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钢粒子迟滞重复冲击破岩硬岩损伤破裂特征研究
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作者 鞠明和 陶泽军 +3 位作者 蔚立元 姜礼杰 郑彦龙 邹春江 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1242-1255,共14页
粒子冲击辅助破岩技术凭借其快速、高效等优点,对硬质岩体有着较好的破岩效果。通过粒子冲击试验和离散元模拟相结合的方法研究单、双粒子冲击速度、双粒子间距等因素对高强度花岗岩表面、三维及剖面形貌特征的影响,探寻冲击坑深度、冲... 粒子冲击辅助破岩技术凭借其快速、高效等优点,对硬质岩体有着较好的破岩效果。通过粒子冲击试验和离散元模拟相结合的方法研究单、双粒子冲击速度、双粒子间距等因素对高强度花岗岩表面、三维及剖面形貌特征的影响,探寻冲击坑深度、冲击坑体积及冲击坑表面面积随冲击参数的变化规律,统计粒子冲击破岩裂纹的分布规律,并且从能量吸收率的角度评价双粒子迟滞冲击破岩的效能。结果表明:冲击坑深度与冲击速度呈正相关;随着粒子间距的增大,冲击坑由相交逐渐相离,形貌随之变化,冲击坑体积随之减小,而冲击坑表面面积增大;通过模拟发现,裂纹主要分布在斜长石与钾长石的晶界处,以拉伸破坏为主;当选用5mm直径的钢粒子破碎强度200MPa左右的极坚硬花岗岩时,双粒子迟滞冲击破岩的能量吸收率曲线随粒子冲击速度增大趋于平缓,在双粒子迟滞冲击破岩的粒子间距为8~10 mm且冲击速度400 m/s左右时能达到最佳的冲击辅助破岩效果。 展开更多
关键词 辅助破岩 粒子迟滞冲击 冲击参数 硬岩损伤特征 能量吸收率
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局部震动诱发煤体非稳态裂纹扩展及其冲击显现特征
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作者 鞠明和 朱涵 +3 位作者 窦林名 胡李华 韩泽鹏 马小涛 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期2035-2048,共14页
为探明脆性煤体受静载作用下细观裂纹演化规律及宏观冲击显现特征,通过实验和模拟相结合的方法开展了煤样受压脆性破断的声发射信号演化及应力降过程研究。结果表明,煤体瞬时应力降过程裂纹演化规律与常规准静态受载过程在裂纹扩展诱发... 为探明脆性煤体受静载作用下细观裂纹演化规律及宏观冲击显现特征,通过实验和模拟相结合的方法开展了煤样受压脆性破断的声发射信号演化及应力降过程研究。结果表明,煤体瞬时应力降过程裂纹演化规律与常规准静态受载过程在裂纹扩展诱发机制和裂纹扩展模式及范围方面均有显著差异:瞬时应力降中局部裂纹剪切滑移引发的大能量震动事件诱发其临自由面细观拉伸裂纹快速扩展贯通,进而形成碎屑并弹射飞出,其过程以拉伸裂纹动态扩展为主,而剪切裂纹在形成贯通面过程中产生;煤体受载大能量震动事件呈局部积聚并向周边扩展的规律,其形成的扰动诱发煤体局部细观裂纹快速扩展贯通及结构动态失稳,引发煤体宏观应力降及冲击显现现象;另外,震动事件、应力降及冲击显现存在时序性。煤体冲击显现烈度与应力降前后刚度比及释放能量正相关,所测试煤样临界刚度比约为18.2,小于此值时无明显冲击显现现象,反之,随着刚度比和释放能量增大相继呈现少量碎屑弹射、大量碎屑弹射、碎块弹射和剧烈煤爆4种冲击显现现象;冲击显现中碎屑弹射速度及动能随刚度比增大有一定的上升趋势,同时碎屑极限速度也相应增大。静载作用下煤体动态失稳过程的研究及结论对理解煤矿冲击矿压孕育演化过程及致灾机理有一定的借鉴作用。 展开更多
关键词 局部震动 冲击矿压 裂纹扩展 应力降 动静载 刚度比
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动压巷道变形分析及围岩控制技术 被引量:14
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作者 鞠明和 孙玉亮 +3 位作者 陈志锋 周健 李冬伟 潘凡 《辽宁工程技术大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2014年第6期731-735,共5页
针对受采动影响的巷道变形破坏严重,对动压巷道变形起决定作用的围岩破裂区进行理论分析,得到塑性区和破裂区交界处的径向应力和切向应力公式,作为围岩应力大小的参考依据;同时得到破裂区和塑性区半径公式,作为动压巷道围岩控制方案设... 针对受采动影响的巷道变形破坏严重,对动压巷道变形起决定作用的围岩破裂区进行理论分析,得到塑性区和破裂区交界处的径向应力和切向应力公式,作为围岩应力大小的参考依据;同时得到破裂区和塑性区半径公式,作为动压巷道围岩控制方案设计的依据,并结合锚杆支护理论,得到动压巷道围岩控制方案.最终在鹤壁五矿动压巷道工程试验中得到运用,巷道变形得到明显控制,说明锚杆加锚索加喷射混凝土的控制方案合理有效. 展开更多
