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敞开式微波加热固化模拟月壤试验研究

金属矿山 2024年第7期 75-80页

作者：张力心李正伟陈亮霄深部金属矿山安全开采教育部重点实验室辽宁沈阳110819 东北大学资源与土木工程学院辽宁沈阳110819

原位提升月壤的力学性能是当前月面建造的重要研究内容之一。基于自主研发的敞开式微波加热装置,开展模拟月壤的微波固化试验研究,探究模拟月壤初始密度与微波作用时间对其微波加热固化过程的影响,分析微波作用后模拟月壤的宏观、微观... 详细信息

原位提升月壤的力学性能是当前月面建造的重要研究内容之一。基于自主研发的敞开式微波加热装置,开展模拟月壤的微波固化试验研究,探究模拟月壤初始密度与微波作用时间对其微波加热固化过程的影响,分析微波作用后模拟月壤的宏观、微观结构特征与力学性质演化规律。试验结果表明:微波作用后的模拟月壤试样表现出明显的分区特征,由内而外可依次划分为熔融区、烧结区与未烧结区。其中,熔融区矿物熔化,伴生气孔;烧结区原始矿物颗粒形状难以分辨,试样致密程度有所提高;未烧结区矿物颗粒的原始形态保存较好,孔隙结构明显。当模拟月壤的初始密度为1.5~1.7 g/cm^(3)时,随着初始密度增加,微波作用下试样表面温度升高,熔融区出现时间减少。当初始密度大于1.7 g/cm^(3)时,初始密度增加对缩短熔融区出现时间无明显效果。纳米压痕试验结果表明,微波作用后模拟月壤试样熔融区力学性质空间分布较为均匀,平均硬度为8.0 GPa,平均弹性模量为91.2 GPa;相比之下,试样烧结区力学性质空间分布均匀性较差,平均硬度为0.025 GPa,平均弹性模量为1.2 GPa。

关键词：微波加热模拟月壤纳米压痕微观性质

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相邻炮孔爆生裂纹相互作用试验研究

金属矿山 2024年第3期 150-157页

作者：刘朕葛丰源左进京何松林宫国慧帅培马中建北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083 鞍钢集团矿业弓长岭有限公司辽宁辽阳111007 攀钢集团矿业有限公司四川攀枝花617000

为了研究爆炸载荷作用下的相邻炮孔间爆生裂纹相互作用机理,采用新型数字激光动态焦散线试验系统,通过改变炮孔间距,调整药包装药结构,研究了不同间距、不同装药结构下爆生裂纹相向扩展作用机理。结果表明:2炮孔均为普通药包时爆生裂纹... 详细信息

为了研究爆炸载荷作用下的相邻炮孔间爆生裂纹相互作用机理,采用新型数字激光动态焦散线试验系统,通过改变炮孔间距,调整药包装药结构,研究了不同间距、不同装药结构下爆生裂纹相向扩展作用机理。结果表明:2炮孔均为普通药包时爆生裂纹随机分布,切缝药包与普通药包相互作用时前期爆生裂纹独立扩展,后期相互吸引互为自由面。2炮孔均为切缝药包相互作用时,炮孔间距较小情况下爆生裂纹在炮孔中心轴线方向贯穿呈“直线型”分布,间距较大时裂纹在炮孔中心轴线方向呈“牵手型”分布。随着炮孔间距增大,裂纹相遇时能量损耗较大,动态应力强度因子峰值和裂纹速度峰值较小,振幅较低,炮孔周围形成的粉碎区面积及次裂纹长度越小,分形维数也越小。

关键词：动态焦散线爆破载荷爆生裂纹应力强度因子分形维数

疲劳–蠕变交互荷载下含软弱夹层空心圆柱花岗岩变形失稳特性试验研究

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岩石力学与工程学报 2024年

作者：易雪枫王宇李鹏蔡美峰北京科技大学土木与资源工程学院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

