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Interaction mechanism of the interface between a deep buried sand and a paleo-weathered rock mass using a high normal stress direct shear apparatus 被引量:4
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作者 Bai Hanying Li Wenping +2 位作者 Ding Qingfeng Wang Qiqing Yang Dongdong 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI CSCD 2015年第4期623-628,共6页
In order to evaluate the feasibility of safe mining close to the contact zone under reduced security coal pillar conditions at a coal mine in eastern China, the interaction mechanism of the interface between deep buri... In order to evaluate the feasibility of safe mining close to the contact zone under reduced security coal pillar conditions at a coal mine in eastern China, the interaction mechanism of the interface between deep buried sand and a paleo-weathered rock mass was investigated in the laboratory by direct shear testing. A DRS-1 high pressure soil shear testing machine and orthogonal design method were used in the direct shear tests. Variance and range methods were applied to analyze the sensitivity of each factor that has an influence on the mechanical characters of the interface. The test results show that the normal pressure is the main influencing factor for mechanical characteristics of the interface, while the lithological characters and roughness are minor factors; the shear stress against shear displacement curve for the interface shows an overall hyperbola relationship, no obvious peak stress and dilatancy was observed.When the normal pressure is 6 MPa, the shear strengths of interfaces with different roughness are basically the same, and when the normal pressure is more than 8 MPa, the larger the roughness of the interface, the larger will be the shear strength; the shear strength has a better linear relationship with the normal pressure, which can be described by a linear Mohr–Coulomb criterion. 展开更多
关键词 Deep buried sand coal series Paleo-weathered rock mass Roughness of interface Mohr-Coulomb criterion
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Application of wavelet packet decomposition and its energy spectrum on the coal-rock interface identification 被引量:3
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作者 任芳 杨兆建 +1 位作者 熊诗波 梁义维 《Journal of Coal Science & Engineering(China)》 2003年第1期109-112,共4页
