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高压电脉冲致裂煤岩增透技术研究进展与展望
1
作者 蒋长宝 吴家耀 +1 位作者 闫发志 彭守建 《金属矿山》 北大核心 2025年第5期51-63,共13页
我国大部分煤层低透气性的特点严重制约了煤层气高效开采,高压电脉冲作为一种安全、环保且重复可控的煤岩致裂增透技术,在煤层增透领域展现了广阔的应用前景。结合业内多年研究成果,回顾了高压电脉冲技术的基本概念及发展历程,剖析了该... 我国大部分煤层低透气性的特点严重制约了煤层气高效开采,高压电脉冲作为一种安全、环保且重复可控的煤岩致裂增透技术,在煤层增透领域展现了广阔的应用前景。结合业内多年研究成果,回顾了高压电脉冲技术的基本概念及发展历程,剖析了该技术的致裂增透机制,并围绕放电参数、煤岩电学特性、煤岩矿物分布及孔裂隙特征、赋存条件4个方面系统梳理了高压电脉冲煤岩致裂增透理论的研究进展。研究表明:2015年以来,高压电脉冲技术研究热度显著上升,其典型作用机制包括液电效应和电破碎效应;高压电脉冲击穿煤岩过程可分为电场加载、极化、击穿和稳定4个阶段,煤岩孔隙结构在应力波作用下经历了扩孔、破裂、贯穿和扩展裂隙的演化模式,从而提高了渗透性;放电参数决定裂隙网络的优化程度,煤岩电学特性影响击穿难度与能量传递,矿物分布及孔裂隙特征控制等离子体通道的形成与裂纹扩展,地应力与气体压力的耦合作用则共同调控煤岩裂隙演化与渗透性变化。基于上述分析,指出了该领域发展存在的主要问题,包括信息获取困难、致裂增透机制尚不明确及击穿场强较高等,展望“十五五”乃至更长时期,认为该领域未来发展的着力点在于:①发展高压电脉冲致裂煤岩的实时监测技术;②构建高精度的热流固化电多物理场耦合模型;③探索高压电脉冲协同多技术致裂煤岩增透。以期突破现有瓶颈,推动该技术的进一步发展。 展开更多
关键词 高压电脉冲 电破碎效应 煤层增透 储层改造 煤层气开采
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基于射线追踪的矿山波速场实时反演与震源定位研究
2
作者 马举 吴子骏 侯娇兰 《矿冶工程》 北大核心 2025年第5期56-62,共7页
为提高地下采矿过程中震源定位精度,解决因开挖扰动和复杂结构导致的波速场时空变化问题,提出一种基于实时反演波速场为先验条件的震源再定位方法。该方法结合射线追踪与拟牛顿迭代算法,实现波速场的动态更新与震源的高精度定位。通过... 为提高地下采矿过程中震源定位精度,解决因开挖扰动和复杂结构导致的波速场时空变化问题,提出一种基于实时反演波速场为先验条件的震源再定位方法。该方法结合射线追踪与拟牛顿迭代算法,实现波速场的动态更新与震源的高精度定位。通过合成测试与现场实验验证该方法的有效性。合成测试结果显示,实时反演法平均定位精度较最小二乘法提升49.8%,波速反演正确率可达95%以上。现场实验中,以180 m×180 m待开采充填区域为定位成像目标,该方法所得定位误差比最小二乘法平均降低了7.074 m,各区域波速反演正确率均超过95%。该方法不仅适用于微震监测中的震源定位,还可作为采空区被动成像的地球物理探测手段。 展开更多
关键词 微震监测 震源定位 实时反演 射线追踪 波速场 先验模型
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干湿循环作用下砾岩力学特征及损伤劣化机理试验研究 被引量：2
3
作者 陈绍杰 薛守振 +3 位作者 尹大伟 王亚博 屈晓 马宏发 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第3期1-17,共17页
为研究干湿循环作用下砾岩试样力学特征及损伤劣化机理,开展了不同干湿循环次数(0~4次,干湿循环周期10 d)下砾岩试样单轴压缩试验,分析了试样强度、变形破坏等特征,明确砾岩试样力学性能的劣化影响;建立了干湿循环前、后及过程中砾岩试... 为研究干湿循环作用下砾岩试样力学特征及损伤劣化机理,开展了不同干湿循环次数(0~4次,干湿循环周期10 d)下砾岩试样单轴压缩试验,分析了试样强度、变形破坏等特征,明确砾岩试样力学性能的劣化影响;建立了干湿循环前、后及过程中砾岩试样损伤劣化模型,从细观结构和组分变化方面揭示了砾岩试样损伤劣化机理。试验结果表明:(1)砾岩试样力学性能随着干湿循环次数的增加逐渐降低,在峰后阶段单轴压缩应力–应变曲线由陡峭式下降转变为延展性下降,试样塑性破坏程度增大,其破坏模式由拉伸破坏向剪切弹射式破坏转变。(2)随着干湿循环次数的增加,砾岩试样形成变形局部化带时间提前且数量增多,试样声发射振铃计数突增;在峰前阶段弹性能密度下降导致试样峰值应力降低,在峰后阶段释放能密度上升导致试样破碎程度增大。(3)在干湿循环过程中,高岭石、伊利石等矿物被溶蚀,砾岩试样内部缺陷不断扩张、收缩,与XH–0d组试样相比,破裂断口处平均孔隙率分别上升了6.96%,14.41%,24.00%和48.10%;随着干湿循环次数的增加,砾岩试样损伤加剧,有效承载结构面积下降,导致其力学性能劣化。研究成果能够为保障煤层安全开采提供一定参考。 展开更多
