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平顶山矿区地应力场分布特征研究
1
作者 李培涛 范利丹 +3 位作者 余永强 张建国 朱元广 张纪云 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第2期186-194,共9页
目的为探究平顶山矿区深部地应力场分布规律,开展平顶山矿区地应力场分布特征研究。方法在分析矿区地质构造特征基础上,提出以主控地质构造锅底山断层和李口向斜为边界的区域构造单元划分方法。然后,基于Hoek-Brown强度准则推导出可以... 目的为探究平顶山矿区深部地应力场分布规律,开展平顶山矿区地应力场分布特征研究。方法在分析矿区地质构造特征基础上,提出以主控地质构造锅底山断层和李口向斜为边界的区域构造单元划分方法。然后,基于Hoek-Brown强度准则推导出可以定量反映区域地质构造对深部地应力场影响的侧压比分析曲线。结果结果表明,各区域构造单元受不同区域地质构造影响呈明显不同的深部地应力分布规律。西部区域构造单元内深部地应力以正断层应力状态为主,中部区域同时存在3种应力状态,东部区域以走滑型应力状态和逆断层应力状态为主。垂直应力在不同区域构造单元内均随埋深呈线性增大。最大水平主应力均值、变化范围和应力梯度均呈从西向东逐渐增大趋势。同时,侧压比变化范围和幅值也呈从西向东逐渐增大趋势,这表明从矿区西部到东部区域水平地质构造作用越来越强烈。区域地质构造影响分析结果也表明矿区深部地应力场分布特征服从区域地质构造演化规律。其中,东部区域构造应力场影响系数最大,为1.07,中部区域次之,为0.55,西部区域最小。结论基于侧压比分析曲线的区域地质构造影响评价方法适用于平顶山矿区深部地应力场分析。 展开更多
关键词 地质构造 地应力场 分布规律 侧压比 平顶山矿区
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多源数据驱动的页岩储层单井地应力智能预测方法及应用
2
作者 申宝剑 李丹 +7 位作者 何建华 徐碧兰 吴炎峰 王濡岳 蒋睿 李瑞雪 霍志周 刘坤 《地质力学学报》 北大核心 2026年第1期227-244,共18页
针对深层页岩具有“高温、高压、高应力及强塑性”的特点,现有地应力测试方法与测井解释模型存在预测精度低、耗时且推广能力弱等缺点,限制了地应力大小解释结果对页岩气勘探开发的有效指导。以川南复杂构造页岩气区块作为典型解剖区,... 针对深层页岩具有“高温、高压、高应力及强塑性”的特点,现有地应力测试方法与测井解释模型存在预测精度低、耗时且推广能力弱等缺点,限制了地应力大小解释结果对页岩气勘探开发的有效指导。以川南复杂构造页岩气区块作为典型解剖区,充分利用井点钻、录、测、压裂等各类动、静态多源数据,并结合不同实验条件下的岩石物理参数、岩石力学及地应力大小的测试技术,采用机器学习与地质力学知识双向驱动的方法,构建了多方法融合的地应力大小智能预测方法,并将精细地应力解释剖面应用于页岩气高效开发。龙马溪组一段(龙一段)页岩受有机质含量、矿物组构及围压影响,使得整体下部(1)—(4)号小层的各向异性、力学性质及孔隙弹性效应明显强于上部小层。基于这种力学特征的差异,建立了适用于深层页岩的地应力各向同性解释模型。基于实验数据、工程数据及多向标定的地应力解释人工合成数据,形成了川南地区页岩储层地应力标准数据集。采用Pearson因子算法筛选了横波时差、电阻率、声波时差及杨氏模量等敏感特征参数,优化后的轻量级与极限梯度提升混合(L-XGBoost)融合智能模型实现三向地应力大小解释精度均在90%以上,且均方根误差、平均绝对误差及决定系数分别为6.63,3.89及0.91,具有推广泛化应用能力。纵向上受龙一段页岩岩相变化引起的力学强度波动,使其内部发育了4套应力隔挡层,其中(1)号层顶与(6)号层为2套强应力隔层,储隔应力差大于6 MPa,且褶皱变形挤压应力扰动区局部派生的挤压应力会增强纵向应力的隔挡作用,使得最小水平主应力值变大,造成压裂改造效果变差。研究揭示了龙一段页岩力学各向异性受控地质因素,并据此建立了适用于深层页岩的各向同性地应力解释模型。采用L-XGBoost融合智能模型实现三向地应力预测精度超过90%,明确了龙一段页岩4套应力隔挡层发育特征及其对压裂效果的影响。研究成果将为川东南复杂构造区页岩气纵向开发小层划分和水力压裂优化设计提供科学指导。 展开更多
关键词 深层页岩 川东南 五峰组—龙马溪组 地应力大小 测井智能预测 应力隔层
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节理岩体剪切力学特性及裂纹扩展行为模拟研究