为揭示金属矿深部构造破碎带在疲劳–蠕变交互荷载作用下扰动活化诱发井巷失稳的物理过程及力学响应，制备含有不同软弱夹层倾角的空心圆柱花岗岩试样，采用宏观力学试验和细观CT扫描相结合的手段，研究软弱夹层倾角对组合结构体时效失... 详细信息

为揭示金属矿深部构造破碎带在疲劳–蠕变交互荷载作用下扰动活化诱发井巷失稳的物理过程及力学响应，制备含有不同软弱夹层倾角的空心圆柱花岗岩试样，采用宏观力学试验和细观CT扫描相结合的手段，研究软弱夹层倾角对组合结构体时效失稳的影响机制。结果表明：(1)组合结构体试样抵抗疲劳–蠕变交互荷载的能力受软弱夹层倾角的影响明显，当软弱夹层倾角为5°，15°，25°和35°时，典型试样破坏时的围压卸载量逐渐减小，分别为11.58,7.49,7.22和5.07 MPa;(2)在疲劳–蠕变交互加载路径下，组合结构体试样的轴向、径向和体积应变以及耗散应变能与加载阶段均服从非线性指数函数关系，但在最后一个疲劳和蠕变加载阶段组合结构体表现出不同的变形和能量演化特征；(3)组合结构体能量耗散表现为岩石基质内部裂纹萌生、扩展和贯通与软弱夹层剪切滑移变形2种形式，软弱夹层与岩石基质的不协调变形导致体积扩容与岩石破裂，随着倾角的增加组合结构体的能量耗散呈现先减小后增加的趋势；(4) CT扫描试验结果表明软弱夹层和孔洞之间破裂面的贯通是导致组合结构体破坏的根本原因，软弱夹层的最终塑性变形量与倾角呈正相关趋势。研究结果对揭示深部构造破碎带井巷围岩大变形灾害的时效扰动机制具有重要的理论意义。

关键词：岩石力学软弱夹层空心圆柱花岗岩疲劳–蠕变交互荷载能量耗散损伤演化破裂形态

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“五维度”安全类课程思政教学模式研究

安全 2024年第7期45卷 74-79页

作者：高玉坤文诗怡黄志安北京科技大学大安全科学研究院北京100083 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

为加强安全专业学生的价值观建设、提升安全类课程思政水平,以社会主义核心价值观为思想政治引领,基于ADDIE教学模式,构建“五维度”安全类课程思政教学模式。在分析阶段,分析社会主义核心价值观融入安全类课程思政教学的现实依据;在设... 详细信息

为加强安全专业学生的价值观建设、提升安全类课程思政水平,以社会主义核心价值观为思想政治引领,基于ADDIE教学模式,构建“五维度”安全类课程思政教学模式。在分析阶段,分析社会主义核心价值观融入安全类课程思政教学的现实依据;在设计开发阶段,将社会主义核心价值观与专业课程内容融合,构建“五维度”思政教育素材库;在实施阶段,运用案例教学法等多元化手段;在评价阶段,构建四位一体评价体系。形成分析—设计开发—实施—评价的教学闭环,既有助于提高教师的思政能力与专业课的思政水平,也有助于提高学生的爱国热情和对专业的认知,为学生将来服务社会提供价值引领。

关键词：课程思政安全类课程五维度社会主义核心价值观教学模式

金属丝电爆炸的电流波形特征及其破岩效果研究

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中国矿业 2024年第6期33卷 210-217页

作者：闫小兵王秀龙贺能马正腾张凤鹏湖南涟邵建设工程(集团)有限责任公司湖南长沙410000 东北大学深部金属矿山安全开采教育部重点实验室辽宁沈阳110819

为研究不同电压下金属丝电爆炸的电流波形特征及破岩效果,基于高压脉冲放电系统开展了金属直丝在空气和红砂岩介质中的电爆炸试验研究。通过比较不同电压下金属丝在空气和岩石中电流波形异同,得到了金属丝在空气和岩石中电流峰值随电压... 详细信息

