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微波热力冲击下硬脆砂岩冲击倾向性演化规律试验研究

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矿业科学学报 2024年第2期9卷 209-216页

作者：滕腾贾文建易鹏赵毅鑫朱笑颜徐铎中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083 河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室河南焦作454000 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083 北京金诚信矿山技术研究院有限公司北京101500

冲击地压是深部资源开采的主要灾害类型,冲击倾向性是表征冲击地压风险的重要指标。为了探索微波热力冲击对岩石冲击倾向性的影响,本文对典型强冲击倾向性硬脆砂岩开展了微波热力冲击和单轴压缩试验,分析了微波热力冲击后砂岩的物理力... 详细信息

冲击地压是深部资源开采的主要灾害类型,冲击倾向性是表征冲击地压风险的重要指标。为了探索微波热力冲击对岩石冲击倾向性的影响,本文对典型强冲击倾向性硬脆砂岩开展了微波热力冲击和单轴压缩试验,分析了微波热力冲击后砂岩的物理力学性质和冲击倾向性指标响应规律。研究结果表明:(1)微波作用后,砂岩表面温度随着热力冲击时间增加持续升高,直至150 s发生热破断;(2)微波热力冲击120 s后,砂岩内部结构发生微破裂,岩石冲击倾向性明显减弱,纵波波速与弹性模量分别下降了15.12%、8%;(3)单轴压缩变形破坏过程各阶段声发射信号密度增大,砂岩最终破坏时的绝对能量最大值下降42.3%;(4)岩石动态破坏时间增长了259%,冲击能量指数减小95%,弹性能量指数下降92%,砂岩由强冲击性岩石变为弱冲击性岩石。研究结果为煤炭深部开采冲击地压防治和深地工程高效破岩具有参考价值。

关键词：冲击地压微波热力冲击冲击倾向性试验研究

深部综放开采软岩巷道切顶卸压自成巷技术研究

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煤炭工程 2024年第3期56卷 32-38页

作者：于滨高攀黑龙江龙煤鹤岗矿业公司鸟山煤矿黑龙江鹤岗154106 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

针对鸟山井田深部综放开采软岩巷道支护难度大的难题,阐释了深部岩层非线性的应力应变特征,在综放面采用切顶卸压自成巷技术,同时采用理论分析、数值模拟和工程试验,研究了深部留巷的可行性,将留巷过程分为三个区并提出了针对性控制对... 详细信息

针对鸟山井田深部综放开采软岩巷道支护难度大的难题,阐释了深部岩层非线性的应力应变特征,在综放面采用切顶卸压自成巷技术,同时采用理论分析、数值模拟和工程试验,研究了深部留巷的可行性,将留巷过程分为三个区并提出了针对性控制对策。将该技术在鸟山煤矿11031综放工作面回风巷道进行现场试验,现场监测结果表明:该巷道从掘进开始到回采结束,顶板下沉量表现出切缝侧大于巷中大于实体煤帮的规律,最大下沉量分别为155,128,81 mm,顶板离层量稳定时约119 mm,数值模拟结果表明切缝后顶板最大下沉量为175mm,有效控制了深部软岩巷道围岩变形,各项监测指标良好,验证了针对该综放面深部留巷设计的正确性。

关键词：深部煤层支护设计切顶卸压自成巷沿空留巷

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MICP加固花岗岩残积土的渗透特性

土木与环境工程学报(中英文) 2024年第5期46卷 38-46页

作者：王延宁黄龙剑陈前俞缙刘士雨汕头大学土木与智慧建设工程系广东省结构安全与监测工程技术研究中心中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室华侨大学福建省隧道与城市地下空间工程技术研究中心

MICP技术可以显著降低固化土壤的渗透系数，然而目前没有关于MICP固化土壤渗透系数的理论计算方法。基于理论推导和试验验证的方法，研究MICP加固花岗岩残积土的渗透特性，提出MICP加固花岗岩残积土的碳酸钙生成量和渗透系数理论表达式... 详细信息