关键词 干湿循环 强度特征 变形破坏 能量演化 组分变化 劣化机理
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动载下含内部裂隙类岩体力学响应与能量耗散规律 被引量：2
4
作者 蒋力帅 杨一鸣 +3 位作者 赵阳 李皓哲 吴琦 彭晓涵 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期137-150,共14页
深部巷道围岩中煤、泥岩、砂岩等常见岩石强度较低、裂隙发育,在深部复杂力学环境下易发生动力灾害,研究内部裂隙特征对岩体的动力学响应及能量耗散规律对明晰动力灾害的发生具有重要意义。为研究内部裂隙倾角、裂隙分布对类岩体动态力... 深部巷道围岩中煤、泥岩、砂岩等常见岩石强度较低、裂隙发育,在深部复杂力学环境下易发生动力灾害,研究内部裂隙特征对岩体的动力学响应及能量耗散规律对明晰动力灾害的发生具有重要意义。为研究内部裂隙倾角、裂隙分布对类岩体动态力学响应与能量耗散规律的影响,通过砂型3D打印制备含内部裂隙的类岩体试样,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)对试样进行动态压缩试验,使用高速摄像机观察裂纹发育情况,并结合能量耗散原理和分形理论分析其动力破坏特性。研究结果表明:随着内部裂隙倾角角度增加,类岩体试样动态峰值应力和动态弹性模量先减小后增大,均在30°时最低;随着裂隙数量的增多,垂直分布裂隙对试样的动态峰值应力影响大于水平分布裂隙;试样破坏的能量耗散随裂隙倾角角度增加呈现先减小后增加的规律,裂隙倾角较小时,松散充填物的存在会加剧应力波衰减,使能量耗散增加,随裂隙倾角增加,充填物对试样的能量耗散影响逐渐减小;相同裂隙倾角下,随裂隙数量的增加,垂直分布裂隙试样能量耗散小于水平分布裂隙,与试样动态峰值应力呈正相关;随着裂隙倾角的增大,试样的分形维数先增加后减小,30°裂隙倾角时试样的破碎程度最大,试样的分形维数最大;裂隙数量的增多使试样破碎块度逐渐均匀,试样的分形维数呈现增大趋势。研究结果揭示了内部裂隙对岩体动力学特性及能量耗散的影响规律,为采用砂型3D打印技术开展复杂内部裂隙岩体动力学试验提供了重要基础,对进一步了解实际工程中深部软岩巷道围岩破裂失稳机理具有重要意义。 展开更多
关键词 动力荷载 砂型3D打印 内部裂隙 动态力学特性 能量耗散 分形维数
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珊瑚钨矿岩体质量分级与基于Hoek-Brown强度准则的岩体强度估计 被引量：2
5
作者 雷显权 刘福春 +2 位作者 熊有为 张军 刘恩彦 《矿业研究与开发》 北大核心 2025年第1期158-164,共7页
岩体强度是矿山工程安全稳定性分析的关键力学参数。结合珊瑚钨矿小型机械化开采技术攻关项目,在对岩体结构面进行详细调查的基础上,采用BQ、Q和RMR等3种方法进行岩体质量分级与稳定性评价,然后基于定量GSI和Hoek-Brown准则估计岩体强度... 岩体强度是矿山工程安全稳定性分析的关键力学参数。结合珊瑚钨矿小型机械化开采技术攻关项目,在对岩体结构面进行详细调查的基础上,采用BQ、Q和RMR等3种方法进行岩体质量分级与稳定性评价,然后基于定量GSI和Hoek-Brown准则估计岩体强度,获得准确可靠的岩体强度参数。研究结果表明:(1)灰岩岩体的优势节理面走向为NNW-SSE或NW-SE,倾向为NE或SW,倾角较大,体积节理数Jv为7.07~9.88条/m^(3),完整性系数Kv为0.55~0.63,岩体总体较完整;(2)灰岩岩体的[BQ]值、Q值和RMR89值分别为380.96,5.58和59,岩体质量等级为Ⅲ级或一般;(3)根据BQ分级结果,当巷道或采场跨度小于5 m时,围岩可基本稳定;根据Q分级结果,巷道或采场的最大不支护跨度约为6.35 m;根据RMR分级结果,当巷道或采场跨度为5 m时,围岩平均自立稳定时间可达7 d;(4)基于定量GSI和Hoek-Brown准则估计岩体强度,获得了灰岩岩体的Hoek-Brown强度参数和等效Mohr-Coulomb强度参数,为采矿设计和岩体稳定性分析提供了准确可靠的力学参数。 展开更多
关键词 岩体质量分级 岩体强度 HOEK-BROWN强度准则 地质强度指标
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不同加载速率对煤岩组合体巴西劈裂特性的影响 被引量：1
6
作者 陈岩 王嘉豪 +3 位作者 邓良涛 洪紫杰 荣腾龙 侯志强 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2025年第1期29-36,共8页