为研究不同电压下金属丝电爆炸的电流波形特征及破岩效果,基于高压脉冲放电系统开展了金属直丝在空气和红砂岩介质中的电爆炸试验研究。通过比较不同电压下金属丝在空气和岩石中电流波形异同,得到了金属丝在空气和岩石中电流峰值随电压变化的规律,结合金属丝电爆炸破碎红砂岩试验结果,进一步分析了红砂岩在不同高压脉冲载荷作用下的裂纹扩展模式与碎块分布特征。试验结果表明,空气和岩石中的金属丝电爆炸电流峰值与放电电压均呈线性增加关系,在岩石介质约束作用下,岩石中金属丝电爆炸电流峰值和震荡时间均低于空气介质;金属丝电爆炸产生的冲击波使岩石孔壁质点沿径向运动从而产生切向拉应力,形成了以金属丝为中心、径向裂纹为主导的裂纹扩展模式;放电电压对岩石的破碎效果具有显著影响,放电电压由40 kV增加至80 kV,主裂纹数量由一条增加至多条,岩石的破碎程度明显增加且碎块块度分布更加集中。试验成果为高压脉冲放电技术破碎岩石等固体材料的应用与研究提供参考。

关键词：金属丝电爆炸放电电压电流波形岩石破裂红砂岩

基于多源信息融合的海底矿山开采及治理稳定性评价

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金属矿山 2024年第3期 29-36页

作者：李杨夏文浩宋卫东康明超杜云龙张开诚山东黄金集团有限公司山东济南250101 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083 山东黄金矿业(莱州)有限公司三山岛金矿山东莱州261442

地下开采是金属矿山开采的主要方式,在长期开采过程中,所形成的采空区以及不稳定区域需要进行充填注浆处理。针对三山岛金矿新立矿区在治理后的稳定性评价问题,首先通过数值模拟对该矿区开采及治理后全过程稳定性进行分析,其次采用层次... 详细信息

地下开采是金属矿山开采的主要方式,在长期开采过程中,所形成的采空区以及不稳定区域需要进行充填注浆处理。针对三山岛金矿新立矿区在治理后的稳定性评价问题,首先通过数值模拟对该矿区开采及治理后全过程稳定性进行分析,其次采用层次分析法对影响岩体稳定性的各种因素进行权重计算,将影响较大的因素作为D-S证据理论的评判指标,进行治理后的岩体稳定性评价。结果表明:治理后整体的变形量增长缓慢,塑性区变形处于稳定状态,充填治理效果良好,达到预期效果;治理情况、治理后围岩力学状态对岩体稳定性影响最大,治理前稳定性次之,地质因素影响最小。因子层中,采空区治理率影响最大。通过D-S证据理论证明所有水平在治理后处于稳定状态,其中-165 m水平稳定性相对较差,-240 m水平次之。

关键词：地下开采层次分析法 D-S证据理论稳定性评价

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循环加卸载下花岗岩能量演化及分配规律

有色金属（矿山部分） 2024年第2期76卷 134-140页

作者：薛田喜颜景暄山东黄金矿业(莱州)有限公司焦家金矿山东莱州261441 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

为探究岩石损伤破坏过程中的能量演化及分配规律,以焦家矿区花岗岩为研究对象,利用ZTR-276三轴应力试验系统进行三轴循环加卸载试验。研究结果表明:循环加卸载试验过程中,花岗岩的应力峰值和轴向应变量随着围压增加逐渐增大,表现出明显... 详细信息

