冻结,对损伤岩体的宏微观结构将产生显著影响,使岩体的力学性能进一步劣化,进而诱发大规模滑坡等地质灾害。因此,开展含有初始损伤的饱和煤系岩石在低... 详细信息

我国许多大型露天煤矿都地处新疆等西部高寒地区,低温环境下边坡岩体中的自由水发生冻结,对损伤岩体的宏微观结构将产生显著影响,使岩体的力学性能进一步劣化,进而诱发大规模滑坡等地质灾害。因此,开展含有初始损伤的饱和煤系岩石在低温条件下的动态力学特性及破坏机制研究,对寒区露天煤矿边坡稳定及安全开采具有重要意义。利用实时低温分离式霍普金森压杆(LT-SHPB)试验系统,对含初始损伤的含水饱和露天煤系砂岩开展了低温冲击加载试验,并结合扫描电镜观测,对其动态力学特性及细观断裂机制进行了系统研究。研究结果表明:①随着冲击速度(强度)的提高,砂岩动态抗压强度、弹性模量及峰值应变均快速增大,表现出显著的冲击强化效应;同时,在固定冲击速度下,抗压强度与弹性模量随初始损伤呈逐渐减小的趋势,砂岩的损伤弱化特性显著,而峰值应变则表现出损伤强化特征;②冲击载荷作用下砂岩破坏程度随着初始损伤及冲击速度的增大逐渐提高,破坏形式呈现出由张拉破坏向粉碎性复合破坏的转化特征;③较常温环境,低温环境下含水饱和损伤砂岩发生显著的冻胀作用,细观上表现为砂岩内部缺陷尺度与缺陷数量增多,其为砂岩动态力学特性产生劣化的根本原因;④砂岩动态破坏形式主要表现为脆性破坏,而在较高初始损伤下,砂岩内部出现了细观韧性断裂形貌,局部韧性断裂显著,当砂岩损伤值由0增加到50.26%,砂岩脆延性系数均呈现出快速增大的变化特征,表明其动态断裂模式呈现出从脆性破坏向韧性破坏的发展趋势。

关键词：露天煤矿煤系砂岩初始损伤 LT-SHPB 低温冻结细观断裂

冻融循环次数对饱水砂岩力学特性的影响分析及预测

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中国煤炭地质 2024年第1期36卷 36-40页

作者：周游陈彦龙中煤科工生态环境科技有限公司北京100013 天地科技股份有限公司北京100013 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221116

为了研究高寒地区冻融循环次数对饱水砂岩物理力学特性的影响,开展了冻融0次、20次、40次和60次四种不同冻融循环次数下西部某露天矿砂岩单轴压缩试验。基于试验结果,分析了冻融循环对砂岩质量、变形及强度等物理力学特性的影响规律。... 详细信息

为了研究高寒地区冻融循环次数对饱水砂岩物理力学特性的影响,开展了冻融0次、20次、40次和60次四种不同冻融循环次数下西部某露天矿砂岩单轴压缩试验。基于试验结果,分析了冻融循环对砂岩质量、变形及强度等物理力学特性的影响规律。通过分析得到以下结果:随着冻融次数的增加,饱水砂岩质量不断增加,到冻融40次后,砂岩质量趋于稳定;砂岩的应力-应变曲线呈现出四个阶段,峰值强度和弹性模量随着冻融次数增多而呈线性减少的变化趋势。建立了以应变和冻融次数为输入层,应力为输出层,含一个隐含层的神经网络本构模型。通过对比分析冻融60次试验结果,验证了该模型具有良好的适用性。

关键词：冻融循环力学特性砂岩神经网络本构模型

不同加载速率下露天端帮胶结充填体的变形破坏试验研究

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煤矿安全 2022年第11期53卷 70-75页

作者：李强陈彦龙徐昆吕昊岩谢启航陈元广顾军中国矿业大学力学与土木工程学院江苏徐州221116 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221116 中国神华能源股份有限公司哈尔乌素露天煤矿内蒙古鄂尔多斯017100