3
作者 蒋宇静 魏加乐 +4 位作者 陈小飞 栾恒杰 王长盛 李鑫鹏 张孙豪 《山东科技大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第1期1-11,共11页
节理参数对节理剪切力学行为和破坏模式具有显著影响,是评估工程岩体强度和稳定性的重要因素。为探究不同节理参数下断续节理岩体的剪切力学特性及裂纹扩展贯通机理,基于零厚度黏聚力单元构建了断续节理岩体直剪模型,开展了不同节理开... 节理参数对节理剪切力学行为和破坏模式具有显著影响,是评估工程岩体强度和稳定性的重要因素。为探究不同节理参数下断续节理岩体的剪切力学特性及裂纹扩展贯通机理,基于零厚度黏聚力单元构建了断续节理岩体直剪模型,开展了不同节理开度、节理连通率及法向应力下断续节理剪切数值模拟,系统探讨了节理开度、节理连通率对其剪切行为的影响。研究表明:剪切应力-剪切位移曲线呈双峰值特征,峰值剪切应力随节理连通率的增加逐渐降低,随法向应力的增加逐渐升高;模型两侧岩桥是裂纹萌生的集中区域,节理开度较大的模型通常更早萌生裂纹,节理连通率较小的模型其裂纹趋向于形成多个孤立的裂纹段,不同法向应力下裂纹萌生时间、位置和扩展过程大致相同;裂纹增长与剪切应力存在良好的对应关系,累计裂纹数量随节理开度和法向应力的增加而增多、随节理连通率的增加而降低,拉伸裂纹广泛分布于岩桥及其附近区域,剪切裂纹主要集中在断续节理面附近。 展开更多
关键词 断续节理岩体 节理开度 剪切行为 数值模拟 黏聚力单元
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三点弯曲条件下含界面缺陷层状岩体裂纹扩展研究
4
作者 闻磊 王泽峰 +5 位作者 潘伟民 王祖光 张飞 于俊红 石召龙 杨治刚 《有色金属(矿山部分)》 2026年第1期149-162,共14页
以含界面裂纹层状岩石相似材料试样为研究对象,结合高速摄像及DIC分析方法,进行界面裂纹不同偏置距离下的三点弯曲试验,并采用FEM-CZM方法进行对应的数值模拟研究,探讨试样断裂模式、裂纹扩展过程与演化机理、应力强度因子及层状岩体断... 以含界面裂纹层状岩石相似材料试样为研究对象,结合高速摄像及DIC分析方法,进行界面裂纹不同偏置距离下的三点弯曲试验,并采用FEM-CZM方法进行对应的数值模拟研究,探讨试样断裂模式、裂纹扩展过程与演化机理、应力强度因子及层状岩体断裂强度、断裂韧性及断裂能等特性。研究表明,含界面预制裂纹试件的整体断裂过程经历上凹阶段、弹性阶段、非线性破坏等三个阶段,裂纹扩展模式受到岩性分界面偏置量影响显著。B类试件的峰值荷载受偏置量的影响比A类试件更大,在相同偏置量下B组试件的断裂能与断裂韧度均大于A组试件。FEM-CZM数值模拟是含界面裂纹层状岩体断裂分析的有效方法,三点弯曲条件下含界面缺陷层状岩体中的拉应力集中导致裂纹的萌生和扩展,但不同种类、不同偏置距离试样预制裂纹尖端与裂纹扩展路径上的拉应力值有所差别。 展开更多
关键词 层状岩体 界面裂纹 三点弯曲试验 数值模拟 内聚力模型
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数字岩石力学工程探索与实践
5
作者 祁和刚 李海涛 +10 位作者 郑建伟 齐庆新 蔡峰 智宝岩 马冠超 王金国 薛珊珊 张海宽 张良 刘驰 刘义勤 《煤炭科学技术》 北大核心 2026年第1期55-66,共12页
传统采矿工程长期面临“开采与风险并存”的困境,其高风险属性与资源贡献的双重性在深部开采条件下愈发凸显。随着煤矿开采深度增加,静态地质条件恶化与动态工程扰动叠加,巷道围岩失稳、采场破坏等问题频发,传统岩石力学理论基于简化假... 传统采矿工程长期面临“开采与风险并存”的困境,其高风险属性与资源贡献的双重性在深部开采条件下愈发凸显。随着煤矿开采深度增加,静态地质条件恶化与动态工程扰动叠加,巷道围岩失稳、采场破坏等问题频发,传统岩石力学理论基于简化假设的局限性难以适应复杂工程场景的需求。近年来煤矿数字化、智能化建设取得显著进展,传感器技术的普及大幅提升了工程状态感知能力,但数据治理碎片化、理论认知滞后与工程实践脱节等问题,导致数字化技术面临“华而不实”的瓶颈。针对上述挑战,数字岩石力学解决方案通过融合数据规律、力学逻辑与工程经验,提出“全面感知—数字驱动—主动解危—卸压开采”的技术路径,旨在构建以数字工程为核心的科学采矿新范式。具体而言,通过数字勘探与三维建模激活静态地质信息(地质保障先行,建立透明开采基础),借助智能感知与机器学习优化动态工程环境(设计源头防灾,形成友好开采工程环境),实现从“被动应对”到“主动防控”的转变(数字工程技术实现精准卸压与联动控制的自主联动)。这一路径不仅解决了深部开采中巷道变形、采场失稳等关键技术难题,推动了工程致灾向工程防灾创新与变革,更为千米深井安全高效开采提供支撑。数字岩石力学工程化范式有望重塑地下岩石工程,为煤炭及更广领域提供可持续、安全、智能的新方案。 展开更多
