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岩巷掏槽爆破掘进数据库建立及参数优化研究

金属矿山 2024年第3期 140-149页

作者：王兆阳王雁冰黄秋凡鲍舟琦中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083

掏槽爆破掘进参数是岩巷钻爆法施工的关键参数,优化爆破掘进参数是确保钻爆法高效率施工的重要途径之一。依据1980—2022年共200个代表性爆破掘进案例,利用统计学方法分析了爆破参数在普氏系数和断面面积2个岩巷特征参数维度下的变化特... 详细信息

掏槽爆破掘进参数是岩巷钻爆法施工的关键参数,优化爆破掘进参数是确保钻爆法高效率施工的重要途径之一。依据1980—2022年共200个代表性爆破掘进案例,利用统计学方法分析了爆破参数在普氏系数和断面面积2个岩巷特征参数维度下的变化特征,通过构建爆破掘进案例数据库研究了岩巷掏槽爆破客观规律。结果表明:随着普氏系数增加,岩石极限抗压强度增大,为保证爆破效果,可适当增加炮孔长度和炸药单耗,同时也会略微增加单循环进尺,但岩石自身高应力导致的夹制作用会降低炮孔利用率;通常设置空孔为掏槽爆破提供新的自由面,通过应力波反射拉伸使得靠近自由面的岩体破坏区域更大,硬岩巷道更适合直孔掏槽爆破。在较大断面岩巷的掏槽爆破掘进过程中,岩石夹制作用较小,较小的炸药单耗可以达到良好的爆破效果,从而促进了单循环进尺和炮孔利用率的提高;由于大断面面积对岩石爆破的限制作用减弱,无需过分增加炮孔数量和装药量,相反适当减缓炮孔数量的增长速率也能够达到良好的爆破效果。上述分析可以为爆破参数优化、岩巷高效施工提供参考。

关键词：矿山爆破掏槽爆破爆破参数爆破效果

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千米深井切顶卸压自成巷支护技术及应用

煤炭工程 2024年第5期56卷 58-62页

作者：郭志飚王程中尹松阳杨东山张帅中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083

为了解决深部复杂条件下的切顶卸压自成巷难题,以红阳三矿703工作面运输巷道为研究对象,从恒阻大变形锚索超前支护、切顶巷内支护、切顶巷旁支护三个方面研究了切顶卸压沿空成巷支护技术,并对现场试验巷道顶板受力以及巷道围岩变形量进... 详细信息

为了解决深部复杂条件下的切顶卸压自成巷难题,以红阳三矿703工作面运输巷道为研究对象,从恒阻大变形锚索超前支护、切顶巷内支护、切顶巷旁支护三个方面研究了切顶卸压沿空成巷支护技术,并对现场试验巷道顶板受力以及巷道围岩变形量进行了监测。结果表明:在超前工作面实施爆破切顶能够极大降低巷道所受应力,成巷区巷道顶板整体下沉量较小,巷中顶板最大下沉量约385 mm,平均下沉量约280 mm,巷中底鼓最大值545 mm,碎石巷帮无明显侧鼓现象,实体煤帮无明显片帮现象,满足安全和使用要求,巷道围岩变形在可控范围内,留巷效果良好。

关键词：千米深井切顶卸压沿空留巷恒阻大变形锚索

高温加热-液氮冷冲击处理后花岗岩声发射演化特征及损伤本构模型

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岩土工程学报 2024年

作者：薛熠张智豪刘嘉蔡承政张志镇高峰时旭阳张云西安理工大学西北旱区生态水利国家重点实验室中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室

通过液氮(LN2)压裂在储层中形成大规模裂隙网络，可以有效提高干热岩储层的热能提取效率。为研究液氮冷冲击作用对不同温度储层的压裂机理和致裂效果的影响，本文对经过高温加热(25℃-400℃)和液氮冷冲击处理后的花岗岩试样进行单轴压... 详细信息