The theory and method of wavelet packet decomposition and its energy spectrum dealing with the coal rock Interface Identification are presented in the paper. The characteristic frequency band of the coal rock signal c... The theory and method of wavelet packet decomposition and its energy spectrum dealing with the coal rock Interface Identification are presented in the paper. The characteristic frequency band of the coal rock signal could be identified by wavelet packet decomposition and its energy spectrum conveniently, at the same time, quantification analysis were performed. The result demonstrates that this method is more advantageous and of practical value than traditional Fourier analysis method. 展开更多
关键词 coal rock interface identification (CII) wavelet packet energy spectrum
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Failure characteristics of three-body model composed of rock and coal with different strength and stiffness 被引量:15
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作者 赵增辉 王渭明 +1 位作者 代春泉 严纪兴 《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》 SCIE EI CAS CSCD 2014年第5期1538-1546,共9页
Four different types of three-body model composed of rock and coal with different strength and stiffness were established in order to study the failure characteristics of compound model such as roof-coal-floor. Throug... Four different types of three-body model composed of rock and coal with different strength and stiffness were established in order to study the failure characteristics of compound model such as roof-coal-floor. Through stress analysis of the element with variable strength and stiffness extracted from the strong-weak interface, the tri-axial compressive strength of the weak body and strong body near the interface as well as the areas away from the contact surface was found. Then, on the basis of three-dimensional fast Lagrangian method of continua and strain softening constitutive model composed of Coulomb-Mohr shear failure with tensile cut-off, stress and strain relationship of the four three-body combined models were analyzed under different confining pressures by numerical simulation. Finally, the different features of local shear zones and plastic failure areas of the four different models and their development trend with increasing confining pressure were discussed. The results show that additional stresses are derived due to the lateral deformation constraints near the strong-weak interface area, which results in the strength increasing in weak body and strength decreasing in strong body. The weakly consolidated soft rock and coal cementation exhibit significant strain softening behavior and bear compound tension-shear failure under uni-axial compression. With the increase of confining pressure, the tensile failure disappears from the model, and the failure type of composed model changes to local shear failure with different number of shearing bands and plastic failure zones. This work shows important guiding significance for the mechanism study of seismic, rock burst, and coal bump. 展开更多
