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不同进料流量下深锥浓密机给料井流场特性可视化试验研究

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矿业研究与开发 2024年第1期44卷 19-24页

作者：王少勇武鹏杰张敏杰吴爱祥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 金诚信矿业管理股份有限公司北京100070

全尾砂颗粒群在深锥浓密机给料井内的絮凝沉降行为是固液分离的关键环节。为探究给料井内流场特性,从而提高尾砂深度脱水性能,基于给料井亚克力相似模型、粒子成像测速技术和絮团示踪技术,设计了一套深锥浓密机给料井内流场特性可视化... 详细信息

全尾砂颗粒群在深锥浓密机给料井内的絮凝沉降行为是固液分离的关键环节。为探究给料井内流场特性,从而提高尾砂深度脱水性能,基于给料井亚克力相似模型、粒子成像测速技术和絮团示踪技术,设计了一套深锥浓密机给料井内流场特性可视化试验系统,并对不同进料流量下给料井原位絮凝体系下的全尾砂颗粒群流场进行了可视化研究。研究结果表明:随着进料流量的增加,相对停留率和湍动能衰减率整体上逐渐增大并趋于稳定,且进料流量存在极限最优值;当进料流量过小时,进料初始动能不足,全尾砂无法充分在给料井内做螺旋运动,絮凝效果较差;当进料流量过高时,给料井出口湍动能仍较大,破坏已完成絮凝的颗粒群,絮凝效果也较差。

关键词：膏体充填深锥浓密机给料井流场特性絮凝沉降粒子成像测速

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深部煤层非连续区地应力场反演方法

清华大学学报(自然科学版) 2024年

作者：周家兴王金安李飞清华大学水利水电工程系清华大学水圈科学与水利工程全国重点实验室清华大学水利部水圈科学重点实验室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

随着煤矿开采深度的增加,断层等非连续构造活化会对煤层安全高效开采带来巨大隐患,掌握精确的地应力场分布对于开采工程设计与施工、防灾减灾具有重要的指导意义。针对深部地应力场的非线性及非连续性特征,推导了正断层、逆断层和走滑... 详细信息

随着煤矿开采深度的增加,断层等非连续构造活化会对煤层安全高效开采带来巨大隐患,掌握精确的地应力场分布对于开采工程设计与施工、防灾减灾具有重要的指导意义。针对深部地应力场的非线性及非连续性特征,推导了正断层、逆断层和走滑断层区域地应力侧压力系数的稳定性判别式,并基于长短时记忆神经网络算法,提出了深部煤层非连续区的地应力场反演方法。该方法将不同时期的地应力资料作为时间序列进行优化学习,有效解决了深部实测地应力数据的非线性、离散性、多噪声等问题,确保了优良地应力数据信息长期记忆,不良地应力数据信息及时遗忘。以上海庙矿区鹰骏二号井田主副井区域为例,考虑了不同尺度断层的地应力场分布特征,反演得到详尽的地应力场分布。反演与实测地应力场的相关系数为0.945,平均误差为12.897%,地应力差值的标准差为2.000。因此,该方法可为深部煤层非连续区地应力场反演提供新的思路。

关键词：深部煤层非连续地应力场反演方法

基于G1法和云化物元模型的充填体稳定性评价

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矿业研究与开发 2024年第1期44卷 13-18页

作者：黄旭叶聪林陈家钊谭玉叶北京科技大学土木与资源学院北京100083 武钢资源集团大冶铁矿有限公司湖北黄石市435006 金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083

充填体是矿山充填开采的关键采场结构,其稳定性评判对矿山生产安全具有重要意义。针对目前充填体稳定性评价方法存在的模糊性和随机性的特点,提出了充填体稳定性综合评价方法。采用序关系分析法(G1法)和云化物元模型构建了充填体稳定性... 详细信息

充填体是矿山充填开采的关键采场结构,其稳定性评判对矿山生产安全具有重要意义。针对目前充填体稳定性评价方法存在的模糊性和随机性的特点,提出了充填体稳定性综合评价方法。采用序关系分析法(G1法)和云化物元模型构建了充填体稳定性综合评价模型,以大冶铁矿某充填体为工程背景,采用G1法确定指标权重,利用MATLAB计算单指标的云关联度及综合评价向量,由最大隶属度原则确定大冶铁矿充填体的稳定性等级。研究结果表明:采用充填体稳定性评价方法评价的充填体稳定性等级与实际情况相符,可为深部金属矿山充填体稳定性评价提供新思路及新方法。

关键词：充填体稳定性 G1法云化物元模型

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金川二矿区深部破碎站安全高效施工技术研究

矿业研究与开发 2024年第8期44卷 8-14页

作者：刘富堂齐鹏周伟杰张博金川集团工程建设有限公司矿山工程分公司甘肃金昌市737100 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