关键词 煤矿数字化 数字岩石力学 深部开采 工程自防灾 智能感知 主动解危
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冻融作用下岩桥断裂过程与损伤模型研究
6
作者 张东亮 徐晓东 +3 位作者 郭建新 杨天鸿 吕凯 李焱 《中国矿业》 北大核心 2026年第2期200-208,共9页
冻融循环作用下储水裂隙的扩展必然会引起岩桥的损伤断裂及物理力学性质的劣化。为了探究冻融循环对储水裂隙扩展和岩桥损伤的影响,以及其对岩石物理力学性质的劣化作用,此研究通过开展含预制裂隙岩石的冻融循环及偏心加载试验,分析了... 冻融循环作用下储水裂隙的扩展必然会引起岩桥的损伤断裂及物理力学性质的劣化。为了探究冻融循环对储水裂隙扩展和岩桥损伤的影响,以及其对岩石物理力学性质的劣化作用,此研究通过开展含预制裂隙岩石的冻融循环及偏心加载试验,分析了冻融过程中红墨水迁移和声发射活动的变化,进一步建立了岩桥损伤演化的力学模型。研究结果表明:①随着冻融循环次数的增加,红墨水及声发射事件在岩桥中的分布范围均不断增加,说明岩桥的断裂范围在逐渐增加。②含水裂隙内部的声发射事件主要由冰体的损伤破裂诱发,而裂隙外的声发射事件主要由岩石的损伤破裂诱发。③储水裂隙冻胀扩展过程中会在不同区域会诱发极为不均匀的声发射活动(事件密度及能量密度)。④偏心加载条件下,随着冻融循环次数的增加,岩桥峰值应力前的屈服变形、应力降等塑性特征逐渐消失,峰值应力逐渐降低、强度损失率逐渐上升。⑤冻融循环作用和载荷作用都能够对岩石试件产生损伤,随着冻融循环次数的增加,冻融损伤逐渐增加。综上所述,本研究不仅深入分析了冻融循环对岩桥损伤的影响机制,也为理解岩石在冻融条件下的力学行为提供了重要参考。 展开更多
关键词 岩桥 冻融循环 损伤模型 声发射 水分迁移
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天然弱面对页岩气四维应力及加密井裂缝扰动规律研究
7
作者 阮奇 张烈辉 +2 位作者 赵玉龙 张德良 郑事倬 《地质力学学报》 北大核心 2026年第1期142-158,共17页
中—深层页岩储层具有裂缝-基质复合结构特征,其内部弱面(天然裂缝、断层等)对地应力演化与裂缝扩展具有干扰、调控作用。目前鲜有研究将天然裂缝等弱结构面同时考虑为渗流-力学弱面,也缺乏其在生产过程中引起的四维应力演化及加密井裂... 中—深层页岩储层具有裂缝-基质复合结构特征,其内部弱面(天然裂缝、断层等)对地应力演化与裂缝扩展具有干扰、调控作用。目前鲜有研究将天然裂缝等弱结构面同时考虑为渗流-力学弱面,也缺乏其在生产过程中引起的四维应力演化及加密井裂缝扩展影响的系统量化分析。通过室内试验获取弱面刚度与渗流参数,构建能够表征弱面力学-渗流双重弱化效应的中—深层页岩气四维应力演化模型,并揭示弱面在不同生产阶段对应力分布与加密井裂缝形态的扰动机制。研究结果表明,低刚度弱面易发生形变,内部应力降低,裂缝尖端出现应力集中,且最大水平主应力受弱面扰动的程度随弱面与主应力方向夹角的增大而逐渐增强;对于最小水平主应力则表现为先减弱后增强的特征。随生产时间推移,考虑力学弱面的情况下最大水平主应力方向偏转更显著,相应的加密井裂缝在未接触裂缝带时长轴延伸更长;接触裂缝带时横向扩展增强,长轴缩短、短轴增加,且上述差异随生产时间变化不大,体现弱面对地应力扰动初期主导、后期稳定的特征。文章研究揭示了天然弱面对中—深层页岩四维应力演化的扰动机制,为中—深层页岩气多井压裂与二次开发过程中地应力调控与压裂参数优化提供了理论依据和工程参考。 展开更多
关键词 页岩气 天然裂缝 弱面表征 地应力演化 加密井
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循环载荷作用下组合煤岩体疲劳及损伤特性试验研究
8
作者 马智勇 马智会 +1 位作者 潘荣锟 陈刚 《煤矿安全》 北大核心 2026年第1期98-109,共12页