目的为了研究煤岩组合体在采掘过程中的抗拉特性,方法以煤岩组合体为研究对象,利用RMT-150B实验机对其进行不同加载速率下的巴西劈裂试验,分析加载速率对煤岩组合体劈裂破坏的强度特征、破坏形态、能量特征和裂纹演化的影响。结果结果表... 目的为了研究煤岩组合体在采掘过程中的抗拉特性,方法以煤岩组合体为研究对象,利用RMT-150B实验机对其进行不同加载速率下的巴西劈裂试验,分析加载速率对煤岩组合体劈裂破坏的强度特征、破坏形态、能量特征和裂纹演化的影响。结果结果表明:煤岩组合体的应力-应变曲线大致经历了压密阶段、弹性阶段、屈服阶段、破坏阶段,其破坏模式与加载速率无关,均沿着圆盘交界面裂成两半;煤岩组合体的抗拉强度与加载速率呈正相关,加载速率较小时,试样的抗拉强度随加载速率变化十分显著;当加载速率增大时,试样的抗拉强度增幅减小;不同加载速率下,煤岩组合体试样的能量集中在0.33~0.42 J,且试样抗拉强度越大,损伤所需的能量也越大;应力-裂纹应变峰前曲线经历裂纹闭合阶段、弹性阶段、裂纹扩展阶段,轴向裂纹损伤应力与抗拉强度值接近,裂纹参数具有明显的加载速率效应。结论研究结果对于揭示煤岩组合结构拉伸破坏机理具有重要理论价值。 展开更多
关键词 煤岩组合体 巴西劈裂 强度特征 能量特征 裂纹演化
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动载循环作用下砂岩的动态力学响应及破坏特征 被引量：2
7
作者 赵光明 秦志宏 孟祥瑞 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第1期18-33,共16页
针对深部矿井开采过程中岩体自稳能力差、动力灾害频发等问题,采用自主研发的ZST-1500微机控制电液伺服煤岩动静组合自适应耦合试验系统,开展了不同幅值与频率的砂岩单轴动载扰动试验,分析了动载作用下砂岩动态力学响应规律与破坏特征... 针对深部矿井开采过程中岩体自稳能力差、动力灾害频发等问题,采用自主研发的ZST-1500微机控制电液伺服煤岩动静组合自适应耦合试验系统,开展了不同幅值与频率的砂岩单轴动载扰动试验,分析了动载作用下砂岩动态力学响应规律与破坏特征。研究结果表明:(1)随动载幅值增加,砂岩滞回环由“疏-密”向“疏-密-疏”变化,依据动载循环期间试样塑性变形量,将动载周期划分为对数上升阶段Ⅰ、匀速损伤阶段Ⅱ和指数加速阶段Ⅲ。(2)动载对试样强度的弱化作用存在阈值,当动载水平为70%σ_(c)时,诱发砂岩发生破坏的幅值阈值在17.5%~22.5%σ_(c)范围内,低于阈值的动载作用不会造成砂岩失稳,越过阈值后砂岩强度、破坏前动载持续时间与动载幅值及频率均成负相关。(3)动载幅值与频率对砂岩弱化作用机制存在差异,动载幅值、频率均与动载单次循环平均塑性变形Δε_((i))^(-)成正相关,但Δε_((i))^(-)对动载幅值更为敏感,在阶段Ⅰ、Ⅱ内随幅值增大呈指数型增长。动载幅值主要通过提升塑性变形量来实现对砂岩的弱化作用;而动载频率提升降低了动载循环间隔,在砂岩内部形成小增量、短时、连续的损伤,从而实现对砂岩的弱化作用。(4)砂岩AE信号累计能量与振铃计数率随动载幅值的增大呈指数型变化,也随动载频率的增加同步增长。随着动载幅值增加,砂岩微观裂隙起裂、扩展程度递增,剪切裂纹占比增大;随着动载频率增大,砂岩拉伸裂纹占比增大。 展开更多
关键词 岩石力学 砂岩 循环动载 动态力学响应 渐进损伤
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煤岩孔裂隙结构特征对其损伤演化规律影响 被引量：2
8
作者 赵怡晴 秦文静 +3 位作者 金爱兵 曹志国 刘金博 秦琨 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第5期90-101,共12页
煤岩孔裂隙发育扩展是造成煤岩损伤,从而导致瓦斯突出、冲击地压、煤柱失稳等矿山灾害的主要原因,探究煤岩压裂过程中裂隙破裂演化规律及煤岩损伤演化规律是预测煤岩动力灾害的前提。裂隙倾角分布、孔隙率为影响煤岩裂隙破裂规律的重要... 煤岩孔裂隙发育扩展是造成煤岩损伤,从而导致瓦斯突出、冲击地压、煤柱失稳等矿山灾害的主要原因,探究煤岩压裂过程中裂隙破裂演化规律及煤岩损伤演化规律是预测煤岩动力灾害的前提。裂隙倾角分布、孔隙率为影响煤岩裂隙破裂规律的重要因素,采用单轴压缩、CT电子扫描和核磁共振试验对煤岩力学性能和孔裂隙结构进行分析,通过煤岩裂隙分形维数和裂隙倾角分布特征,表征煤岩内部裂隙结构;同时结合数值模拟对不同裂隙倾角煤岩裂隙扩展和损伤演化规律进行分析。研究结果表明:①裂隙倾角分布特征为影响煤岩力学特性的主要因素,孔隙率为影响煤岩力学性质的次要因素。②结合室内试验和数值模拟,单一裂隙煤岩抗压强度高于复杂裂隙煤岩抗压强度;且当煤岩裂隙倾角以单一裂隙为主时,急倾煤岩抗压强度>缓倾煤岩抗压强度>倾斜煤岩抗压强度。③单一裂隙煤岩相较于复杂裂隙煤岩,复杂程度较低,煤岩初始损伤较低,在裂纹加速扩展阶段,储存的应变能急速剧烈释放,宏观表现为破碎程度较高的剪切破坏。④基于裂隙发育数量建立包含峰后阶段的煤岩损伤变量,煤岩损伤演化过程呈指数型增长,分为近似无损、初始损伤、损伤稳定发展阶段、损伤加速发育阶段、残余损伤阶段,该损伤规律可为矿山灾害预测提供理论支撑。 展开更多