关键词 three-body model composed of rock and coal strength near strong-weak interface local shear band plastic failure zone
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Fracture behaviors of columnar jointed rock mass using interface mechanics theorem 被引量:1
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作者 Wei Gao Shuangshuang Ge Chengjie Hu 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2023年第11期2877-2891,共15页
For a special geological structure of columnar jointed rock mass(CJRM),its mechanical properties are strongly affected by the columnar joints.To describe the fracture behaviors of CJRM using the basic theories of inte... For a special geological structure of columnar jointed rock mass(CJRM),its mechanical properties are strongly affected by the columnar joints.To describe the fracture behaviors of CJRM using the basic theories of interface mechanics for composite materials,the interface stresses of the vertical and horizontal joints,which are the two primary joints in the CJRM under triaxial compression,are studied,and their mathematical expressions are derived based on the superposition principle.Based on the obtained interface stresses of the vertical and horizontal joints in the CJRM,the crack initiation of the joint interface in the CJRM is studied using the maximum circumferential stress theory in fracture mechanics.Moreover,based on this investigation,the fracture behaviors of CJRM are analyzed.According to the results of similar material physical model tests for the CJRM,the theoretical study is verified.Finally,the influence of the mechanical parameters of the CJRM on the joint interface stress is discussed comprehensively. 展开更多
关键词 Columnar jointed rock mass(CJRM) Joint interface stress interface mechanics Crack initiation stress Fracture behaviors
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Coal–rock interface detection on the basis of image texture features 被引量:20
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作者 Sun Jiping Su Bo 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI 2013年第5期681-687,共7页
Based on the stability and inequality of texture features between coal and rock,this study used the digital image analysis technique to propose a coal–rock interface detection method.By using gray level co-occurrence... Based on the stability and inequality of texture features between coal and rock,this study used the digital image analysis technique to propose a coal–rock interface detection method.By using gray level co-occurrence matrix,twenty-two texture features were extracted from the images of coal and rock.Data dimension of the feature space reduced to four by feature selection,which