通过液氮(LN2)压裂在储层中形成大规模裂隙网络，可以有效提高干热岩储层的热能提取效率。为研究液氮冷冲击作用对不同温度储层的压裂机理和致裂效果的影响，本文对经过高温加热(25℃-400℃)和液氮冷冲击处理后的花岗岩试样进行单轴压缩试验，分析了花岗岩力学强度及声发射等多项参数的演化特征，并进一步构建了考虑声发射参数的损伤本构模型，用于评价和预测高温加热-液氮冷冲击处理后花岗岩的变形和强度特征。结果表明，高温和液氮冷冲击的联合作用显著劣化了花岗岩力学性能，峰值强度逐渐降低，最大降幅达到32.8%。同时随着加热温度的升高，不同矿物颗粒之间的热膨胀变形存在差异，导致矿物颗粒之间变形不协调。随着初始加热温度的升高，声发射最大b值平均值显著上升，最大增幅达到32.2%，且声发射振铃计数的初始静默阶段对应的应变量大幅度降低，最大降幅达到54.3%。随着加热温度的升高，液氮冷冲击作用使得微裂纹的生长更为密集，花岗岩在外部荷载作用下，微裂隙不断扩展贯通，更容易形成剪切变形，发生剪切破坏的起始应力水平逐渐下降，最大降幅达到62.3%，同时RA-AF散点值在剪切区域占比增加，最大增幅达到29.5%。此外，本文以声发射振铃累计计数为变量构建了考虑声发射参数的损伤本构模型，能够描述不同高温和液氮冷冲击处理后花岗岩各力学参量在变形破坏过程中的演化特征。

关键词：花岗岩声发射高温加热-液氮冷冲击损伤破坏本构模型

基于围压因素的分级应力扰动下砂岩损伤破裂特性试验研究

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岩石力学与工程学报 2024年第3期43卷 542-555页

作者：杨圣奇杨景孙博文刘广建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 安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽淮南232001 绍兴文理学院浙江省岩石力学与地质灾害重点实验室浙江绍兴312099

受制于采掘活动的频繁应力扰动,地下工程围岩的稳定性问题日渐突出,严重制约了地下矿产资源的安全高效开采。为了探究不同埋深下岩体在应力扰动过程中的损伤破裂机制,以常规三轴试验为基础,开展4组围压下的分级应力扰动室内试验,基于力... 详细信息

受制于采掘活动的频繁应力扰动,地下工程围岩的稳定性问题日渐突出,严重制约了地下矿产资源的安全高效开采。为了探究不同埋深下岩体在应力扰动过程中的损伤破裂机制,以常规三轴试验为基础,开展4组围压下的分级应力扰动室内试验,基于力学分析、声发射分阶段定位及损伤评价指标演化特征,确定分级应力扰动下岩石力学的损伤劣化规律及细观裂纹发育特征,建立岩石损伤状态—微观裂纹发育特征—损伤评价指标变化三者之间的关联。结果表明:(1)分级应力扰动下,岩石峰值强度和峰值轴向应变随围压升高逐渐增大。应力扰动各阶段轴向应变增量均呈现初期小幅波动,中期缓慢增加,后期快速增加的趋势;平均弹性模量呈现初期小幅波动后快速降低的趋势。(2)围压通过限制裂纹扩展降低岩石损伤累积速率,高围压下岩石能承受更多级应力扰动,且恒压阶段蠕变特征更明显。(3)加载前期,岩石内部裂纹发育仅在既有损伤区域的重复压密破坏和临近区域少量微裂纹的发育,扰动后期随着轴力的升高会使得围压限制作用减弱造成裂纹快速扩展。(4)岩石内部在加载不同阶段微裂纹发育的数量、尺度的变化能有效的体现在声发射b值和ΔF值,与岩石损伤程度耦合度较高,可用来定量评估岩石损伤状态。研究结果可为工程岩体的围岩稳定和损伤评估提供一定的指导和借鉴。

关键词：岩石力学应力扰动力学特征裂纹发育声发射损伤指标

基于NPR锚索监测的顺层岩质边坡多阶变形规律研究

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岩石力学与工程学报 2024年第7期43卷 1763-1774页

作者：陈泓蓉龙建辉张吉宁陶志刚刘志军太原理工大学地球科学与工程系山西太原030024 山西冶金岩土工程勘察有限公司山西太原030002 中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 山西省柳林县自然资源局山西吕梁033300

山西煤系地层多发育砂泥岩互层的顺层岩质边坡,受降雨及地下水等影响,滑坡灾害较为频发。为研究含软弱夹层顺层岩质边坡在NPR锚索支护下的多阶变形规律,对于坡体受控于多条陡直贯通裂隙的边坡,基于极限平衡法,全面考虑坡脚临空面高度h... 详细信息