为探究岩石损伤破坏过程中的能量演化及分配规律,以焦家矿区花岗岩为研究对象,利用ZTR-276三轴应力试验系统进行三轴循环加卸载试验。研究结果表明:循环加卸载试验过程中,花岗岩的应力峰值和轴向应变量随着围压增加逐渐增大,表现出明显的围压效应;循环加卸载试验下,总能量密度、弹性能密度和耗散能密度在峰前阶段均与轴向应变呈正相关关系;随着围压增大,岩石储能效率增加,最大弹性能占比增大,最大耗散能占比却随着围压的增大而降低。研究结果可为循环扰动条件下深部巷道围岩损伤破坏失稳提供理论指导意义。

关键词：深部开采三轴循环加卸载损伤破坏滞回环能量演化

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爆破扰动作用下巷道围岩微破裂时空演化规律研究

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矿业研究与开发 2024年第7期44卷 125-134页

作者：孙晓刚司英涛薛田喜景泮印山东黄金矿业(莱州)有限公司焦家金矿山东莱州市261441 东北大学深部金属矿山安全开采教育部重点实验室辽宁沈阳110819

爆破扰动诱发深部金属矿巷道破坏频繁,开展爆破扰动诱发巷道围岩微破裂分布及扩展规律研究有助于支护参数优化。基于离散元数值计算软件和声发射监测技术,开展了爆破扰动诱发巷道围岩微破裂动态扩展数值模拟和室内试验研究,揭示了巷道... 详细信息

爆破扰动诱发深部金属矿巷道破坏频繁,开展爆破扰动诱发巷道围岩微破裂分布及扩展规律研究有助于支护参数优化。基于离散元数值计算软件和声发射监测技术,开展了爆破扰动诱发巷道围岩微破裂动态扩展数值模拟和室内试验研究,揭示了巷道围岩微破裂响应特征与应力和爆破扰动参数之间的关系。结果表明:主应力方向影响开挖损伤区的空间初始分布形态及主导裂纹类型,爆破扰动促使微破裂快速扩展和贯通,加剧巷道围岩损伤;当扰动波波长与洞径比约为1时,巷道迎爆侧区域裂纹扩展程度显著大于其他区域。在缺少径向应力约束或者径向约束较小时,爆破扰动应力波容易导致主应力方向和迎爆侧区域的岩体发生拉伸破裂。在确定深部巷道支护措施时,应综合考虑应力分布特征和爆破扰动参数引起的破裂响应特征差异性,制定相适应的支护参数。

关键词：爆破扰动巷道离散元声发射微破裂

金属矿山采动诱发断层滑移规律及失稳风险敏感性研究

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矿业研究与开发 2024年第5期44卷 74-84页

作者：孙晓刚师宏旭景泮印陈怀东山东黄金矿业(莱州)有限公司焦家金矿山东烟台市261441 东北大学深部金属矿山安全开采教育部重点实验室辽宁沈阳110819

金属矿山断层在采动作用下极易发生滑移破坏,严重威胁矿山安全生产。基于FLAC3D数值模拟,针对金属矿采动诱发断层滑移破坏的影响因素开展研究。结果表明:断层面上剪切位移及剪切应力具有明显的空间性;基于断层滑移危险指标可以定量评估... 详细信息

金属矿山断层在采动作用下极易发生滑移破坏,严重威胁矿山安全生产。基于FLAC3D数值模拟,针对金属矿采动诱发断层滑移破坏的影响因素开展研究。结果表明:断层面上剪切位移及剪切应力具有明显的空间性;基于断层滑移危险指标可以定量评估断层滑移的不同风险范围;爆破扰动的次数、强度的增加以及频率的减少使断层滑移中风险范围不断增加,造成危险可能性也越大;采动因素对断层滑移高风险范围的显著性由低到高依次为:倾角、扰动次数、扰动强度、内摩擦角、扰动频率、矿体厚度。其中,矿体厚度和爆破扰动频率是影响采动过程中断层失稳活跃程度的主要因素。研究结果可为金属矿采动作用下的断层安全防控提供理论和技术支撑。

关键词：金属矿山采动作用断层滑移数值模拟影响因素