关键词 动压巷道 围岩控制 破裂区 巷道变形 支护设计
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粒子重复冲击破岩细观损伤及破碎特征试验研究 被引量:1
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作者 鞠明和 陶泽军 +3 位作者 李晓锋 蔚立元 姜礼杰 李晓昭 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期3281-3293,共13页
粒子冲击破岩作为一种新型辅助破岩技术已在钻探和油气开采等领域得到有效运用,其在极坚硬岩层中隧(巷)道辅助掘进方面具有广阔的应用前景。从试验角度研究了粒子的冲击次数、颗粒强度及冲击速度等因素对极坚硬花岗岩表面冲击坑损伤破... 粒子冲击破岩作为一种新型辅助破岩技术已在钻探和油气开采等领域得到有效运用,其在极坚硬岩层中隧(巷)道辅助掘进方面具有广阔的应用前景。从试验角度研究了粒子的冲击次数、颗粒强度及冲击速度等因素对极坚硬花岗岩表面冲击坑损伤破碎特征的影响,对冲击坑三维形貌、岩石碎屑及坑内矿物破碎特征进行了定量分析。结果表明:成坑最大深度随冲击次数增加呈抛物线趋势增大,而成坑体积和坑顶面积随冲击次数增加呈线性增长;成坑体积随冲击速度呈先增大后减小的规律,该临界冲击速度约为82.5 m/s;冲击坑中心与外部的细观破碎机制差异导致岩石碎屑平均尺寸具有明显的双峰特征。从能量角度分析发现,成坑体积、坑顶面积和最大深度随粒子动能在双对数坐标系下线性增长。基于图像处理方法获得了冲击坑周边主要矿物内部裂纹分布随冲击速度和次数增加的分形维数变化规律。破岩效果表明,增大粒子冲击速度和冲击次数能有效扩大岩石冲击坑的损伤范围,但冲击速度的影响程度显著大于冲击次数。 展开更多
关键词 岩石动力学 粒子冲击 辅助破岩方法 动态破碎 损伤特征
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不同冲击荷载下高温-水冷却花岗岩能量耗散特征研究 被引量:1
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作者 武东阳 蔚立元 +4 位作者 张涛 苏海健 鞠明和 王德荣 郑春梅 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第3期992-1005,共14页
研究地热钻井施工中高温岩石冷却后的能量耗散特性,对提高岩石破碎效率至关重要。通过对分离式霍普金森压杆(SHPB)系统在不同冲击载荷下的动态试验,研究了高温-水冷却花岗岩的能量耗散特性。花岗岩的加热范围为25℃至1000℃。此外,还通... 研究地热钻井施工中高温岩石冷却后的能量耗散特性,对提高岩石破碎效率至关重要。通过对分离式霍普金森压杆(SHPB)系统在不同冲击载荷下的动态试验,研究了高温-水冷却花岗岩的能量耗散特性。花岗岩的加热范围为25℃至1000℃。此外,还通过电镜扫描(SEM)和压汞试验(MIP)获得了该花岗岩的微观形貌和孔隙分布。以400℃为界,孔隙分布变化趋势可分为两个阶段:在400℃之前,微孔和小孔占比超过75.00%;当T≥400℃时,中孔占比迅速增加。此外,动态峰值应力和峰值应变随入射能量的增加而增加,而动态弹性模量的变化趋势不明显。当加热温度从25℃增加到800℃时,耗散能占比呈上升趋势,而加热到1000℃的花岗岩的吸收能量下降。当应变率在100 s^(-1)-120 s^(-1)之间时,能量利用效率最高。 展开更多
关键词 岩石力学 高温-水冷却处理 微观结构 动力学特性 能量耗散特征
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综放工作面开切眼掘进及其围岩稳定性控制技术 被引量:4
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作者 刘明杰 瞿群迪 +2 位作者 朱守颂 鞠明和 王琦 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2014年第11期8-10,128,共4页
为解决综放工作面开切眼掘进过程中围岩控制难度大的问题,利用FLAC3D软件对开切眼一次掘进(导硐)、二次掘进(扩宽)过程中围岩扰动情况进行数值模拟,对比分析其位移和应力特征。结果表明:一次掘进时巷道变形量不大,但随着二次掘进宽度的... 为解决综放工作面开切眼掘进过程中围岩控制难度大的问题,利用FLAC3D软件对开切眼一次掘进(导硐)、二次掘进(扩宽)过程中围岩扰动情况进行数值模拟,对比分析其位移和应力特征。结果表明:一次掘进时巷道变形量不大,但随着二次掘进宽度的增加,巷道变形量不断增大;顶板变形量主要发生在二次掘进期间,且受二次掘进宽度的影响较大,二次掘进宽度越大,顶板变形量越大。据此提出采用"宽导窄扩"的掘进方式,该掘进方式对围岩的扰动破坏程度较低,通过在西沙河煤矿1901综放工作面开切眼进行工业性试验表明,顶底板最大移近量为98 mm,该掘进方式能有效控制开切眼围岩的变形破坏。 展开更多