MICP技术可以显著降低固化土壤的渗透系数，然而目前没有关于MICP固化土壤渗透系数的理论计算方法。基于理论推导和试验验证的方法，研究MICP加固花岗岩残积土的渗透特性，提出MICP加固花岗岩残积土的碳酸钙生成量和渗透系数理论表达式。假设MICP的反应速率线性衰减，通过酶促反应动力学方程得到MICP加固土体的CaCO3生成量，估算CaCO3晶体的粒径和个数，从而获得加固后试样的孔隙比、迂曲度和颗粒比表面积，代入修正的Kozeny-Carman方程，得到加固后土体的渗透系数理论表达式。与试验数据对比分析结果表明：CaCO3的产量早期增加快，后期增加变缓并逐渐趋于稳定；MICP加固土体的渗透系数其具有早期降低快，后期趋于平稳的特征。胶结液浓度为0.50、0.75、1.00、1.25 kmol/m3的试样渗透系数最终分别降低了35%、40%、45%和55%。提出的CaCO3含量表达式和渗透系数表达式与试验结果拟合良好，可为微生物加固的设计计算提供参考。

关键词：微生物诱导碳酸钙沉淀花岗岩残积土加固 Kozeny-Carman方程胶结作用

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强采动巷道断顶卸压稳定性控制机理及应用

科学技术与工程 2024年第17期24卷 7090-7098页

作者：刘光饶齐振敏杨位良刘建荣翟军存何晓青王慧孙延辉内蒙古上海庙矿业有限责任公司新上海一号煤矿鄂尔多斯016299 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 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

为解决强采动条件下巷道大变形难题,以新上海一号矿1806N工作面辅运顺槽为工程背景,采用实地勘探、理论分析、数值模拟的方法分析强采动巷道变形破坏原因及围岩大变形机理,提出相应的控制对策进行现场工业性试验。研究发现:1806N工作面... 详细信息

为解决强采动条件下巷道大变形难题,以新上海一号矿1806N工作面辅运顺槽为工程背景,采用实地勘探、理论分析、数值模拟的方法分析强采动巷道变形破坏原因及围岩大变形机理,提出相应的控制对策进行现场工业性试验。研究发现:1806N工作面辅运顺槽大变形主要影响因素为岩石强度低、节理裂隙发育、完整性差、顶板富水严重、围岩遇水泥化,强采动高集中应力。基于围岩大变形断顶控制机理,形成辅运顺槽深部爆破定向预裂断顶结合补强加固的设计方案。借助数值模拟对断顶及未断顶巷道应力变化规律进行对比分析,断顶巷道端头最大垂直应力14.6 MPa,断顶后巷道端头最大垂直应力12.5 MPa,断顶后端头处垂直应力减小14%,断顶具有一定切断应力传递及减小巷道收缩的效果。开展现场工业性试验,断顶后端头顶底板位移减小37%,两帮变形减小19%,底臌发育长度减小92%,结果表明断顶可有效减少端头巷道变形以及超前底臌发育长度和高度,可为相似工程地质条件巷道建设提供参考。

关键词：强采动断顶卸压巷道支护软岩

基于声发射特征的不同高径比矸石胶结充填柱单轴压缩损伤演化

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工程科学学报 2024年第8期46卷 1370-1380页

作者：郑远翔杜献杰冯国瑞巨峰李晓磊王广辉太原理工大学矿业工程学院太原030024 山西浙大新材料与化工研究院太原030032 矿山岩层控制及灾害防控山西省重点实验室太原030024 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室徐州221116 郑州煤炭工业(集团)有限责任公司郑州450042 山西能源学院晋中030604

为研究高径比对矸石胶结充填柱单轴压缩性能的影响,本实验制备了高径比为0.5~4.0的5组圆柱体试件进行单轴压缩试验,同时利用数字图像相关技术(DIC)和声发射进行监测,探讨了不同高径比充填柱的破坏特征.研究表明:矸石胶结充填柱的峰值应... 详细信息

为研究高径比对矸石胶结充填柱单轴压缩性能的影响,本实验制备了高径比为0.5~4.0的5组圆柱体试件进行单轴压缩试验,同时利用数字图像相关技术(DIC)和声发射进行监测,探讨了不同高径比充填柱的破坏特征.研究表明:矸石胶结充填柱的峰值应力和峰值应变都会随着高径比的增大而减小,并与高径比呈指数关系;充填柱的破坏形式在高径比大于2.0后从整体破坏转为局部破坏,局部应变大于16%可以导致充填柱整体失稳;充填柱的高径比从1.0升高到4.0,损伤程度下降到11%;充填柱在累计振铃计数快速上升区中的破坏占总破坏的比例随高径比的增大从22.6%增加到72.3%,高径比大于2.0时该比例达到40.9%且上升速度加快,破坏的集中程度较高;声发射最终累积振铃计数先随着高径比增大而增大,在高径比为2.0以后开始减小,且高径比对振铃集中出现的位置有较大影响;用声发射能量与振铃计数的比值(E/C)反应能量释放剧烈程度,平均E/C随高径比增大从1.26增大到2.76,高径比大于2.0时峰后能量释放较为剧烈.试验结果可以为结构充填开采中充填柱高径比的选取提供参考.