为探究循环载荷作用下组合煤岩体疲劳及损伤特性,基于RMT-150C试验系统,开展高静应力与小幅循环载荷组合作用下的疲劳破坏试验,研究不同应力幅值下岩-煤-岩组合煤岩体试样的疲劳及损伤特性,以及疲劳强度、滞回环特征、轴向应变、不可逆... 为探究循环载荷作用下组合煤岩体疲劳及损伤特性,基于RMT-150C试验系统,开展高静应力与小幅循环载荷组合作用下的疲劳破坏试验,研究不同应力幅值下岩-煤-岩组合煤岩体试样的疲劳及损伤特性,以及疲劳强度、滞回环特征、轴向应变、不可逆变形分别随循环次数的变化规律,揭示组合煤岩体疲劳损伤规律,分析疲劳破坏的主控因素。结果表明:组合煤岩体疲劳破坏受到静态加载作用下应力-应变的严格控制,疲劳破坏所需变形量应与上限应力对应的单轴压缩下应力-应变曲线峰后部分的变形量大致相当;组合煤岩体疲劳寿命随循环次数增加呈幂函数衰减,组合煤岩体疲劳上限应力比的门槛值约为0.8,应力门槛值约为22.5 MPa。疲劳试验过程中组合煤岩体的轴向应变、轴向不可逆应变及损伤度与随循环次数的变化规律基本相似,具体表现为:对于循环过程中未破坏的试样,存在初始加速及中后期等速2个阶段,而对于循环过程中破坏的试样,存在初始加速、中期等速及后期加速3个阶段;扰动幅值对组合煤岩体疲劳力学特性影响较大,增大扰动幅值会显著提高轴向应变、轴向不可逆应变及损伤度在中期等速阶段的增长速率,加快煤岩体损伤、劣化,大大缩短其疲劳寿命。 展开更多
关键词 煤岩动力灾害 冲击地压 循环载荷 组合煤岩体 疲劳破坏 损伤特性
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富倾斜层理深层页岩弹塑性变形与破坏规律的实验研究
9
作者 霍庭旺 汪道兵 +4 位作者 盛茂 董永存 王秋艳 黄威翰 宇波 《地质力学学报》 北大核心 2026年第1期159-183,共25页
深层页岩储层具有高温高压及发育层理结构等特征。水力压裂过程中,其岩石力学性质随温压条件动态变化,层理结构的差异进一步导致其岩石力学性质表现出明显的各向异性。该研究利用高温三轴岩石力学实验系统,结合CT扫描、超声波测试、扫... 深层页岩储层具有高温高压及发育层理结构等特征。水力压裂过程中,其岩石力学性质随温压条件动态变化,层理结构的差异进一步导致其岩石力学性质表现出明显的各向异性。该研究利用高温三轴岩石力学实验系统,结合CT扫描、超声波测试、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)及核磁共振等多种测试手段,对高温高压环境下层理性页岩的弹塑性变形行为与破坏特征及各向异性特征开展了系统性研究。结果表明,热应力促使层理结构发生膨胀,诱发热损伤裂隙发育,从而降低深层页岩力学强度。基于Mohr-Coulomb、Hoek-Brown及Drucker-Prager准则的综合分析表明,高温高压条件下深层页岩内聚力降低、内摩擦角增加,表现出更为显著的弹塑性特征。通过分形维数分析、能量耗散与损伤因子计算评估发现,高温作用加剧了深层页岩的损伤程度,增强了人工缝网的复杂结构。各向异性指数分析进一步表明,热应力强化了岩石的各向异性,而围压在一定程度上抑制了抗压强度和弹性模量的各向异性差异。综上,高温高压作用强化了深层页岩的弹塑性变形与破坏模式,并显著改变了不同层理倾角所引发的各向异性特征。研究成果可为深层页岩储层高效开发及水力压裂工程优化提供重要的力学依据和理论支持。 展开更多
关键词 深层页岩 弹塑性变形 能量耗散 损伤因子 各向异性
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取芯方向与加载速度耦合作用下注浆加固体损伤演化及破坏特征研究
10
作者 王岩 冯国瑞 +5 位作者 戚庭野 王泽华 王林飞 祁新凯 李潞彬 齐凯 《中国安全生产科学技术》 北大核心 2026年第2期43-54,共12页
为明确深部高地应力各向异性与强动载条件下注浆加固体的力学行为及层位响应机制,采用声发射(AE)和数字图像相关技术(DIC),开展2种取芯方向、不同加载速度下不同层位试件的单轴压缩试验,分析其强度特征、损伤演化与裂纹扩展特征。研究... 为明确深部高地应力各向异性与强动载条件下注浆加固体的力学行为及层位响应机制,采用声发射(AE)和数字图像相关技术(DIC),开展2种取芯方向、不同加载速度下不同层位试件的单轴压缩试验,分析其强度特征、损伤演化与裂纹扩展特征。研究结果表明:注浆加固体各层位试件单轴抗压强度随加载速度上升而显著提高,且水平取芯试件整体强度高于垂直取芯;试件承载过程中声发射累计振铃计数呈现上升期-活跃期-衰减期阶段性特征,且随加载速度增加呈现阶段性加速增长;基于RA/AF值和DIC分析,以垂直取芯下层位为例,拉伸裂纹随加载速度增加由84.9%先降低至72.1%后增长至97.2%,破坏模式由拉伸破坏经拉剪复合转变为高度一致的拉伸破坏。研究结果可为深部巷道注浆加固与稳定控制提供参考。 展开更多