为了揭示加载速率对废石胶结充填体变形破坏特征的影响,开展了5组加载速率下废石胶结充填体的单轴压缩试验,分析其力学特性、破坏模式和能量耗散的变化。结果表明:废石胶结充填体的峰值强度和弹性模量与加载速率分别呈正线性相关和二次... 详细信息

为了揭示加载速率对废石胶结充填体变形破坏特征的影响,开展了5组加载速率下废石胶结充填体的单轴压缩试验,分析其力学特性、破坏模式和能量耗散的变化。结果表明:废石胶结充填体的峰值强度和弹性模量与加载速率分别呈正线性相关和二次函数增长关系;随着加载速率的增大,充填体试样的破坏模式由张拉劈裂破坏转向剪切破坏,且加载速率越大,破坏程度也越大;结合能量演化特征,废石胶结充填体均经历压密、线弹性、裂纹稳定扩展、裂纹加速扩展和峰后应变软化衰减5个阶段;随着加载速率的增大,废石胶结充填体总应变能和弹性应变能的涨幅越来越大,耗散能的涨幅变小,弹性应变能占比增大,峰前塑性减弱。

关键词：废石胶结充填体单轴压缩试验加载速率力学特性破坏模式能量耗散特征

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露天矿复杂空区的精准探测及稳定性分析

矿业研究与开发 2023年第7期43卷 74-78页

作者：周游中煤科工生态环境科技有限公司北京100013 天地科技股份有限公司北京100013

针对某露天矿的复杂隐伏空区,运用三维激光扫描和无人机扫描两种精准探测装备对空区进行了精准探测,准确测定了空区的空间形态和位置。结合现场工程钻探结果,分析了空区的成因,采用悬臂拉裂式崩塌模型,选取了对地比压较大的1190E钻机和D... 详细信息

针对某露天矿的复杂隐伏空区,运用三维激光扫描和无人机扫描两种精准探测装备对空区进行了精准探测,准确测定了空区的空间形态和位置。结合现场工程钻探结果,分析了空区的成因,采用悬臂拉裂式崩塌模型,选取了对地比压较大的1190E钻机和D11T推土机为例,计算出两种设备的安全作业距离,为该露天矿的塌陷坑治理提供了基础依据。

关键词：空区探测三维激光扫描无人机扫描安全距离

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采动影响下露天矿排土场边坡稳定性分析

中国煤炭 2022年第12期48卷 43-51页

作者：张岩陈彦龙樊进城任鹏中国中煤能源集团有限公司北京市朝阳区100120 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省徐州市221116 中国矿业大学力学与土木工程学院江苏省徐州市221116 煤炭科学技术研究院有限公司安全分院北京市朝阳区100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室(煤炭科学研究总院) 北京市朝阳区100013

露天矿排土场压占大量的煤炭资源,为提高煤炭资源的采出率,同时保证边坡的稳定,必须确定井工开采终采线位置。以哈尔乌素露天矿区排土场下的煤炭资源进行井工开采为例,采用PHASE2软件建立数值计算模型,分析4号和6号煤层开采对排土场边... 详细信息

露天矿排土场压占大量的煤炭资源,为提高煤炭资源的采出率,同时保证边坡的稳定,必须确定井工开采终采线位置。以哈尔乌素露天矿区排土场下的煤炭资源进行井工开采为例,采用PHASE2软件建立数值计算模型,分析4号和6号煤层开采对排土场边坡位移场、最大剪应变和安全系数的影响,确定了4号和6号煤层终采线位置。结果表明:随着4号和6号煤层的开采,边坡最大水平位移和最大垂直位移均呈非线性增大趋势;边坡安全系数均呈非线性减小的变化趋势;4号煤层终采线距离1260平盘坡顶线右侧的水平距离为98 m,6号煤层终采线距离1260平盘坡顶线右侧的水平距离为35 m。

关键词：排土场井工开采边坡稳定终采线数值计算露天矿