关键词 综放工作面 开切眼 掘进方式 高地应力 围岩稳定性
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采场自燃发火防治研究
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作者 曹星星 韩博 鞠明和 《山西焦煤科技》 2012年第1期16-17,27,共3页
21世纪是中国高速发展的时期,也是能源大量消耗的时期。而在中国的一次能源消耗中,煤炭资源的比重一直是最高的。所以煤矿开采的形势对国家发展起着重要作用,而在煤矿开采中难免会出现一系列的问题,其中自燃发火就是一个很严重的问题。... 21世纪是中国高速发展的时期,也是能源大量消耗的时期。而在中国的一次能源消耗中,煤炭资源的比重一直是最高的。所以煤矿开采的形势对国家发展起着重要作用,而在煤矿开采中难免会出现一系列的问题,其中自燃发火就是一个很严重的问题。本文旨在论述自燃发火带来的危害,自燃发火形成的原因以及其影响因素。同时探讨自燃发火隐患预测预报技术以及煤炭自燃火灾防治技术。 展开更多
关键词 自燃发火危害 自燃发火成因 隐患预测 防治技术
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Numerical investigation into effect of rear barrier pillar on stress distribution around a longwall face 被引量:1
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作者 鞠明和 李学华 +3 位作者 姚强岭 李冬伟 种照辉 周健 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第11期4372-4384,共13页
Numerical investigation was performed to examine the effect of rear barrier pillar on stress distribution around a longwall face. Salamon theoretical formula was used to calculate the parameters of the caving zone, wh... Numerical investigation was performed to examine the effect of rear barrier pillar on stress distribution around a longwall face. Salamon theoretical formula was used to calculate the parameters of the caving zone, which was later assigned to double yield constitutive model in FLAC3 D. Numerical results demonstrate that high stress concentration zone exists above the region where the second open-off cut intersects with the rear barrier pillar due to stress transfer and plastic zone expansion. It is also found that the maximum vertical stresses with varied distance to the seam floor are all within the projective plane of the rear barrier pillar and their positions concentrate on the barrier pillar adjacent to the connection corner of the second open-off cut. In addition, position of the maximum vertical stresses abruptly transfer from the connection corner adjacent to former panel to that adjacent to current panel along the panel direction. 展开更多
关键词 NUMERICAL investigation stress distribution REAR b
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沿空掘巷窄煤柱稳定性影响因素及工程应用研究 被引量:94