was according to a separability criterion based on inter-class mean difference and within-class scatter.The experimental results show that the optimized features were effective in improving the separability of the samples and reducing the time complexity of the algorithm.In the optimized low-dimensional feature space,the coal–rock classifer was set up using the fsher discriminant method.Using the 10-fold cross-validation technique,the performance of the classifer was evaluated,and an average recognition rate of 94.12%was obtained.The results of comparative experiments show that the identifcation performance of the proposed method was superior to the texture description method based on gray histogram and gradient histogram. 展开更多
关键词 coalrock interface detection TEXTURE Gray level co-occurrence matrix Feature selection Fisher discriminant method Cross-validation
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STUDY ON THE COAL-ROCK INTERFACE RECOGNITION METHOD BASED ON MULTI-SENSOR DATA FUSION TECHNIQUE 被引量:7
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作者 Ren FangYang ZhaojianXiong ShiboResearch Institute of Mechano-Electronic Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024, China 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2003年第3期321-324,共4页
The coal-rock interface recognition method based on multi-sensor data fusiontechnique is put forward because of the localization of single type sensor recognition method. Themeasuring theory based on multi-sensor data... The coal-rock interface recognition method based on multi-sensor data fusiontechnique is put forward because of the localization of single type sensor recognition method. Themeasuring theory based on multi-sensor data fusion technique is analyzed, and hereby the testplatform of recognition system is manufactured. The advantage of data fusion with the fuzzy neuralnetwork (FNN) technique has been probed. The two-level FNN is constructed and data fusion is carriedout. The experiments show that in various conditions the method can always acquire a much higherrecognition rate than normal ones. 展开更多
关键词 coal-rock interface recognition (CIR) Data fusion (DF) MULTI-SENSOR
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不同粗糙度煤岩界面超低摩擦效应与声发射特征试验研究 被引量:3
7
作者 李利萍 胡学锦 +1 位作者 潘一山 孙媛涛 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1047-1056,共10页
为了揭示动载扰动作用下煤岩界面粗糙度对超低摩擦型冲击地压影响机制,采用自行研制的煤岩界面超低摩擦试验装置,以沈阳红阳三矿1082 m采深煤岩体为研究对象,通过改变煤块与砂岩块体表面粗糙度来模拟煤岩界面不同粗糙特性,以粗糙度系数... 为了揭示动载扰动作用下煤岩界面粗糙度对超低摩擦型冲击地压影响机制,采用自行研制的煤岩界面超低摩擦试验装置,以沈阳红阳三矿1082 m采深煤岩体为研究对象,通过改变煤块与砂岩块体表面粗糙度来模拟煤岩界面不同粗糙特性,以粗糙度系数表征煤岩界面粗糙程度,工作块体水平位移表征冲击过程中超低摩擦效应强度,声发射能量为工作块体摩擦滑动过程中的信号参数,进行应力波扰动下不同粗糙度煤岩界面超低摩擦试验.研究结果表明:(1)超低摩擦滑动过程中,工作块体水平位移、声发射能量计数以及累计能量曲线呈现出孕育阶段、激发阶段、稳定阶段变化特征;(2)煤岩界面粗糙度越小,工作块体水平位移和声发射能量峰值越大,煤岩界面越易发生超低摩擦效应;(3)不同煤岩界面粗糙度下,相比于其他扰动频率, 2 Hz时更易发生超低摩擦效应;(4)给出了声发射能量峰值与煤岩界面粗糙度系数对应关系.声发射能量峰值可以有效表征超低摩擦效应强度,可以用声发射能量峰值预测超低摩擦效应强度. 展开更多