关键词 各向异性 注浆加固体 加载速度 取芯方向 损伤演化
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冲击荷载下浸水煤样动态力学特性及破碎分形特征研究
11
作者 李猛 张勇 +3 位作者 谭龙艳 武洋 王路军 赵阳 《采矿与安全工程学报》 北大核心 2026年第1期138-147,共10页
为研究冲击荷载下浸水煤样的动力学响应规律及破碎分形特征,开展不同时间(0,5,11,24和96 h,对应含水率分别为0%,3.62%,4.93%,5.52%和6.11%)的煤样浸水试验,并利用分离式霍普金斯压杆(SHPB)系统,在0.2,0.3,0.4,0.5和0.6 MPa的冲击气压下... 为研究冲击荷载下浸水煤样的动力学响应规律及破碎分形特征,开展不同时间(0,5,11,24和96 h,对应含水率分别为0%,3.62%,4.93%,5.52%和6.11%)的煤样浸水试验,并利用分离式霍普金斯压杆(SHPB)系统,在0.2,0.3,0.4,0.5和0.6 MPa的冲击气压下对浸水煤样进行动态压缩试验。试验结果显示,冲击荷载下浸水煤样的动态应力-应变曲线可分为5个典型阶段:裂隙压密阶段、弹性变形阶段、裂隙稳定扩展阶段、裂隙不稳定扩展阶段和卸载破坏阶段。浸水煤样在冲击荷载下表现出显著的应变率强化效应和含水率软化效应,煤样的峰值应变率、动态峰值强度和弹性模量均随冲击气压的增大而提高,但随含水率的升高而降低。不同冲击气压条件下,含水率与动态峰值强度、强度劣化因子之间呈现差异化的负相关关系。随着冲击气压与含水率的增加,浸水煤样破碎后的平均粒径越小,同时破碎程度越高,分形维数越大。 展开更多
关键词 冲击荷载 浸水煤样 含水率 动态力学特性 分形特征
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含卸压孔煤岩蠕变特性及非线性本构模型
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作者 田光辉 张黎祎 +2 位作者 张清照 刘伟建 张志增 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第2期213-220,共8页
目的为研究卸压孔对卸压巷道长期稳定性的影响,开展不同卸压孔孔径煤岩分级加载蠕变试验研究。方法首先,对比分析不同卸压孔孔径下的煤岩蠕变特性及长期稳定性;其次,将Najar损伤理论引入煤岩蠕变中,从能量角度分析煤岩蠕变阶段的损伤特... 目的为研究卸压孔对卸压巷道长期稳定性的影响,开展不同卸压孔孔径煤岩分级加载蠕变试验研究。方法首先,对比分析不同卸压孔孔径下的煤岩蠕变特性及长期稳定性;其次,将Najar损伤理论引入煤岩蠕变中,从能量角度分析煤岩蠕变阶段的损伤特征;再次,考虑黏滞系数的硬化效应,将其视为与时间相关的非定常参数,提出参数非线性本构方程;最后,采用稳态蠕变速率拐点法确定不同卸压孔孔径煤岩的长期强度。结果结果表明,卸压孔孔径对煤岩蠕变特性、蠕变损伤和长期强度均有一定影响。蠕变阶段,卸压孔孔径对煤岩蠕变量和初始蠕变速率具有显著的尺寸效应,表现为孔径较大煤岩的蠕变量和初始蠕变速率大;蠕变过程中,损伤逐渐增大,损伤速率逐渐减小并趋于稳定,且损伤与卸压孔孔径呈正相关关系;考虑黏滞系数硬化效应,推导的参数非线性Maxwell蠕变方程能够较好地描述蠕变过程;长期强度与卸压孔孔径呈负相关关系。结论研究结果有助于维护卸压巷道的长期稳定,对预测冲击地压、保障矿山安全生产具有一定理论意义。 展开更多
关键词 煤岩 卸压孔 蠕变 损伤 本构模型 长期强度
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基于改进RMR的自然崩落法可崩性研究
13
作者 李栋 黄敏 +4 位作者 苏永定 王晨鸿 甘永刚 童建华 潘从文 《金属矿山》 北大核心 2026年第1期59-64,共6页