针对金川二矿区610m水平井下破碎站建设时面临的硐室周边工程地质条件复杂、岩体稳定性较差和岩体工程密度较大等问题,结合现场工程调研和前期地质勘察结果,确定了采用上斜坡接力导硐法,从大件道上斜坡接力导硐至硐室顶部后分层、分区... 详细信息

针对金川二矿区610m水平井下破碎站建设时面临的硐室周边工程地质条件复杂、岩体稳定性较差和岩体工程密度较大等问题,结合现场工程调研和前期地质勘察结果,确定了采用上斜坡接力导硐法,从大件道上斜坡接力导硐至硐室顶部后分层、分区下刷完成硐室的深部破碎站高效施工技术方案.其技术参数为:导硐开挖断面宽和高分别为4.00 m、3.75m,导硐坡度为22°26′51″,3个分层高度分别为4.2 m、3.5m和4.7m.同时,通风系统、出毛系统、动力系统和辅助设备4个方面经过系统配置后可确保破碎硐室顺利施工.最后,对破碎硐室施工技术参数、施工顺序和工序进行优化调整,保障了其与周边相邻工程的顺序衔接.工程实施结果表明,该设计方案合理,硐室稳定性较好,突破了在工程地质复杂、岩体稳定性差和岩体工程密度大等条件下进行施工的技术难题,可为相关领域提供技术借鉴和参考.

关键词：井下破碎站金川二矿区安全高效施工导硐

动载下玄武岩纤维混凝土能量耗散特征与破坏损伤规律

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硅酸盐通报 2024年第2期43卷 456-465页

作者：王莉姜世超水电水利规划设计总院有限公司北京100120 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 中铁十六局集团地铁工程有限公司北京100029

本文基于分离式霍普金森压杆试验装置,在4种不同的应变率下研究了4种不同玄武岩纤维掺量混凝土的破坏行为和能量耗散特征。结果表明:随应变率的增加,不同玄武岩纤维掺量混凝土的分形维数均线性增加,掺入纤维会降低分形维数增长的速率;... 详细信息

本文基于分离式霍普金森压杆试验装置,在4种不同的应变率下研究了4种不同玄武岩纤维掺量混凝土的破坏行为和能量耗散特征。结果表明:随应变率的增加,不同玄武岩纤维掺量混凝土的分形维数均线性增加,掺入纤维会降低分形维数增长的速率;混凝土的入射能、反射能、耗散能均呈线性增长趋势,透射能呈轻微下降趋势。随纤维掺量的增加,不同应变率下玄武岩纤维混凝土的分形维数先增大后减小,耗散能密度呈先增大后减小再增大的“S”形趋势。随着分形维数的增长,不同玄武岩纤维掺量混凝土的耗散能密度均呈线性增长。当纤维体积分数为0.1%时,混凝土的性能最优,可承受的损伤最大。

关键词：玄武岩纤维混凝土分离式霍普金森压杆能量耗散分形维数应变率纤维掺量

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超深井长距离充填管道冲洗水用量计算模型

矿业研究与开发 2024年第6期44卷 181-188页

作者：白龙剑王胜开王勇兵王洪江严庆文茶强华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 云南驰宏锌锗股份有限公司云南曲靖市654212

清洁的充填管道不仅可以降低膏体输送的沿程阻力,还能够避免管道堵塞事故的发生。为了研究管道长度、充填倍线、洗管水流量和料浆质量分数对洗管水用量的影响规律,采用自制的充填管道清洗试验装置开展了管道清洗试验。结果表明:洗管水... 详细信息

清洁的充填管道不仅可以降低膏体输送的沿程阻力,还能够避免管道堵塞事故的发生。为了研究管道长度、充填倍线、洗管水流量和料浆质量分数对洗管水用量的影响规律,采用自制的充填管道清洗试验装置开展了管道清洗试验。结果表明:洗管水用量与被冲洗管道体积之间存在比例系数I,I为0.87~1.60。洗管水用量随管道长度的增加呈线性增长,随充填倍线的增加呈幂函数增长,随流量的增加呈幂函数降低,随料浆质量分数的增加呈线性减小。洗管水流速存在一临界值,此时洗管水对管内残余膏体的剪应力等于其屈服应力,洗管水由层流转换为湍流。基于比例系数I将模型试验构建的洗管水用量计算模型扩展到工业原型,并利用实测数据验证了该模型的可靠性,洗管水预测误差小于10%。

关键词：洗管水用量充填管道管道清洗计算模型临界流速

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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深井自然风压数值模拟及计算模型研究

有色金属工程 2024年

作者：杜翠凤董昉李正灿李思彤王鹏飞王远北京科技大学土木与资源工程学院金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室山东省安全生产技术服务中心山东黄金矿业(鑫汇)有限公司

对处于基建期的鑫汇金矿自然风压进行现场测试，获取夏季及冬季自然风压数值。采用fluent软件进行建模，用现场测得的自然风压数据验证模型的可靠性。在此基础上，通过正交模拟实验探究入风温度、热源热量、地温梯度、相对湿度对深井自... 详细信息