关键词 煤岩界面 粗糙度 煤岩块体 超低摩擦效应 声发射信号
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煤的冲击倾向性对深部煤岩界面超低摩擦效应影响研究
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作者 李利萍 胡学锦 +1 位作者 潘一山 李明会 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1633-1642,共10页
为了揭示动载扰动下煤的冲击倾向性对超低摩擦型冲击地压的影响机制,以不同冲击倾向性煤块为研究对象,首先通过单轴压缩试验测定了煤样冲击倾向性,然后采用自行研制的煤岩界面超低摩擦试验装置,以煤块滑动位移、动能表征冲击过程中超低... 为了揭示动载扰动下煤的冲击倾向性对超低摩擦型冲击地压的影响机制,以不同冲击倾向性煤块为研究对象,首先通过单轴压缩试验测定了煤样冲击倾向性,然后采用自行研制的煤岩界面超低摩擦试验装置,以煤块滑动位移、动能表征冲击过程中超低摩擦效应强度,开展了应力波扰动下不同冲击倾向性煤块超低摩擦试验。研究结果表明:(1)超低摩擦效应强度受扰动频率影响存在频率显著影响区,强、弱、无冲击倾向性煤块频率显著影响区分别为2.5~3.5 Hz、2.0~3.0 Hz、1.5~2.5 Hz,频率显著影响区内煤岩界面更易发生超低摩擦效应。随着煤块冲击倾向性增强,频率显著影响区域整体右移。(2)超低摩擦效应强度与扰动幅值正相关,在高强度扰动下强冲击倾向性煤更易发生超低摩擦效应。(3)建立了有效弹性能释放速率指数与动能之间的拟合函数关系式,实现了用煤的冲击倾向性指标综合评价超低摩擦效应强度。 展开更多
关键词 应力波扰动 煤岩块体 冲击倾向性 煤岩界面 超低摩擦效应
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冰充填裂隙对冻结岩体压缩破坏特征的影响研究
9
作者 赵涛 冯云枫 +2 位作者 贾海梁 唐丽云 李国玉 《冰川冻土》 CSCD 2024年第4期1246-1258,共13页
冻结岩体的力学性质是决定冻结地层工程施工与运营安全的核心因素,而冻结岩体的力学性质由裂隙结构和冻结温度等条件决定。本文在常温和冻结条件下开展了含预制裂隙砂岩的力学实验,通过高速摄影技术对试样表面的裂纹起裂和扩展过程进行... 冻结岩体的力学性质是决定冻结地层工程施工与运营安全的核心因素,而冻结岩体的力学性质由裂隙结构和冻结温度等条件决定。本文在常温和冻结条件下开展了含预制裂隙砂岩的力学实验,通过高速摄影技术对试样表面的裂纹起裂和扩展过程进行了监测,基于实验结果着重讨论了冰充填裂隙对冻结岩体压缩破坏特征的影响机制。结果表明:(1)冻结没有改变试样强度随裂隙倾角的变化趋势,随裂隙倾角的增大,试样的强度均呈先减后增的趋势。强度最小值出现在裂隙倾角α=60°时,最大值出现在α=90°时;(2)在冻结状态下,试样的起裂模式随裂隙倾角的增加整体呈现“拉伸起裂→剪切起裂→拉伸起裂”的变化趋势,此外,相同裂隙倾角的试样在冻结状态下起裂的应力水平均高于在常温状态下;(3)冻结裂隙砂岩的力学性质受冻结作用和裂隙倾角双重控制。并进一步分析了冰填充裂隙对冻结岩体压缩破坏特征的影响,认为冰均起到了支撑、填充和黏结作用。在裂隙倾角较小时(0°~30°),裂隙冰的法向压力较高,强化效应主要来源于冰的支撑作用;当裂隙倾角较大(45°~75°)时,裂隙冰上的法向压力较低,强化效应主要来源于冰-岩界面黏结作用;裂隙倾角(近90°)与加载方向平行时,裂隙冰的法向应力变为拉应力,强化效应主要来源于冰-岩界面黏结作用。 展开更多
关键词 冻结岩体 夹冰裂隙 起裂与扩展 冰-岩界面 冻结强化
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煤岩组合体冲击倾向性对超低摩擦型冲击地压的影响机制
10
作者 李利萍 胡学锦 +1 位作者 潘一山 李明会 《采矿与岩层控制工程学报》 EI 北大核心 2024年第4期19-29,共11页
为揭示煤岩组合体冲击倾向性程度对超低摩擦型冲击地压的影响机制,以不同冲击倾向性煤岩组合体为研究对象,在对煤岩组合试件进行冲击倾向性测定的基础上,采用自行研制的煤岩界面超低摩擦试验装置,以发生超低摩擦效应时的水平位移、动能... 为揭示煤岩组合体冲击倾向性程度对超低摩擦型冲击地压的影响机制,以不同冲击倾向性煤岩组合体为研究对象,在对煤岩组合试件进行冲击倾向性测定的基础上,采用自行研制的煤岩界面超低摩擦试验装置,以发生超低摩擦效应时的水平位移、动能、摩擦力为指标,探究煤岩组合体冲击倾向性与垂直应力波扰动频率、扰动振幅之间的关系特征。研究结果表明:(1)受扰动频率影响,弱、强冲击倾向煤岩组合体易发生超低摩擦效应的频率显著影响区分别为2.0~3.0,2.5~3.5 Hz,且随着冲击倾向性程度的增强,频率显著影响区逐渐右移。(2)相比于弱冲击倾向性煤岩组合体,强冲击倾向性煤岩组合体发生超低摩擦效应时水平位移、动能和摩擦力降幅较大,煤块易发生超低摩擦滑动。(3)随着煤岩组合体剩余能量指数的增大,冲击倾向性程度逐渐增强,动能呈指数规律增大,煤块越易发生超低摩擦滑动。研究结果可为超低摩擦型冲击地压的预测和防治提供参考。 展开更多
关键词 煤岩组合体 冲击倾向性 剩余能量指数 煤岩界面 超低摩擦型冲击地压
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基于机器视觉的煤尘环境下掘进空间煤岩界面感知与精准识别 被引量:1
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作者 张云 童亮 +6 位作者 来兴平 曹胜根 闫保旭 刘永孜 孙浩强 杨彦斌 何伟 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期3276-3290,共15页