山西煤系地层多发育砂泥岩互层的顺层岩质边坡,受降雨及地下水等影响,滑坡灾害较为频发。为研究含软弱夹层顺层岩质边坡在NPR锚索支护下的多阶变形规律,对于坡体受控于多条陡直贯通裂隙的边坡,基于极限平衡法,全面考虑坡脚临空面高度h、岩层倾角β、坡面倾角α、滑体重度γ、滑面长度L,滑带软岩强度(c,φ)力学参数,建立力学分析模型,通过公式推导确定滑带岩土在软化及蠕变过程中不同强度参数下NPR锚索支护边坡的2种类型:整体稳定型和局部稳定型,从机制上分析强降雨过程中2种类型边坡的多阶变形规律。且由公式推导对是否设置NPR锚索的同等条件边坡失稳时滑面长度变化进行定性分析,得到对滑坡规模变化的影响,并对影响滑坡规模变化的参数敏感度进行分析;此外对设置NPR锚索的同等条件边坡,是否考虑水力作用,定性分析其失稳时滑面长度变化,得到对滑坡规模变化的影响。最后利用何满潮团队研发的滑坡地质灾害牛顿力远程监测预警系统在山西省柳林县禄聚茆滑坡的应用,得到监测数据所反映的实际预警结果与理论推导的边坡失稳模式相符,而进一步佐证相关理论研究。

关键词：边坡工程顺层岩质边坡多阶变形规律负泊松比锚索失稳模式监测预警

力-热耦合作用下煤岩动力学特性和破碎机理研究

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爆破 2024年

作者：李鹏龙罗宁索云琛柴亚博孙锐北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室

为了安全高效地进军深部煤炭资源开采，开展深地“三高一扰动”环境下煤岩的动态力学特性和破碎机理研究，采用自主改进的Φ50 mm高温同步分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统，对25～200 ℃温度下煤岩进行动态冲击试验研究，并改进ZWT粘... 详细信息

为了安全高效地进军深部煤炭资源开采，开展深地“三高一扰动”环境下煤岩的动态力学特性和破碎机理研究，采用自主改进的Φ50 mm高温同步分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统，对25～200 ℃温度下煤岩进行动态冲击试验研究，并改进ZWT粘弹性本构模型建立考虑温度效应的煤岩动态本构方程，基于有限差分-离散元数值模拟研究高温效应对煤岩裂纹发育规律及其动态强度的影响。研究表明：高温冲击作用下煤岩的动态应力应变曲线可划分为四个阶段：压密阶段、弹性阶段、裂纹增长阶段和软化失效阶段；随着温度的增加，煤岩的动态抗压强度和动态弹性模量劣化明显，失效应变呈现增加趋势，吸收能则呈现W型波动趋势；破碎粒径减小，分形维数则呈现明显的线性增加，抗压强度越低，破碎程度越高，破碎模式更为复杂；基于ZWT改进后的动态本构模型良好的表达高温冲击后的应力应变关系，但对压密阶段的表达不甚理想；模拟和试验结果显示煤岩在150 ℃高温后水成分和吸附气体活跃析出，煤基质受热膨胀破裂，出现明显细观裂纹，并逐渐发育为贯通裂纹，其中以剪切裂纹为主。煤岩在100 ℃下动态压缩的裂纹发育从受撞击面发育贯通，高温劣化煤岩强度。研究结论为“三高一扰动”深部复杂地况下煤炭资源安全高效开采提供基础理论支持。

关键词：深部煤岩力-热耦合分离式霍普金森压杆动态本构模型有限差分-离散元

定向剪切应力路径下类弱胶结软岩椭圆各向异性强度准则

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岩石力学与工程学报 2024年第5期43卷 1219-1229页

作者：刘家顺郑智勇左建平王洋生彦涛周妮辽宁工程技术大学土木工程学院辽宁阜新123000 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071

地下工程开挖卸荷引起的围岩应力重分布将影响弱胶结软岩强度,导致巷道围岩产生不均匀大变形,甚至造成塌方、冒顶等安全事故。以膨润土、风积砂、石膏粉和滑石粉为原料制备类弱胶结软岩试样,利用GDS SSHCA空心圆柱扭剪仪开展主应力定向... 详细信息