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作者 李学华 鞠明和 +1 位作者 贾尚昆 种照辉 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第5期761-769,共9页
统计了中国东西部6个煤矿典型案例,总结分析了影响窄煤柱变形破坏的关键因素。利用FLAC数值计算研究了不同煤层强度和厚度、煤层埋深、基本顶强度、掘进和采动以及支护强度等因素影响下窄煤柱变形破坏特征,确定了这些因素的影响效果;在... 统计了中国东西部6个煤矿典型案例,总结分析了影响窄煤柱变形破坏的关键因素。利用FLAC数值计算研究了不同煤层强度和厚度、煤层埋深、基本顶强度、掘进和采动以及支护强度等因素影响下窄煤柱变形破坏特征,确定了这些因素的影响效果;在基本顶能沿采空区边缘切断的前提下,坚硬的基本顶有利于窄煤柱的稳定;沿空掘巷窄煤柱的宽高比对围岩变形的影响最大,过小的宽高比容易造成煤柱本身整体失稳;锚杆对窄煤柱浅部围岩强度进行强化,提供一定的侧向约束力,控制煤柱表面向巷道内移动。最终提出不同影响因素下保障窄煤柱稳定的控制对策。 展开更多
关键词 沿空掘巷 窄煤柱 影响因素 FLAC 控制对策
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基于正交试验煤岩互层顶板巷道失稳因素研究 被引量:18
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作者 种照辉 李学华 +2 位作者 姚强岭 鞠明和 李冬伟 《中国矿业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第2期220-226,共7页
通过现场调研、矿物组分分析和层状顶板力学模型计算,得到6个煤岩互层巷道失稳因素.对6种因素各取3个水平进行正交模拟试验,得到了各影响因素之间敏感性排序.结果表明:通过水对煤岩互层弱化程度是造成顶板表面、深部位移、高帮顶板下沉... 通过现场调研、矿物组分分析和层状顶板力学模型计算,得到6个煤岩互层巷道失稳因素.对6种因素各取3个水平进行正交模拟试验,得到了各影响因素之间敏感性排序.结果表明:通过水对煤岩互层弱化程度是造成顶板表面、深部位移、高帮顶板下沉量以及两帮移近量变化大的最敏感因素,同时煤岩互层次数,煤岩互层单层厚度对3种下沉量造成了不同程度的影响;而巷道宽度、断面形状是造成两帮移近量的重要敏感因素.研究结果通过线性回归方程进行验证,与正交试验结果基本一致,并且提出了该地区煤岩互层顶板巷道失稳控制对策. 展开更多
关键词 煤岩互层顶板 敏感性因素 正交试验 线性回归
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基于PFC3D-GBM的晶体–单元体尺寸比对花岗岩动态拉伸特性影响分析 被引量:6
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作者 张涛 蔚立元 +3 位作者 鞠明和 李明 苏海健 季浩奇 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期468-478,共11页
为从矿物颗粒尺度上探究花岗岩的动态拉伸力学行为,提出一种新型的基于颗粒流方法(particle flow code,PFC)的三维等效晶质模型(grain-basedmodel,GBM),并利用FDM-DEM耦合建模技术构建三维分离式霍普金森压杆(splitHopkinsonpressurebar... 为从矿物颗粒尺度上探究花岗岩的动态拉伸力学行为,提出一种新型的基于颗粒流方法(particle flow code,PFC)的三维等效晶质模型(grain-basedmodel,GBM),并利用FDM-DEM耦合建模技术构建三维分离式霍普金森压杆(splitHopkinsonpressurebar,SHPB)模拟系统。利用该系统对模拟岩样进行动态半圆弯拉(semi-circular bending,SCB)试验,探究试样破裂过程,并讨论晶体-单元体尺寸比对花岗岩动态拉伸力学行为的影响。研究结果表明:动载作用下的试样内部裂纹数目演化过程可分为萌生、缓慢增长、急速增长、趋于稳定4个阶段,且拉伸破坏是引起试样整体破裂的主要力学机制。随着晶体-单元体尺寸比的增加,试样晶内接触数量占总接触数量的比值逐渐上升并趋于稳定,而晶间接触占比则相应减小。试样破坏后产生的晶内裂纹数量占总裂纹数量的比值逐渐增大,导致试样发生宏观断裂时所需的外部荷载值上升,因此其动态抗拉强度上升且逐渐趋于稳定。PFC3D-GBM在研究晶质性岩石动力学方面具有可行性,是从矿物颗粒尺度上进行岩石力学探究的有力工具。 展开更多
关键词 岩石力学 三维矿物晶体模型 晶体–单元体尺寸比 动态拉伸 微裂纹特征
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