对处于基建期的鑫汇金矿自然风压进行现场测试，获取夏季及冬季自然风压数值。采用fluent软件进行建模，用现场测得的自然风压数据验证模型的可靠性。在此基础上，通过正交模拟实验探究入风温度、热源热量、地温梯度、相对湿度对深井自然风压的影响。极差分析结果表明，各因素对深井自然风压的影响程度为：冬季入风温度>热源热量>地温梯度>相对湿度；夏季热源热量>入风温度>地温梯度>相对湿度。利用SPSS软件对正交实验数据进行拟合，并结合现场实测数据，建立了鑫汇金矿深井自然风压计算模型，为鑫汇金矿深部矿区通风系统的设计和风机选型提供了理论依据。

关键词：深井自然风压基建期矿井数值模拟

基于深度学习的深部复杂地应力场反演算法研究

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岩石力学与工程学报 2024年第4期43卷 1040-1040页

作者：周家兴清华大学水利水电工程系北京100084 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

地应力场是各类地质灾害的主要诱发因素,对岩体的变形机制与稳定性分析起到控制作用,也是进行岩土工程和采矿工程设计、建设与动力性灾害防治的重要依据。随着地下空间的开发利用向着规模更大、埋藏更深的趋势发展,大量的深部工程都不... 详细信息

地应力场是各类地质灾害的主要诱发因素,对岩体的变形机制与稳定性分析起到控制作用,也是进行岩土工程和采矿工程设计、建设与动力性灾害防治的重要依据。随着地下空间的开发利用向着规模更大、埋藏更深的趋势发展,大量的深部工程都不可避免的面临复杂的工程地质条件和高量值的地应力状态。深部地质体应力场的影响因素众多,地质构造、温度、渗透压力与地质演化发展史对地应力的方向、量值均有显著影响。随着工程深度的增加,受工程扰动影响,地质状况会变得更加复杂,工程灾害也会随之发生,如岩爆、矿压显现加剧、巷道围岩大变形、流变等,然而,地应力水平的增加和地应力状态的改变是造成这些工程灾害的根本原因。在深部工程建设前,准确地掌握地应力场的分布状态,可有效的指导工程的设计、安全施工和灾害控制,对地下工程的设计与施工意义深远。现场实测是获取区域地应力场的直接的方法,但因费用高和点位测量精度低等因素,无法大规模开展测量工作。为此,基于现场钻孔测量的个别离散点应力测量结果,采用数学和物理相结合的方法对区域地应力分布的推算和拓展成为一个切实可靠的方法。为了更精确地反演与构建深部复杂地质条件下地应力场的分布,本文主要开展了以下几方面的工作:(1)建立深部复杂条件下的地质体应力场反演算法—深度信息学习算法①深度信息学习算法中的非连续与连续优化学习体可对地应力场的局部非连续信息特征信息和区域连续性特征信息进行挖掘与学习,保障了深部复杂地应力场整体与局部的反演精度。②深度信息学习算法中的子监督学习体可对地应力场训练误差与计算模型概化误差进行有效表征与利用。③深度信息学习算法中的交互式学习体可对各工况地应力场优化后的算法模型进行集成,集成后的模型算法具有各子算法模型中的优势信息融合与不良信息摒弃的功能,从而确保迭代计算过程收敛至全局最优解。(2)分析深部地质构造与地应力场分布特征的关系研究,提出深部构造区地应力场的特征信息提取与解析方法①收集230组深部煤系地层地应力场实测数据和132组深部金属矿地层地应力场实测数据,通过数理统计与分析的方法,获得2类地层深部范围内的地应力场分布规律。②采用模糊数学和数理统计的方法,建立地质构造对测点地应力场的影响度的定量化表征方法,以及应力信息粒子生成方法。③基于弹塑性理论与板块运动学说,推导深部褶皱构造与断裂构造形成的临界条件与区域地应力场分布。④建立能够有效解析深部复杂地应力场的非连续性构造载荷与自重载荷条件,以及对含有断层与褶皱构造的复杂地应力场的解析方法。(3)建立多场耦合条件下的地应力场非线性计算方法①系统地分析深部地质体温度场–渗流场–地应力场的耦合作用机制,以及岩体温度场和渗流场对地应力场的影响机制。②阐明深部岩体多场耦合作用规律,建立深部岩体多场耦合作用下的非线性地应力场迭代计算方法。(4)提出多尺度地应力场反演与重构的计算方法,实现了跨尺度地应力场特征信息的解析与迭代计算①分析地应力场的微观与宏观的尺度特征,提出五级尺度地质体的概念模型。②基于地层、地质构造及岩性的尺度间差异性特征,建立地质体多尺度表征方法。③针对不同尺度下的地应力场形成机制与分布特征,建立多尺度地应力场载荷边界条件。④探究多尺度地质体地应力场分布的异同性,建立不同尺度地质体模型区块链接方法与跨尺度深度信息学习算法。

关键词：岩石力学地应力场深度学习地质构造多场耦合多尺度