关键词 煤岩 孔裂隙结构 破裂 裂隙复杂度 损伤演化
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水围压环境下煤的冲击破裂特征及能量耗散规律试验研究 被引量：1
9
作者 王凯 冯国瑞 +1 位作者 白锦文 张俊亮 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第3期467-476,共10页
为研究三轴条件下煤岩体真实冲击破裂过程及能量耗散规律,基于自主研发的多场耦合霍普金森压杆(SHPB)试验系统,开展煤样的可视化试验,研究不同水围压条件下煤样裂纹演化特征,分析煤样动力学指标与冲击速度、应变率和水围压之间的关系,... 为研究三轴条件下煤岩体真实冲击破裂过程及能量耗散规律,基于自主研发的多场耦合霍普金森压杆(SHPB)试验系统,开展煤样的可视化试验,研究不同水围压条件下煤样裂纹演化特征,分析煤样动力学指标与冲击速度、应变率和水围压之间的关系,阐明水围压作用对煤样能量吸收—转化—释放的影响特征。结果表明:水围压环境中,煤体的动态强度呈现明显的应变率效应。水围压与煤体的动态强度之间具有良好的二次函数关系,且随水围压的升高煤样的破坏应变呈递减趋势,破裂模式由轴向劈裂破坏向压剪破坏转变。冲击载荷越大,输入煤体的总能量和用于损伤变形的耗散能越高,煤体的变形程度也愈严重。随着水围压的增大,总输入能呈现逐渐增加的变化趋势,意味着煤体发生破坏时需要外界输入更多能量。 展开更多
关键词 水围压 霍普金森压杆(SHPB) 煤 断裂特征 冲击载荷 能量耗散
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基于大直径钻孔钻进多参量的煤体应力钻测方法 被引量：1
10
作者 赵同彬 赵志刚 +3 位作者 齐炎山 尹延春 牛旭 李淇凡 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第1期122-132,共11页
煤体高应力是冲击地压发生的必要条件,及时准确测量评估煤体应力是冲击地压预警工作的关键环节。大直径钻孔是煤矿冲击地压防治最常用的预卸压、卸压解危和应力调控方法,研发和应用基于大直径卸压钻孔的煤体应力随钻测量技术方法,可以... 煤体高应力是冲击地压发生的必要条件,及时准确测量评估煤体应力是冲击地压预警工作的关键环节。大直径钻孔是煤矿冲击地压防治最常用的预卸压、卸压解危和应力调控方法,研发和应用基于大直径卸压钻孔的煤体应力随钻测量技术方法,可以得到煤矿井下大量煤体应力数据。本文根据煤体钻削破坏特征,对钻头破煤进行了力学分析,以钻头钻削力为纽带,研究了钻头受力与煤体应力关系,建立了煤体钻削力学模型,给出了包含钻进多参量的煤体应力反演方程;开展不同强度和煤体应力的原煤室内钻进实验,验证了力学模型的准确性和适用性,自主研制了大直径卸压钻机配套的随钻测量装置,开展煤矿井下实测实验,获取钻头位移、转速、转矩随时间变化数据,计算得到不同钻孔深度的煤体应力,给出了卸压孔区应力场分布形态,并与钻进能量和钻进时间进行了比较分析。结果表明,室内钻进实验加载应力与钻削力学模型计算应力平均误差为4.9%、最大误差为15.7%;现场实测煤体应力随孔深呈现先上升后下降的趋势,与煤壁支承压力分布规律一致,同一钻孔的煤体应力、钻进时间和钻进能量随孔深变化曲线基本一致,表明高应力区钻孔消耗能量较多,所需钻进时间也较长;对比相邻钻孔应力发现,先施工钻孔的应力峰值较高,后施工钻孔应力峰值较低,且峰值位置向深部转移,表明先施工钻孔起到明显的卸压作用。通过建立钻进多参量和煤体应力的定量关系,进行基于大直径卸压钻孔钻进多参量的煤体应力原位测量,将大直径卸压钻孔从卸压工程孔拓展为应力测量孔,实现钻孔卸压与应力测量评估一体化。 展开更多
关键词 大直径卸压钻孔 钻削力学模型 煤体应力 钻进多参量 钻测方法
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流变扰动效应下红砂岩敏感邻域范围试验研究 被引量：1
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作者 王波 任永政 +5 位作者 田志银 马世纪 高翔宇 孙宏旭 王军 黄万朋 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第4期255-265,共11页