关键词：矸石胶结充填柱高径比表观应变累计振铃计数声发射能量

冻融过程中冰水相变对非饱和粉土动力学性能的影响

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岩石力学与工程学报 2024年第7期43卷 1799-1808页

作者：张玉芝王玺王盟王建州梁少杰潘晓天石家庄铁道大学河北省大型结构健康诊断与控制重点实验室河北石家庄050043 石家庄铁道大学大型基础设施性能与安全省部共建协同创新中心河北石家庄050043 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 石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050043

冻融过程中,温度引起未冻水含量和含冰量的变化,进而影响冻融期间土体动力性能。基于此,采用朔黄重载铁路路基细粒填料——非饱和粉土,结合列车实际运营情况,开展冻结和融化过程中,不同初始含水率(10%,14%,18%)试样的核磁共振与温控动... 详细信息

冻融过程中,温度引起未冻水含量和含冰量的变化,进而影响冻融期间土体动力性能。基于此,采用朔黄重载铁路路基细粒填料——非饱和粉土,结合列车实际运营情况,开展冻结和融化过程中,不同初始含水率(10%,14%,18%)试样的核磁共振与温控动三轴试验,分析冻融过程中非饱和粉土未冻水质量含水率、含冰量与动弹性模量的关系,尝试探究土中冰水相变对宏观动力学特性的影响。主要结论如下:(1)降温过程中,从冻结温度降温至过冷温度过程中,未冻水含量大幅减少,含冰量和动弹性模量快速增加;之后随着温度持续降低,未冻水含量缓慢降低,含冰量和动弹性模量缓慢增加;继续降温至-15℃的过程中,发生相变的水分有限,且最终均有1%左右的液态水存在;(2)土体处于融化状态时,由于自由水的润滑作用,试样动弹性模量随初始含水率升高而降低;土体处于冻结状态时,由于冰胶结力作用,且冰在试样中的赋存状态不同,导致初始含水率14%试样冻结后的动弹性模量最大,初始含水率10%试样次之,初始含水率18%试样最小;(3)3组试样在冻融过程中均体现出动弹性模量与未冻水含量成反比、与含冰量成正比的规律。

关键词：土力学核磁共振温控动三轴未冻水含冰量动弹性模量

深部软岩巷道围岩与锚喷U型钢支护结构相互作用研究

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煤炭科学技术 2024年第7期52卷 23-36页

作者：孟庆彬宋子鸣刘滨黄炳香浦海王从凯辛学奎中国矿业大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室江苏徐州221116 中国科学院武汉岩土力学研究所岩石力学与工程国家重点试验室湖北武汉430071

收敛-约束法(特性曲线法)是将理论解析、现场实测、工程经验相结合的一种地下工程结构设计方法,是目前分析围岩-支护相互作用关系及开展支护优化设计的常用方法。基于收敛-约束法的基本原理,总结给出了经典的支护特征与支护结构变形方程... 详细信息

收敛-约束法(特性曲线法)是将理论解析、现场实测、工程经验相结合的一种地下工程结构设计方法,是目前分析围岩-支护相互作用关系及开展支护优化设计的常用方法。基于收敛-约束法的基本原理,总结给出了经典的支护特征与支护结构变形方程,理论计算获得了喷射混凝土、锚杆(索)、U型钢支架等支护结构的支护特征曲线,分析了支护结构的几何尺寸(直径、长度)、间排距、材料强度等参数对支护压力的影响特征;随着喷射混凝土厚度及强度等级的增加,喷射混凝土提供的支护刚度和支护压力逐渐增大;随着锚杆(索)直径、长度、杆体材料强度的增加及间排距的减小,锚杆的支护压力显著增加;U型钢支架的排距越小及材料强度越大,其提供的支护压力越大。采用FLAC^(3D)内嵌的莫尔库伦应变软化本构模型,建立了考虑岩石峰后应变软化与扩容特性的深部软岩巷道数值分析模型,计算获得了不同应力状态下巷道纵剖面变形曲线、围岩特征曲线,分析了锚喷、锚杆(索)喷、锚喷U型钢等3种联合支护技术对深部巷道围岩大变形控制的适用性,验证了锚喷U型钢联合支护技术应用于深部巷道支护工程的可行性。考虑岩石峰后应变软化与扩容特性的应变软化本构模型和经典的莫尔库伦本构模型的数值模拟结果相差较大,采用莫尔库伦本构模型的数值模拟结果保守,支护结构提供的支护压力无法满足深部巷道稳定性控制要求,支护后巷道围岩变形较大甚至会发生冒顶、片帮等安全事故。