巷道掘进过程中煤岩识别技术是掘进机截割头自动调整的核心,同样是制约矿山智能化建设的关键难题之一。针对当前采掘失衡,掘进工作面缺乏成熟有效的煤岩识别方案,现有基于图像的煤岩识别模型存在分割精度差、无法灵活部署等问题,提出一... 巷道掘进过程中煤岩识别技术是掘进机截割头自动调整的核心,同样是制约矿山智能化建设的关键难题之一。针对当前采掘失衡,掘进工作面缺乏成熟有效的煤岩识别方案,现有基于图像的煤岩识别模型存在分割精度差、无法灵活部署等问题,提出一种应用在掘进工作面下基于图像分割的煤岩截割界面感知与精准识别方法。该方法结合掘进工作面实际截割情况,采用Mobile-NetV2特征提取网络作为DeepLabV3+的主干网络,使模型更好地兼顾分割精度和模型复杂度;将空洞空间卷积池化金字塔模块输出的高级特征进行通道注意力(SE)操作,分配通道权重以强化对重点特征信息的训练;在主干网络输出的浅层特征引入通道空间注意力(CA)机制,使浅层特征图中的低级表征信息加权,从而设计出融合双注意力机制于DeepLabV3+的煤岩截割界面识别模型。同时搭建煤尘环境下煤岩识别实验平台模拟掘进机截割后形成的煤岩截割面,研发巷道掘进过程中煤岩截割界面采集方法,并以实际矿井的掘进工作面为工程背景,验证该煤岩识别模型的分割精度以及实际应用性。研究结果表明:SE-CA-DeepLabV3+模型的平均交并比和平均像素精度分别为97.15%和98.51%,相较于其他模型具有更优的分割性能。将所建立模型对来自陕北试验矿井掘进工作面的原始煤岩图像进行验证,平均误差为0.7%,每秒传输帧数为43 fps,满足井下现场应用部署条件。 展开更多
关键词 煤岩截割界面 SE-CA-DeepLabV3+ 巷道掘进 煤岩识别平台 图像分割
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基于穿层钻孔声波远探测有限元方法的煤岩界面成像
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作者 徐宏阳 翟成 +6 位作者 夏济根 孙勇 董兴蒙 来永帅 余旭 徐吉钊 丛钰洲 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期118-129,共12页
小型地质构造是造成煤与瓦斯突出事故的主要因素,小构造的精准探测是亟需解决的关键问题。煤岩界面高精度探测是查明小构造,实现透明工作面的基础。声波远探测技术具有探测范围大、分辨率高、可成像等优点,能够实现对煤岩界面的精准识... 小型地质构造是造成煤与瓦斯突出事故的主要因素,小构造的精准探测是亟需解决的关键问题。煤岩界面高精度探测是查明小构造,实现透明工作面的基础。声波远探测技术具有探测范围大、分辨率高、可成像等优点,能够实现对煤岩界面的精准识别。为此,提出了基于穿层钻孔声波远探测的煤岩界面探测技术,通过在井下穿层钻孔内布置声波远探测仪,采集孔周煤岩分界面产生的阵列波形,并利用反射波信息反演获得煤岩界面成像图,进一步结合钻孔群,实现工作面的整体勘察。首先,利用COMSOL Multiphysics软件构建出煤系单极远探测数值模型;然后通过模型正演分析全波信号与波场快照的全时空变化规律;最后对远探测声波数据进行反演实现煤岩界面的偏移成像。正演结果表明:模型中煤层的纵波波速比顶底板岩层慢1.2 km/s左右,声波在煤层中传播时能量衰减得更快,同时声波穿过煤岩界面时会出现主频的漂移;当测点趋近于仪器从底板岩层向煤层过渡的位置时,直达波的变化特征为幅度的骤降与声时的增大,而界面反射波的特征为时间-深度域中倾斜同相轴的斜率改变。对采集到的波形数据进行滤波、波场分离、反射波增强、偏移成像四个步骤完成模型反演,成像结果与原始模型相似度高,煤岩界面倾角误差0.6°、煤厚误差0.212 m,穿层钻孔远探测声波有限元方法可以有效地反演出煤岩界面的位置和形态特征。该研究可为声波远探测技术应用于穿层钻孔煤岩界面识别提供基础理论支撑。 展开更多
关键词 声波远探测 煤岩界面成像 煤层小构造 穿层钻孔
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煤岩复合体水力压裂裂缝穿层扩展实验研究 被引量:2
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作者 苏广宁 《矿业安全与环保》 CAS 北大核心 2024年第2期18-24,共7页
为进一步研究煤岩复合体水力压裂过程中裂缝的穿层扩展规律,开展了真三轴煤岩复合体水力压裂实验,通过改变应力差、压裂管的布置方向及注水点位置来比较裂缝的扩展效果和起裂难度。研究结果表明:水压裂缝的扩展方向受制于最大主应力,当... 为进一步研究煤岩复合体水力压裂过程中裂缝的穿层扩展规律,开展了真三轴煤岩复合体水力压裂实验,通过改变应力差、压裂管的布置方向及注水点位置来比较裂缝的扩展效果和起裂难度。研究结果表明:水压裂缝的扩展方向受制于最大主应力,当最大水平主应力与最大垂直应力接近时,裂缝沿应力的合力方向扩展;应力差的增大有利于水压裂缝的穿层扩展,且穿层后的扩展距离增大,而对初始起裂压力和时间的影响较小;裂缝由岩层扩展进入煤层后,压裂压力会出现骤降与二次抬升,多数声发射事件位于煤层;若穿层失败,压力表现为持续波动。此外,在岩层中以垂直于交界面的方向布置压裂管,注水起裂点设在岩层中起裂难度较低,且穿层扩展后在煤层中形成的裂缝渗流通道较为完整,为工程中煤层增渗与顶板致裂卸压的应用提供理论基础。 展开更多
关键词 煤岩复合体 水力压裂 交界面 应力差 裂缝穿层扩展
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基于光滑粒子动力学顶煤放落与输送过程仿真研究
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作者 刘波 张强 +1 位作者 刘洋 董祥伟 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第9期47-58,共12页