深部岩体受到“强扰动”和“高地压”的影响,失稳致灾的风险逐渐增加。开展流变扰动效应理论研究是深部岩体稳定性控制的关键环节。其中,岩石流变扰动效应敏感邻域范围的识别与分析是重要组成部分。本研究在不同围压条件下通过细分红砂... 深部岩体受到“强扰动”和“高地压”的影响,失稳致灾的风险逐渐增加。开展流变扰动效应理论研究是深部岩体稳定性控制的关键环节。其中,岩石流变扰动效应敏感邻域范围的识别与分析是重要组成部分。本研究在不同围压条件下通过细分红砂岩流变的轴向应力等级,选取岩石流变扰动效应下具有标志性的累计残余变形发展阶段(衰减阶段、近似等速阶段及加速阶段),结合流变扰动效应下其与岩石微观孔隙结构动力响应的一致相关性,多角度分析红砂岩流变扰动效应敏感邻域的演化特征。研究结果表明:①在不同围压条件下,红砂岩流变扰动累计残余变形的发展阶段表现出与静态流变相似的特征。随着围压的增加,其不同阶段的反应特征和速率都会发生显著变化,从而对岩体的稳定性和强度产生一定影响。②利用岩石流变扰动敏感性相关系数,进一步将红砂岩流变扰动敏感邻域划分为弱敏感区和强敏感区,并指出弱敏感区应作为流变岩体稳定性防护的关键阶段。③综合不同围压条件下的宏微观损伤演化特征响应分析,围压增大会导致红砂岩流变扰动敏感邻域范围的收缩和弱敏感区间的减少,加速了向强敏感区的特征转化。同时,随着围压的增大处于强敏感邻域内红砂岩的破坏发育速率也随之增大。本研究通过岩石流变扰动效应下对红砂岩微观孔隙结构和宏观变形量动力响应的综合分析,多角度揭示红砂岩流变扰动效应敏感邻域的动态演化特征,为深部岩体的安全开采和稳定性评估提供理论依据。 展开更多
关键词 岩石流变扰动效应 扰动敏感邻域 强敏感区 弱敏感区 敏感邻域演化特征
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煤系典型岩石受载全过程光−电−声波多参数响应特征 被引量：1
12
作者 张平松 刘畅 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第1期204-214,共11页
【目的】岩石在载荷作用下的变形与断裂会引起潜在参数信息的变化,通过参数的动态捕捉可表征裂隙生成、扩展、闭合过程,是一种岩石健康评价的重要方法。【方法】基于搭建的多参数测试系统,开展单轴加载条件下岩石试件的分布式光纤应变... 【目的】岩石在载荷作用下的变形与断裂会引起潜在参数信息的变化,通过参数的动态捕捉可表征裂隙生成、扩展、闭合过程,是一种岩石健康评价的重要方法。【方法】基于搭建的多参数测试系统,开展单轴加载条件下岩石试件的分布式光纤应变、电极电流、纵波波速的同步采集,进一步构建强度−参数特征关系图谱以及参数层析成像结果,精细描述了砂岩、灰岩、泥岩3类典型岩石受载全过程多参数的时空演化特征。【结果和结论】试验结果表明:时间−压力曲线和多参数响应曲线具有较好的一致性,螺旋布设的分布式光纤应变在试件的原生孔隙压缩和线弹性阶段表现为缓慢、稳定的增长,在裂隙生成、扩展阶段表现为突然、快速的增长。试验中,砂岩、灰岩、泥岩的临破裂分布式光纤应变值分别为933×10−6,401×10−6和3790×10−6;电极电流在原生孔隙压缩和线弹性阶段变化微小,在裂隙生成、扩展阶段明显地降低、裂隙闭合时有一定回升;在原生孔隙压缩、线弹性、破裂阶段,砂岩的纵波波速分别为4.31、4.39、1.26 km/s,灰岩的纵波波速分别为4.80、4.93、3.10 km/s,泥岩的纵波波速分别为3.65、3.57、1.71 km/s。通过获得的岩石受载全过程能量值,构建了损伤变量D来评价岩石试件的损伤演化程度,砂岩的D值经历了缓增−降低−突增3个阶段,灰岩的D值经历了缓慢增大−快增−停滞−突增4个阶段,泥岩的D值经历了缓慢增大−快增−突增3个阶段。基于分布式光纤应变测试结果,探究了不同岩性岩石试件的破裂模式,为载荷下次生裂隙生成、扩展以及潜在破裂面位置预测提供支持。 展开更多
关键词 岩石受载 响应特征 分布式光纤 并行电法 数字超声波 含煤地层
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考虑中间主应力和支护力的巷道围岩黏-弹塑性解 被引量：1
13
作者 经来旺 冯瑜腾 +3 位作者 郑霖 谢金鑫 黄旭 经纬 《中国矿业》 北大核心 2025年第1期146-153,共8页