矿岩体的可崩性是决定自然崩落法能否顺利实施的关键因素。为解决可崩性评价方法中部分参数难以获取、评价分数离散性较大的问题,以岩体质量评价方法(RMR14)为基础,通过对其进行改进,并应用于某铜金矿可崩性评价分析。首先以RMR14法为基... 矿岩体的可崩性是决定自然崩落法能否顺利实施的关键因素。为解决可崩性评价方法中部分参数难以获取、评价分数离散性较大的问题,以岩体质量评价方法(RMR14)为基础,通过对其进行改进,并应用于某铜金矿可崩性评价分析。首先以RMR14法为基础,通过对比基本评价参数获取难易程度,认为岩石可变性参数难以获取,其与岩石单轴抗压强度(USC)之间存在函数关系,相应评分可通过岩石单轴抗压强度得出。其次,通过综合分析各评价指标权重,对各评价指标与评价得分进行函数拟合,实现连续性取值,解决RMR14评价分数离散性较大的问题,实现对RMR14法的改进。通过3DMine软件构建基于改进RMR评价体系的某铜金矿区三维数字化模型,并依据地质钻孔数据集对该块体模型的每一个块体进行克里格估值,形成评价区域整体可崩性分析模型。最后分别从高程、岩性角度进行可崩性分级评价,形成多层次全方位的评价体系。研究结果表明:使用改进RMR法得出某铜金矿整体可崩性等级为Ⅲ级,改进后RMR综合评分为52.97,属于中等可崩级别;与传统RMR14法相比,改进RMR法在缺少部分参数的情况下,能够确保最终评价结果的准确性,为工程岩体质量评价提供了重要参考。 展开更多
关键词 崩落法开采 改进RMR 可崩性 克里格估值 3DMine 钻孔数据库
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不同饱水时长下磷矿岩压缩力学特性及破碎规律研究
14
作者 李欣倡 张智宇 刘浩杉 《矿业研究与开发》 北大核心 2026年第1期177-185,共9页
为研究饱水时长对磷矿岩力学特性与破碎规律的影响,对自然状态、饱水48 h及饱水3个月的磷矿矿岩分别开展了不同应变率下的静、动态力学试验。试验结果表明:在静载(低应变率)条件下,矿岩强度随饱水时间的增加而不断降低,但强度降低速率呈... 为研究饱水时长对磷矿岩力学特性与破碎规律的影响,对自然状态、饱水48 h及饱水3个月的磷矿矿岩分别开展了不同应变率下的静、动态力学试验。试验结果表明:在静载(低应变率)条件下,矿岩强度随饱水时间的增加而不断降低,但强度降低速率呈先(48 h以内)快后慢的变化趋势,饱水3个月矿岩的抗压强度较饱水48 h降低21%;在动载(中高应变率,43~146 s-1)条件下,矿岩强度受其内部自由水弱化作用和强化作用的相互博弈、协同作用影响,表现为随着饱水时间增加,岩石强度先提高后降低,饱水3个月矿岩的动态抗压强度最小,与饱水48 h矿岩强度相比,降低了25.9%~28.5%,与自然状态下矿岩强度相比,降低了7.0%~19.7%;饱水作用可以提高矿岩动态抗压强度对应变率的敏感性。矿岩的破碎形态与其强度密切相关,动态抗压强度越大,其破碎后的块度越小;在同一应变率区间内,冲击后矿岩的平均粒径从大到小依次为饱水48 h的矿岩、自然状态下的矿岩、饱水3个月的矿岩。长期饱水(如3个月及以上)会显著降低磷矿岩强度,使破碎更加彻底,此时可适当减小炸药单耗,避免能量过剩而引发飞石等安全隐患。 展开更多
关键词 磷矿岩 饱水时间 力学特性 破碎规律 动态抗压强度 应变率
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淋水巷道锚杆腐蚀行为与机理研究
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作者 李冬冬 侯俊华 +4 位作者 陈淼 岳远雷 徐光 李振环 刘子豪 《金属矿山》 北大核心 2026年第2期73-82,共10页
针对深部巷道受淋水作用锚杆易发生腐蚀劣化问题,设计开展锚杆流水浸泡加速腐蚀处理。对不同腐蚀时间的锚杆进行了拉伸试验,分析了锚杆腐蚀前后的力学特征和腐蚀机理,并通过数值模拟研究了锚杆腐蚀对于巷道围岩稳定性的影响。研究结果表... 针对深部巷道受淋水作用锚杆易发生腐蚀劣化问题,设计开展锚杆流水浸泡加速腐蚀处理。对不同腐蚀时间的锚杆进行了拉伸试验,分析了锚杆腐蚀前后的力学特征和腐蚀机理,并通过数值模拟研究了锚杆腐蚀对于巷道围岩稳定性的影响。研究结果表明,腐蚀过程中锚杆蚀坑逐渐相互贯通,由局部腐蚀转变为全面腐蚀;锚杆的质量损失率随腐蚀龄期增加逐渐增大,但腐蚀速率逐渐减缓;锚杆屈服荷载、破断荷载和延伸率等力学性能均随腐蚀龄期增加呈现下降趋势,且脆性显著增强;锚杆断裂形态由腐蚀前的拉伸主导变为拉伸—剪切混合模式。锚杆腐蚀还会加剧巷道围岩应力集中和变形,不利于巷道稳定。提出通过采用防腐蚀材料、增加支护强度及疏放水等措施,可有效缓解淋水对巷道围岩稳定性的不利影响。 展开更多
关键词 金属锚杆 加速腐蚀 力学特征 拉伸断口 围岩稳定性
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含不同软弱夹层数量下组合体失稳力学行为研究
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作者 郭钇君 常聚才 +2 位作者 乔龙全 严良欢 王宏达 《中国安全生产科学技术》 北大核心 2026年第1期14-22,共9页