目前针对综放开采中顶煤放出规律的数值模拟研究中,对于顶煤运动的连续-非连续性问题需复杂的耦合算法,必须解决煤岩界面信息精确交互问题,且忽略了刮板输送机输送过程。针对该问题,基于光滑粒子动力学构建了无网格数值计算模型,通过建... 目前针对综放开采中顶煤放出规律的数值模拟研究中,对于顶煤运动的连续-非连续性问题需复杂的耦合算法,必须解决煤岩界面信息精确交互问题,且忽略了刮板输送机输送过程。针对该问题,基于光滑粒子动力学构建了无网格数值计算模型,通过建立连续介质力学控制方程的光滑粒子动力学离散方程,并引入弹塑性土体本构模型和Drucker-Prager屈服准则,实现了顶煤坍塌、运移、放出过程的动态模拟。考虑采场实际放煤和输煤过程,构建了刮板输送机模型,模拟沿工作面水平方向顶煤放出和底煤输送过程,得到不同刮板输送机运行速度(0~1.5 m/s)下的煤岩界面和煤流速度变化规律。仿真结果表明:弹塑性土体本构模型可有效模拟颗粒的流动行为,通过设定摩擦角、弹性模量等材料参数,避免了传统离散元法模型的参数不定问题;煤流速度稳定后,放煤口附近的顶煤应力分布呈“双峰”形态;刮板输送机运行速度对放煤时间影响较大,但对终止的煤岩界面和放出体形状影响较小;多支架同时放煤需考虑刮板输送机的输送能力,不同支架之间的底煤输送干涉可能导致放煤口的堵塞效应;“见矸关门”准则导致不同放煤口放煤量存在差异,40个放煤口顶煤放出量的标准差(7.52 m^(2))高于自动放煤的标准差(1.93 m^(2))。 展开更多
关键词 综放开采 光滑粒子法 散煤颗粒 放煤-输送耦合 煤岩界面 煤流速度
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跨煤岩界面穿层压裂裂缝动态扩展特征试验研究
15
作者 李浩哲 姜在炳 +2 位作者 范宗洋 庞涛 刘修刚 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期737-749,共13页
针对跨煤岩界面穿层压裂裂缝动态扩展过程,采用相似材料制作煤岩组合体试件,开展三点弯曲试验、真三轴水力压裂物理模拟试验,分别结合数字散斑技术、声发射监测技术,捕捉裂缝的动态扩展特征,分析裂缝扩展形态及影响因素。结果表明:三点... 针对跨煤岩界面穿层压裂裂缝动态扩展过程,采用相似材料制作煤岩组合体试件,开展三点弯曲试验、真三轴水力压裂物理模拟试验,分别结合数字散斑技术、声发射监测技术,捕捉裂缝的动态扩展特征,分析裂缝扩展形态及影响因素。结果表明:三点弯曲试验中裂缝可从顶板直接进入煤层,裂缝在界面处未转向,增大预制裂缝长度试件断裂所需的峰值应力降低;真三轴水力压裂试验条件下,由于煤层塑性强,顶板内裂缝高度、长度均大于煤层,顶板内声发射事件比例高于煤层;在裂缝穿层扩展的前提下,增大水平井与煤层顶面距离会导致裂缝穿层扩展时间延长,提高压裂液注入排量可增大裂缝进入煤层的穿透深度,但是易导致缝高失控、缝长降低,提出采用变排量压裂施工,初期压裂液大排量注入促使裂缝纵向穿层,随后降排量促进裂缝在顶板和煤层内横向延伸;多裂缝同步起裂时缝间存在竞争扩展现象,部分裂缝可能无法穿层扩展。研究成果可为掌握裂缝跨煤岩界面穿层扩展特点、优化设计压裂施工参数提供理论支撑。 展开更多
关键词 煤岩界面 穿层压裂 动态扩展 数字散斑 声发射
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基于黏聚力单元的煤岩复合体水力压裂裂纹扩展规律研究 被引量:1
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作者 张照伟 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2024年第1期57-64,共8页
为分析煤岩复合体中水力裂缝扩展路径及演化规律,从应力场、煤岩交界面强度以及煤层层理倾角出发,基于黏聚力单元法建立了煤岩复合体水力压裂模型,分析了不同工况下煤岩复合体水力裂缝扩展规律。研究结果表明:煤岩复合体水压裂缝在上覆... 为分析煤岩复合体中水力裂缝扩展路径及演化规律,从应力场、煤岩交界面强度以及煤层层理倾角出发,基于黏聚力单元法建立了煤岩复合体水力压裂模型,分析了不同工况下煤岩复合体水力裂缝扩展规律。研究结果表明:煤岩复合体水压裂缝在上覆岩层中起裂后,随着垂向与水平应力差的逐渐增大,水力压裂裂缝受应力场的控制作用越来越显著;煤岩交界面强度较小时,水力裂缝在交界面中难以形成水压聚集达到煤层的开裂条件,煤岩交界面强度较大时能够在煤岩交界面中扩展一定距离并完成憋压,当压力达到煤层开裂条件时水压裂缝穿越煤岩交界面并诱导煤层起裂扩展;在煤层层理倾角30°条件下水力裂缝沿主应力方向形成主裂缝并沿层理方向形成次生分支裂缝;在不同地质条件下,应力场、煤岩交界面和煤体层理对水力裂纹的控制作用不同,可结合三者对水力裂纹的控制作用使其形成复杂的裂纹网络结构。 展开更多
关键词 煤岩复合体 水力压裂 交界面强度 黏聚力单元 裂纹扩展
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横向切槽几何形状对煤岩水力裂缝扩展影响分析
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作者 徐洲 谢昕 +1 位作者 孔祥伟 姜国富 《能源与环保》 2024年第5期257-262,270,共7页
为解决煤层渗透率低、抽采量小、抽采率低等特点的煤层气抽采难题,针对红庆河煤矿3-1煤层,考虑用试错法调整模型的细观参数来匹配煤样的宏观性质,建立了基于颗粒离散元程序的煤岩水力压裂流固耦合模型,采用颗粒粘结模型及光滑节理模型... 为解决煤层渗透率低、抽采量小、抽采率低等特点的煤层气抽采难题,针对红庆河煤矿3-1煤层,考虑用试错法调整模型的细观参数来匹配煤样的宏观性质,建立了基于颗粒离散元程序的煤岩水力压裂流固耦合模型,采用颗粒粘结模型及光滑节理模型模拟煤岩结构特征,研究了条形、三角形和正方形预制横向切槽对煤岩起裂难易程度和裂缝扩展形态的影响规律。模拟结果表明,预制横向切槽可驱使其附近裂缝沿着切槽定向起裂、扩展,在控制相同的水压且围压比为1.0等变量的条件下,条形切槽的煤岩水力压裂裂缝条数最少但平均缝长最长,正方形切槽的煤岩水力压裂裂缝条数最多但平均缝长最短;综合对比下,正方形的横向切槽比条形槽和三角形槽更易形成复杂的缝网、增大煤层有效改造体积,3种横向切槽均能减小煤岩的起裂难度,横向切槽的尖端角越多,起裂难度越小;煤岩水力压裂中距离横向切槽孔较近部分的破坏形式主要为张拉破坏,裂缝较为平直且不出现分叉,距离横向切槽孔较远部分开始出现剪切破坏。 展开更多