岩石流变特性对巷道围岩的变形具有重要影响,往往会导致围岩发生大变形甚至失稳。为了全面地分析圆形巷道围岩的变形特性,采用流变模型的串联理论,将Burgers模型与统一强度准则下的摩擦片进行组合,得到了一种考虑围岩塑性的黏-弹塑性围... 岩石流变特性对巷道围岩的变形具有重要影响,往往会导致围岩发生大变形甚至失稳。为了全面地分析圆形巷道围岩的变形特性,采用流变模型的串联理论,将Burgers模型与统一强度准则下的摩擦片进行组合,得到了一种考虑围岩塑性的黏-弹塑性围岩本构模型。在对围岩进行弹塑性分析时,考虑了中间主应力系数和支护力的影响,并利用非关联流动法则,得到了巷道围岩塑性区半径和位移解析式。结合算例分析了中间主应力和支护力对巷道围岩塑性区半径及其应力场和位移场的影响,以及位移随时间的变化规律。研究结果表明:巷道围岩先后经历减速蠕变和稳速蠕变两个阶段。在减速阶段,围岩的位移增速较大,前期支护压力大。而在稳速阶段,围岩位移增速虽略有减小,但依然需要支护保持稳定;通过增大中间主应力和支护力,可以减小塑性区半径和围岩位移,提高巷道围岩的稳定性。此外,随着时间的增加,围岩变形逐渐增大,而通过增大支护力,可有效抑制围岩发生变形的速度,在一定程度上缓解了围岩变形。 展开更多
关键词 岩石流变特性 黏-弹塑性模型 蠕变 统一强度准则 BURGERS模型 支护力
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岩石非线性黏弹塑性损伤蠕变模型研究 被引量：1
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作者 陈有亮 肖鹏 +2 位作者 杜曦 王苏然 RAFIG A 《应用力学学报》 北大核心 2025年第1期133-140,共8页
准确描述岩石蠕变行为的各阶段特征对岩石力学与岩体工程的研究具有重要的意义。由于经典元件组合模型不能较好地描述岩石蠕变过程中的非线性特征,基于损伤力学理论及Kachanov蠕变损伤演化规律,通过改进传统的Kelvin模型和村山体模型,... 准确描述岩石蠕变行为的各阶段特征对岩石力学与岩体工程的研究具有重要的意义。由于经典元件组合模型不能较好地描述岩石蠕变过程中的非线性特征,基于损伤力学理论及Kachanov蠕变损伤演化规律,通过改进传统的Kelvin模型和村山体模型,建立起能够描述岩石衰减蠕变阶段和加速蠕变阶段的非线性函数。将弹性体、线性Kelvin体、非线性Kelvin体、损伤黏弹塑性体进行串联,建立能够同时描述岩石瞬时弹性应变、非线性黏弹性应变、非线性黏塑性应变和黏性应变的非线性黏弹塑性损伤蠕变模型,采用Origin软件的Levenberg-Marquardt算法对模型参数进行了辨识,最后通过用不同应力水平下的砂岩单以及三轴压缩蠕变试验,验证该模型的合理性。结果表明:试验曲线和理论曲线的吻合度较高,所建模型不仅能够准确地描述岩石的瞬时弹性应变阶段、等速蠕变阶段的蠕变曲线特征,而且能够较好地描述衰减蠕变阶段和加速蠕变阶段蠕变曲线的非线性特征,验证了该模型的合理性与准确性。 展开更多
关键词 岩石力学 损伤 非线性 加速蠕变 黏弹塑性蠕变模型
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不同围压和冲击速度下锚注加固单裂隙红砂岩动态力学特性研究 被引量：1
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作者 杨大方 陈舒凯 +2 位作者 李佳赛 冯文林 高帅 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第5期2180-2190,共11页
随着地下工程领域的持续拓展与深化,以冲击地压为典型代表的动力灾害问题日益凸显,对工程安全与稳定构成了严峻挑战。鉴于巷道周边岩体在开采活动前即已承受复杂的三向应力状态,深入探索并揭示其三维动态力学行为特性,对于有效预防与减... 随着地下工程领域的持续拓展与深化,以冲击地压为典型代表的动力灾害问题日益凸显,对工程安全与稳定构成了严峻挑战。鉴于巷道周边岩体在开采活动前即已承受复杂的三向应力状态,深入探索并揭示其三维动态力学行为特性,对于有效预防与减轻冲击灾害具有很大价值。锚注联合支护是地下工程裂隙围岩动力灾害防控的常用支护方式,但锚注支护设计多以经验为主,亟须研究冲击荷载作用下锚注加固裂隙岩体抗冲特性,为破裂围岩冲击地压巷道锚注加固抗冲设计提供科学依据。采用SHPB冲击试验系统,考虑应力和应变率的影响,对锚注加固单裂隙红砂岩试样进行不同围压和冲击速度加载条件下的动态力学特性研究工作。在此过程中,详细讨论了试样的应力-应变曲线特征、动强度表现、动变形行为、耗能特性以及破坏模式。研究结果表明:不同围压和冲击速度加载条件下试样的应力应变曲线具有明显的应变硬化和塑性流动,随着围压和冲击速度的增大,试样动峰值强度均呈现增大的趋势;动峰值应变随着冲击速度的增大而增大,随着围压的增大而减小,动割线模量则与之相反;通过三维曲面拟合描述耗散率随围压以及冲击速度的变化特征,得到近似满足带常数项的三维曲面预测模型,为预测和控制岩体的能量耗散过程提供有力的数值支撑。 展开更多
关键词 围压 冲击荷载 动态力学特性 锚注加固 能量耗散
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基于煤样主控裂隙尺度筛选的等效DFN模型构建 被引量：1