为探究软弱夹层数量对顶板失稳力学行为的影响,基于物理试验和数值模拟试验,研究含不同软弱夹层数量的组合体试件声发射特征及表面应变场演化规律,分析组合体宏观破裂扩展模式与细观裂纹分布演化特征。研究结果表明:软弱夹层数量增加导... 为探究软弱夹层数量对顶板失稳力学行为的影响,基于物理试验和数值模拟试验,研究含不同软弱夹层数量的组合体试件声发射特征及表面应变场演化规律,分析组合体宏观破裂扩展模式与细观裂纹分布演化特征。研究结果表明:软弱夹层数量增加导致组合体力学性能劣化,显著降低其裂纹起裂应力和损伤应力。裂纹损伤应力是组合体结构失稳的关键阈值,表现为岩石应变集中带的产生和应力的持续降低。剪切裂纹主要分布在软弱夹层结构面附近,张拉裂纹主要发育在岩石内部。随着软弱夹层数量增加,组合体岩石破裂路径贯穿软弱夹层的模式愈加明显,剪切裂纹优势方位逐渐趋于水平方向,张拉裂纹优势方位稳定保持与垂直方向夹角30°以内。研究结果可为含软弱夹层顶板的精准控制提供理论参考。 展开更多
关键词 软弱夹层 组合体 裂纹起裂应力 裂纹损伤应力 颗粒流
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过氧化氢对气煤大分子结构及润湿性的影响
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作者 赵素娟 孟艳军 +2 位作者 刘彦飞 李琨杰 张欣宇 《太原理工大学学报》 北大核心 2026年第1期79-88,共10页
【目的】过氧化氢对煤储层氧化改性增渗是煤层气领域潜在增产新技术之一,然而过氧化氢对煤的表面改性微观作用机理及副作用尚不明确。【方法】为查明过氧化氢处理对煤表面大分子结构及润湿性的影响,采用15%H_(2)O_(2)作用于保德矿区气煤... 【目的】过氧化氢对煤储层氧化改性增渗是煤层气领域潜在增产新技术之一,然而过氧化氢对煤的表面改性微观作用机理及副作用尚不明确。【方法】为查明过氧化氢处理对煤表面大分子结构及润湿性的影响,采用15%H_(2)O_(2)作用于保德矿区气煤,基于工业分析、元素分析、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、固体核磁共振碳谱(^(13)C-NMR)、X射线光电子能谱(XPS)和润湿性测试,构建气煤原煤和氧化煤大分子结构模型,分析过氧化氢作用与煤大分子化学结构改性的响应关系,并探讨煤氧化改性后润湿性变化对煤层气开发的影响。【结果】研究结果表明,H_(2)O_(2)与气煤芳香和脂肪部分均会发生反应,但与脂肪部分反应更为剧烈,导致氧化后的煤样脂肪部分比例降低,芳香部分比例增加。同时,氧化后低浓度芳香核断裂,导致脂肪链变长;高浓度芳香核结构稳定,不易被氧化,故芳香结构缩聚程度增加。最后氧化作用增加了极性官能团的含量,导致煤表面亲水性增强,亲气性减弱,有利于煤层气解吸;但也会导致束缚水饱和度增高、气相渗透率降低的副作用,不利于煤层气井排水和渗流。【结论】研究成果对煤储层氧化改性增渗技术优化具有理论指导意义。 展开更多
关键词 气煤 H_(2)O_(2) 氧化改性 大分子结构 润湿性
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深部煤层气储层割理对水力裂缝扩展行为影响机制研究
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作者 王海洋 鲁晨 +2 位作者 苏旭 王郁斐 周德胜 《煤田地质与勘探》 北大核心 2026年第2期103-114,共12页
【目的】利用水力压裂技术构建大规模缝网是实现深部煤层气储层经济效益开发的重要方式。然而深部煤层气储层割理广泛发育,割理充填矿物的胶结强度差异性大,裂缝扩展过程中胶结割理与主裂缝之间交互扩展规律复杂,厘清胶结割理对水力裂... 【目的】利用水力压裂技术构建大规模缝网是实现深部煤层气储层经济效益开发的重要方式。然而深部煤层气储层割理广泛发育,割理充填矿物的胶结强度差异性大,裂缝扩展过程中胶结割理与主裂缝之间交互扩展规律复杂,厘清胶结割理对水力裂缝扩展行为的影响机理对于改善深部煤层气储层压裂改造效果至关重要。【方法】利用离散元颗粒流方法结合鄂尔多斯盆地宜川区块8号煤岩拟三轴力学实验结果,建立可模拟深部煤层气储层割理与水力裂缝交互扩展过程的流固全耦合数值模拟模型,研究割理倾角、割理充填矿物胶结强度以及压裂液黏度对深部煤层气储层水力裂缝扩展的影响机理,分析主裂缝扩展过程中诱导应力场演化对割理激活与缝网形成的作用机制。【结果和结论】水力裂缝扩展过程中在诱导应力场作用下会激活胶结强度比小于0.5的割理,产生剪切破坏为主的裂纹。水力裂缝会直接穿越强胶结的高角度割理,或者被强胶结的低角度割理阻挡并产生分叉裂缝。倾角接近最小水平主应力方向的割理更容易被激活,并有利于形成较为均匀的裂缝网络。利用低黏度压裂液压裂时主裂缝与割理相交位置会形成大规模团簇状复杂裂缝网络。高黏度压裂液有利于增大主裂缝缝长,激活更多的弱胶结割理。压裂过程中交替注入不同黏度压裂液,可以增强深部煤层气的渗透性和裂缝的控制体积,为煤层气流动提供更广泛的流动通道。研究结果为深部煤层气储层水力压裂施工设计方案优化设计以及压裂“甜点区”的优选提供理论支撑。 展开更多