关键词：深部巷道收敛-约束法围岩-支护相互作用巷道支护

黄土层地区环向水耦合爆破地震勘探技术的振动响应特征研究

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煤炭学报 2024年

作者：王雁冰付代睿申有义冯阿建郑文海王健龙中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院深部岩土力学与地下工程国家重点实验室自然资源部矿业城市自然资源调查监测与保护重点实验室山西省煤炭地质物探测绘院有限公司

为解决传统爆炸震源在黄土层等特殊地形条件下获得的地震资料信噪比和结果准确性低的问题，采用环向水耦合爆破方法激发人工地震，开展现场试验。通过爆破测振仪监测地表振动响应，分析质点振动速度随爆心距变化规律，结合希尔伯特黄变... 详细信息

为解决传统爆炸震源在黄土层等特殊地形条件下获得的地震资料信噪比和结果准确性低的问题，采用环向水耦合爆破方法激发人工地震，开展现场试验。通过爆破测振仪监测地表振动响应，分析质点振动速度随爆心距变化规律，结合希尔伯特黄变换分析速度振动信号的时间-频率-能量特征；通过检波器获取环向水耦合单炮地震结果，采用双曲线时窗评级目的层连续性，结合能量、信噪比等指标评价地震资料可靠性。研究结果表明：环向水耦合爆破方法下的地表质点振动速度峰值大，传统爆破质点振动速度峰值为2.29cm/s，多组水耦合爆破质点振动速度峰值的平均值为3.304cm/s，提升幅度达44.3%；速度峰值随爆心距增大的衰减速度慢，能在一定程度上缓解地震波在黄土区域传播带来的能量损失耗散；EMD分解后得到的各阶IMF分量与原信号的相关性及频带能量均呈现正态分布特点，首尾模态低，中间模态高。传统爆破方式振动信号瞬时能量峰值可达3.13cm2·Hz/s2，环向水耦合爆破则为13.56cm2·Hz/s2，振动信号瞬时能量远远大于传统爆破方式；环向水耦合爆破在目的层双曲线时窗范围内的地震波主频、能量、信噪比三组指标均大于传统爆破方式，三指标分别提升了55.9%、33.3%和12.11%，水耦合爆破条件下的地震资料质量更高。环向水耦合爆破的质点振动速度峰值大、衰减慢、地震资料双曲线目的层连续性好。

关键词：环向水耦合爆破地震勘探希尔伯特黄变换地震波能量利用效率

岩石强度理论及不同拉压应力状态下岩石强度试验研究现状

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岩石力学与工程学报 2024年第4期43卷 890-906页

作者：何鹏飞何满潮李鑫陶志刚刘冬桥中国矿业大学(北京)隧道工程灾变防控与智能建养全国重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)深地空间科学与工程研究院北京100083

岩石强度理论对不同尺度的岩石工程稳定性分析具有重要的理论意义与工程价值,其发展与岩石在不同拉压应力状态下的强度试验研究息息相关。尽管岩石在拉压应力的作用下强度特性差异很大,但目前对其强度理论及不同应力状态下强度试验的研... 详细信息

岩石强度理论对不同尺度的岩石工程稳定性分析具有重要的理论意义与工程价值,其发展与岩石在不同拉压应力状态下的强度试验研究息息相关。尽管岩石在拉压应力的作用下强度特性差异很大,但目前对其强度理论及不同应力状态下强度试验的研究多关注三向受压应力状态。进行了如下系统综述:在阐述金属和土体相关强度理论的基础上,介绍岩石强度理论的发展历程及研究进展;与岩石强度理论发展相协调的不同拉压应力状态下岩石强度试验的研究现状;进而分析了现有岩石强度测试所覆盖的应力状态分区及9种岩石强度理论所定义的3个特征拉伸强度的区别;最后对岩石强度理论及不同拉压应力状态下岩石强度试验研究中尚未解决的问题进行讨论总结并对未来研究工作进行了展望。

关键词：岩石力学强度理论应力状态破坏拉伸