关键词 煤岩 离散元 预制横向切槽 水力压裂 起裂 裂缝扩展
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深部原生煤岩组合体三轴压缩破裂特征与失稳模式
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作者 李春元 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期111-123,共13页
【目的】深部含煤地层原生分界面及其层状组合结构发育,在开采扰动作用下,层状煤岩体的原生组合结构破裂失稳是诱发突水等灾害的主要原因之一。【方法】为研究深部开采原生煤岩组合结构对层状岩体稳定性的影响,室内开展三轴压缩破裂试验... 【目的】深部含煤地层原生分界面及其层状组合结构发育,在开采扰动作用下,层状煤岩体的原生组合结构破裂失稳是诱发突水等灾害的主要原因之一。【方法】为研究深部开采原生煤岩组合结构对层状岩体稳定性的影响,室内开展三轴压缩破裂试验及CT扫描重构,获得深部原生煤岩组合体与煤、岩单体破裂的差异,分析深部原生煤岩组合体分界面及其胶结区域的强度变化规律,划分其三轴压缩失稳的主导模式为低强度煤、原生胶结面及高强度岩石失稳3种,揭示各主导模式形成的力学机制,明确煤岩组合体失稳强度介于低强度煤与高强度岩石之间的力学机理。【结果和结论】结果表明:深部原生煤−岩及煤−岩−煤组合体的失稳强度介于煤、岩单体之间,前两者大小与其岩石含量及界面结构相关;原生界面区域煤的抗压强度变化速率对泊松比、黏聚力与内摩擦角等参数变化敏感,并远高于岩石;低强度煤的主破裂可穿越原生分界面,促使硬岩产生类似于含单裂隙结构面岩石的破裂机制,并导致组合体的失稳强度低于岩石单体。研究成果提升了对深部开采层状岩体失稳致灾机理的认识。 展开更多
关键词 深部开采 原生煤岩组合体 三轴压缩破裂 失稳模式 煤岩分界面
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深部煤岩界面超低摩擦时变模型及能量转化研究 被引量:3
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作者 李利萍 余泓浩 +1 位作者 张海涛 潘一山 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期686-698,共13页
深部煤岩超低摩擦型冲击地压实质是巨量煤岩体沿煤岩界面发生失稳滑动的时变过程,期间煤岩界面摩擦力和摩擦系数随时间变化,同时伴随煤岩界面摩擦力做功向煤岩冲击动能释放能量转化特征.为定量描述煤岩界面能量转化规律,引入量纲分析法... 深部煤岩超低摩擦型冲击地压实质是巨量煤岩体沿煤岩界面发生失稳滑动的时变过程,期间煤岩界面摩擦力和摩擦系数随时间变化,同时伴随煤岩界面摩擦力做功向煤岩冲击动能释放能量转化特征.为定量描述煤岩界面能量转化规律,引入量纲分析法,实验测定了煤岩弹性系数、阻尼系数和待定系数,给出了深部煤岩界面摩擦系数表达式.以沈阳红阳三矿为研究对象,通过实验研究和工程实际相结合,定义了冲击动能转化率新指标,验证了所建模型可靠性,定量描述了煤岩界面摩擦力做功向煤岩冲击动能转化规律.研究结果表明:深部煤岩界面摩擦系数随冲击载荷幅值增大而线性降低,随冲击载荷频率增大而线性增加.深部煤岩界面摩擦力的降幅和降低速率变化急剧,当冲击载荷幅值为5000 N、冲击载荷频率为500 Hz时,深部煤岩界面摩擦力降幅为97%、降低速率为38.9 kN/ms~41.38 kN/ms时发生超低摩擦效应.首次从摩擦力降低幅值和降低速率定量表征超低摩擦效应.结合实验和工程实际分析发现,能耗比实验结果均值为0.441,红阳三矿“11.11”冲击地压计算结果为0.488,两者较为接近,进一步证明所建模型合理性. 展开更多
关键词 时变力学模型 煤岩界面 超低摩擦效应 量纲分析 摩擦系数 摩擦力
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原生煤岩组合体界面力学效应数值模拟研究 被引量:4
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作者 王凯 付强 +4 位作者 徐超 艾子博 李丹 王磊 舒龙勇 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第S01期623-633,共11页
原生煤岩组合体界面是非均质的且包含大量复杂的微观结构。为透明求解非均质煤岩界面导致的复杂物理场,采用工业CT对原生煤岩组合体试件进行了扫描试验,重构了原生煤岩组合体界面三维模型,计算了非均质煤岩界面的分形维数;基于此建立了... 原生煤岩组合体界面是非均质的且包含大量复杂的微观结构。为透明求解非均质煤岩界面导致的复杂物理场,采用工业CT对原生煤岩组合体试件进行了扫描试验,重构了原生煤岩组合体界面三维模型,计算了非均质煤岩界面的分形维数;基于此建立了原生煤岩组合体数值模拟模型,模拟分析了单轴压缩条件下原生煤岩组合体的应力及损伤特征,并通过煤岩组合体单轴压缩试验结果验证了数值模拟规律的可靠性。研究结果表明:原生煤岩组合体界面具有复杂的微观结构且具有分形特征,分形维数能够反映界面宏观形态;单轴压缩状态下,原生煤岩组合体中垂向应力呈非均匀分布,煤岩界面的存在会在煤体中派生水平压应力,在岩石中派生水平拉应力,煤岩界面附近水平应力呈拱形分布;原生煤岩组合体的损伤破坏主要发生在煤体中,煤体的损伤首先发生在远离界面的煤体中并逐渐向界面处扩展,界面分形维数与试件出现初始损伤对应的轴压呈正相关;由于煤岩界面压应力拱的存在导致原生煤岩组合体整体的强度高于煤体,破坏后的煤体呈拱形分布。预期研究结果对于煤岩动力灾害防治具有一定意义。 展开更多
关键词 原生煤岩组合体 工业CT扫描 界面特征 单轴压缩 数值模拟
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