关键词 深部煤层气储层 水力压裂 裂缝扩展 诱导应力场 割理
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裂隙砂岩真三轴循环加卸载损伤演化特性
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作者 夏宁 任正涛 +2 位作者 夏彬伟 李康 胡华瑞 《地下空间与工程学报》 北大核心 2026年第1期103-112,共10页
坚硬顶板垮落步距大、块度大、矿压显现强烈,探究其损伤断裂特性对岩层控制具有重要意义。研究取样自山西省大同市矿区塔山矿工作面砂岩岩层,对试样预制不同角度的裂缝,并根据该矿工作面高强度开采实际工况设计了真三轴循环加卸载试验... 坚硬顶板垮落步距大、块度大、矿压显现强烈,探究其损伤断裂特性对岩层控制具有重要意义。研究取样自山西省大同市矿区塔山矿工作面砂岩岩层,对试样预制不同角度的裂缝,并根据该矿工作面高强度开采实际工况设计了真三轴循环加卸载试验。之后,应用基于物质点法和应变软化本构模型的数值计算工具,建立了不同切缝角度的平面加载模型。通过模型与试验结果的对比,发现该模型能够实现裂隙砂岩在循环加卸载过程中真实宏观物理裂缝的生成,能够模拟出裂隙砂岩在循环加卸载过程中复杂的物理过程。进行了不同切缝角度和不同围压下的裂隙砂岩循环加卸载损伤演化过程的模拟研究。结果表明:(1)宏观裂缝拓展偏转角会随着切缝角度的增加而增加;(2)不同切缝角度下的砂岩试样在循环加卸载时应力集中区域均由裂缝两端萌发,然后向岩石边缘和对角延伸,延伸方向在应力集中区域;(3)随着循环加卸载的进行,耗散能呈现出增加的趋势,宏观主裂缝的发育和贯通会使得耗散能激增;(4)随着围压和切缝角度的增加,峰值应力和完全破坏时的耗散能均会增加。研究成果可为煤层坚硬顶板控制技术提供理论支撑。 展开更多
关键词 物质点法 循环加卸载 裂隙砂岩 应力场 损伤演化
原文传递
考虑有效应力系数影响下地应力变化对页岩裂缝扩展影响研究
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作者 张晨曦 唐慧莹 +2 位作者 唐裕鑫 陈月 邓文斌 《地质力学学报》 北大核心 2026年第1期197-212,共16页
页岩气水平井多段压裂裂缝形态受地层三向应力分布影响,单井应力剖面是预测压裂缝高的重要依据,有效应力系数(Biot系数)及纵向网格分辨率均会影响应力剖面解释结果,进而影响缝高预测的准确性。文章采用不同Biot系数(常值及随测井变化函... 页岩气水平井多段压裂裂缝形态受地层三向应力分布影响,单井应力剖面是预测压裂缝高的重要依据,有效应力系数(Biot系数)及纵向网格分辨率均会影响应力剖面解释结果,进而影响缝高预测的准确性。文章采用不同Biot系数(常值及随测井变化函数)与不同纵向网格分辨率计算应力剖面,模拟分析不同应力剖面下平面三维裂缝形态差异,系统总结Biot系数对应力剖面及裂缝形态的影响规律,并进行纵向网格分辨率及Biot解释方法优选。结果显示:随着Biot系数降低,地层应力纵剖面变化幅度增大,水力裂缝纵向扩展能力受到抑制;提高压裂模型纵向网格分辨率有助于减小应力极值影响范围,1 m纵向网格分辨率下模拟效率与精度达到较好平衡;采用经验公式及孔弹性模型计算Biot系数所得结果相近,与室内实验结果误差为3.68%~3.93%,能更好匹配不同层位应力试验结果,且模拟缝高相较于Biot常值更接近实际井缝高监测结果,与同井位直改平井微地震监测缝高误差为8.64%~9.94%。由初始地应力拟合效果及后续模拟缝高与监测结果匹配程度可以看出,选取合理的Biot系数能更真实预测地应力分布及裂缝扩展形态。通过深入讨论Biot系数及纵向网格分辨率对应力剖面及裂缝形态影响,可为后续页岩气井应力分布计算及压裂缝高预测提供参考。 展开更多
关键词 页岩气 水力压裂 地应力剖面 Biot系数 压裂缝高
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