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作者 郎丁 张子鑫 +4 位作者 伍永平 余洋 余建东 武小博 张耀 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第3期435-449,共15页
煤岩体中不同尺度层级的节理交错,分布规律迥异,对其变形破坏特征有重要影响。筛选对煤岩力学行为起主控作用的裂隙尺度层级并在该尺度基础上进行随机节理网络模型(Discrete Fracture Network,DFN)构建,在保证数值计算准确性的同时降低... 煤岩体中不同尺度层级的节理交错,分布规律迥异,对其变形破坏特征有重要影响。筛选对煤岩力学行为起主控作用的裂隙尺度层级并在该尺度基础上进行随机节理网络模型(Discrete Fracture Network,DFN)构建,在保证数值计算准确性的同时降低冗余裂隙尺度对模型构建及计算机算力的影响,可为提升岩石力学数值计算效能提供新的途径。基于CT扫描与图像处理技术,提取煤样三维裂隙结构及其几何特征参数,嵌入RFPA^(3D)-CT进行单轴加载数值分析并与试件的单轴压缩试验结果进行比对,确定了煤样数值模型的细观力学参数,进一步逐级筛选出对煤样力学行为起主要控制作用的裂隙尺度层级。在此基础上,运用Baecher模型和Monte-Carlo随机模拟理论,依据主控裂隙的几何分布特征构建等效DFN模型,并通过数值模拟计算对模型的有效性进行验证。研究结果表明:研究煤体试件样本的主控裂隙尺度(迹长)不小于14 mm,对该尺度以上的裂隙与对该尺度及以上裂隙进行删减的模型相较,破坏形态由“2”型转为斜“1”型,破坏峰值强度升高了61.79%,该尺度以上裂隙的存在与否对试件模型的数值计算结果起到决定性的控制作用。基于试件的主控裂隙尺度构建了等效DFN模型,其节理几何特征与基于CT扫描的真实裂隙各项几何特征参数基本一致,其平均误差为5.16%,等效DFN模型在单轴加载作用下表现出的力学性质与CT扫描后6组全裂隙模型相对吻合,两者峰值强度平均误差为13.41%,破坏计算时步的计算效率提升了14.59%。 展开更多
关键词 CT扫描 阈值分割 裂隙几何统计 主控裂隙尺度 随机节理网络模型
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随钻钻进参数优化下煤体原位应力响应特征解析 被引量：1
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作者 张琨 王珂 +5 位作者 任建喜 冯上鑫 常鹏博 赵玉桃 苗彦平 胡俭 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第2期213-222,共10页
【背景】井下煤体应力空间分布状况是影响矿井安全生产和采掘工艺优化的重要因素之一,实现煤体应力定量且超前的原位预测,对于精准调控井下应力场、划分冲击危险区域意义重大。【方法】利用自主研发的随钻监测系统,开展不同钻进工况条... 【背景】井下煤体应力空间分布状况是影响矿井安全生产和采掘工艺优化的重要因素之一,实现煤体应力定量且超前的原位预测,对于精准调控井下应力场、划分冲击危险区域意义重大。【方法】利用自主研发的随钻监测系统,开展不同钻进工况条件下的煤岩钻孔室内试验,探究不同应力条件下钻进工况对钻进参数(扭矩、钻进位移)的作用规律,进而提出基于钻进参数的煤体应力测定方法,并开展了井下原位工程应用实践。【结果和结论】结果表明:(1)在钻进过程中,随钻监测系统可在干扰钻进工艺下实时监测钻进参数。钻进过程中钻进速度与钻压呈负相关关系,与扭矩呈正相关关系。(2)构建的钻进指标与煤体应力大小的函数关系拟合效果良好,拟合度达R^(2)=0.92。(3)井下原位工程验证发现,基于钻进参数煤体应力预测值和煤体应力实际值平均差异率小于10%,具有较好的一致性。该研究验证了基于钻进参数测定煤体应力的可靠性,也为实现煤体应力原位数字钻探技术提供了科学参考。 展开更多
关键词 随钻测试 钻进参数 煤体原位应力 响应特征
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基于RSM–BBD的复合煤岩冲击动力学特征 被引量：2
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作者 解北京 栾铮 +3 位作者 李恒 武博文 李晓旭 程昌昊 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期109-123,共15页