地下工程开挖卸荷引起的围岩应力重分布将影响弱胶结软岩强度,导致巷道围岩产生不均匀大变形,甚至造成塌方、冒顶等安全事故。以膨润土、风积砂、石膏粉和滑石粉为原料制备类弱胶结软岩试样,利用GDS SSHCA空心圆柱扭剪仪开展主应力定向剪切试验,研究大主应力方向对弱胶结软岩应力–应变曲线、峰值应力(变)和抗剪强度的影响规律,探索主应力方向诱导的弱胶结软岩强度各向异性特征。结果表明:当0°试验和纯剪试验确定模型参数并依据定向剪切试验结果验证模型的可靠性。研究成果可为地下工程围岩变形控制与灾害防治提供理论支撑。

关键词：岩石力学类弱胶结软岩各向异性椭圆强度准则定向剪切峰值剪应力比

GFRP管夹层灌浆修复锈蚀钢管T形节点有限元分析与承载力计算方法

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建筑结构学报 2024年

作者：常鸿飞严晓宇左文康宋心怡刘宁涛夏军武中国矿业大学江苏省土木工程环境灾变与结构可靠性重点实验室中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院

为研究GFRP管夹层灌浆（grout-filled GFRP tube，GFGT）修复锈蚀钢管T形节点的受压性能，建立了锈蚀修复节点的精细化有限元模型，并通过已有试验数据验证了其有效性，据此考察了节点几何构造、修复参数和主管端部应力对锈蚀修复节点... 详细信息

为研究GFRP管夹层灌浆（grout-filled GFRP tube，GFGT）修复锈蚀钢管T形节点的受压性能，建立了锈蚀修复节点的精细化有限元模型，并通过已有试验数据验证了其有效性，据此考察了节点几何构造、修复参数和主管端部应力对锈蚀修复节点受压承载力和修复效果的影响规律。参数分析结果显示：GFRP管越厚、修复后主管截面空心率越小、灌浆料强度越高、修复范围越长，GFGT修复效率更高，当支主管直径比为0.4、0.6和0.8，主管锈蚀率为30%时，优化修复参数配置最高可使支管受压承载力提升至未锈蚀状态的138%、147%和156%；主管端部应力对未修复与GFGT修复节点的影响规律一致，且修复后受影响程度更小。采用CIDECT设计指南与prEN规范中提出的计算方法可准确预测锈蚀受压节点承载力退化率，并通过试验数据验证了采用上述规范公式用于评估节点主管端部应力导致的承载力折减率的可行性，进一步提出了GFGT修复锈蚀圆钢管T形节点的受压承载力计算方法，可为锈蚀圆钢管T形节点的设计提供参考。

关键词：圆钢管节点锈蚀 GFRP管灌浆有限元分析承载力计算方法

基于广义Hoek-Brown准则的圆形巷道围岩弹塑性解析

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采矿与安全工程学报 2024年

作者：王红英张强吴培楠韩立军韩贵雷华北有色工程勘察院有限公司江苏建筑职业技术学院交通工程学院中国矿业大学力学与土木工程学院中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室

Hoek-Brown屈服准则广泛用于巷道围岩的弹塑性分析，但由于广义Hoek-Brown屈服准则的非线性，至今仍未获得基于该准则的圆形巷道围岩在静水压力作用下的弹塑性位移解析解。基于广义Hoek-Brown屈服准则和非关联流动特征，推导了圆形巷道... 详细信息

Hoek-Brown屈服准则广泛用于巷道围岩的弹塑性分析，但由于广义Hoek-Brown屈服准则的非线性，至今仍未获得基于该准则的圆形巷道围岩在静水压力作用下的弹塑性位移解析解。基于广义Hoek-Brown屈服准则和非关联流动特征，推导了圆形巷道围岩应力理论解；利用变量代换方法，将巷道塑性区围岩位移解表达式中以对数函数为底数的指数积分项表示为幂函数与指数函数乘积的形式；进而利用级数展开方法，将其转换为一系列幂函数之和的积分项，进而获得了塑性区围岩径向位移解析表达式。基于五种类型的理想弹（脆）塑性岩石算例，将推导的解析解与数值积分解、近似理论解进行了对比，验证了其正确性，该解析解可为广义Hoek-Brown屈服地层的圆形巷道弹塑性分析提供基准。

关键词：圆形巷道解析解弹塑性屈服准则 Hoek-Brown