深部煤岩体及煤岩组合承载结构的整体失稳是诱发矿井煤岩动力灾害的主要原因之一。为探究复合煤岩的动力学响应行为,首先借助?50 mm的分离式霍普金森压杆系统,对复合煤岩开展冲击加载试验,探究应变率A(50~350 s-1)、侧向围压B(4~16 MPa... 深部煤岩体及煤岩组合承载结构的整体失稳是诱发矿井煤岩动力灾害的主要原因之一。为探究复合煤岩的动力学响应行为,首先借助?50 mm的分离式霍普金森压杆系统,对复合煤岩开展冲击加载试验,探究应变率A(50~350 s-1)、侧向围压B(4~16 MPa)、来压比C(1~4)的影响;其次,借助Design Expert12软件,设计三因素–三水平的响应曲面试验方案,探究单一因素及因素交互作用对动抗压强度σ、能耗率k的影响;最后,基于叠加理论、Weibull分布等,构建叠加损伤本构模型。结果表明:(1)复合煤岩的力学特性受单因素及因素交互作用影响显著;单因素对σ、k影响:A>C>B;因素交互对σ影响:AC>AB>BC;因素交互对k影响:AB>AC>BC。(2)复合煤岩中煤组分以剪切破坏为主,宏观裂纹易发育至岩组分比例较低的区域,且三元复合煤岩的强度分布呈区域分布特征。其中,复合煤岩强度规律从小到大依次为煤组分–非交界面区域、煤组分–交界面区域、低组分–岩交界面区域、低组分–岩非交界面区域、高组分–岩交界面区域、高组分–岩非交界面区域。(3)构建的损伤本构模型可表征复合煤岩体的动力响应关系,其中理论与试验曲线拟合系数R2≥0.97。研究结果为探究采动阶段工作面的动静载叠加现象、灾害防控提供理论支撑。 展开更多
关键词 复合煤岩 响应面法 SHPB 破坏失稳 本构模型
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块状多组节理岩体破坏行为及GSI预测模型研究 被引量：1
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作者 左建平 杨硕 +2 位作者 沈佳轶 杜建 孙宸昊 《有色金属(矿山部分)》 2025年第2期175-185,共11页
节理岩体地质强度指标(GSI)是岩体工程设计及稳定性分析的重要参数,开展对节理岩体破坏形态及GSI的研究至关重要。采用经室内试验标定的花岗岩数值模型,对含有两组正交节理的块状节理岩体进行压缩模拟试验。结果显示,围压从3 MPa到10 MP... 节理岩体地质强度指标(GSI)是岩体工程设计及稳定性分析的重要参数,开展对节理岩体破坏形态及GSI的研究至关重要。采用经室内试验标定的花岗岩数值模型,对含有两组正交节理的块状节理岩体进行压缩模拟试验。结果显示,围压从3 MPa到10 MPa完整岩石强度提升约40%,节理岩体强度提升约166%,围压对节理岩体的强度的提升更为明显。块状节理岩体的强度和破坏随节理倾角呈现出明显的各向异性。块状节理岩体抗压强度和岩体GSI随节理倾角呈先减小后增大的非线性变化趋势。块状节理岩体在围压作用下主要发生剪切破坏、张拉破坏和剪切张拉混合破坏。基于广义Hoek-Brown准则,建立了块状节理岩体GSI预测模型,块状节理岩体GSI与节理间距呈非线性关系。本文建立的模型可为工程中块状节理岩体GSI的判定提供相关依据。 展开更多
关键词 块状节理岩体 岩体试验 数值模拟 GSI 预测模型
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不同含水率花岗岩单轴压缩力学特性及破坏特征研究 被引量：1
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作者 庞建勇 王宇 +1 位作者 巩义鑫 李垂宇 《金属矿山》 北大核心 2025年第1期81-88,共8页
为探究不同含水率花岗岩受荷作用下的力学特性及破坏特征。针对不同含水率条件下花岗岩开展单轴压缩试验,基于应力—应变曲线,分析了力学弱化特征,从宏观角度探究花岗岩变形破坏模式,通过能量理论计算,得出能量演化规律。研究结果表明:... 为探究不同含水率花岗岩受荷作用下的力学特性及破坏特征。针对不同含水率条件下花岗岩开展单轴压缩试验,基于应力—应变曲线,分析了力学弱化特征,从宏观角度探究花岗岩变形破坏模式,通过能量理论计算,得出能量演化规律。研究结果表明:花岗岩试样应变软化特征明显,且随着含水率增加,峰值应力逐渐减小,非线性增加趋势明显,且伴有局部起伏涨落的趋势;花岗岩试样的抗压强度、弹性模量、脆性指标均随含水率增加而减小,饱和试样与干燥试样相比下降了40.1%、33.8%、61.8%;破坏模式随含水率增加而改变,崩落破坏时剧烈程度逐渐降低,干燥花岗岩呈现脆性劈裂破坏,破坏面以近竖直裂纹为主,低含水率花岗岩的破坏模式为拉—剪复合破坏,花岗岩近竖直裂纹数量减少,倾斜裂纹增多,随含水率增大呈现拉—剪复合破坏减少而剪切破坏增多,饱和岩样以剪切破坏为主,破坏面主要为倾斜破裂面;花岗岩的含水率越大,吸收能量的能力减弱,储能速率降低,但能量耗散现象显著。研究结果可为富水地区硬岩地下工程岩石工程灾害防控提供参考。 展开更多
关键词 花岗岩 单轴压缩 含水率 破坏特征 能量演化
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