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深部固体资源流态化开采原位多场多相岩体力学理论研究前沿 认领 引用 被引量：4
1
作者 周宏伟 张茹 +6 位作者 薛东杰 李存宝 高富强 巨峰 范建国 陈磊 谢和平 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2026年第1期352-369,共18页
随着地球浅部能源资源逐步开采殆尽,提升人类对深部固体资源获取能力是全球科学前沿和技术发展的必然趋势,也是确保我国长久能源安全的战略选择。煤炭禀赋固体资源与能源属性,深部煤炭资源流态化开采是突破固体矿产资源开采深度极限的... 随着地球浅部能源资源逐步开采殆尽,提升人类对深部固体资源获取能力是全球科学前沿和技术发展的必然趋势,也是确保我国长久能源安全的战略选择。煤炭禀赋固体资源与能源属性,深部煤炭资源流态化开采是突破固体矿产资源开采深度极限的颠覆性技术,其关键是要构建能考虑深部煤炭资源流态化开采原位赋存环境影响的深部工程科学全新理论与技术。现有岩石力学理论与方法难以考虑深部原位环境的影响(现有强度准则、本构方程等与深度无关、与深部原位环境无关),无法有效指导流态化技术研发和灾害防控,亟需发展考虑深部固体资源流态化开采原位多场多相环境影响的原位岩体力学新理论、新方法。建立深部原位多场多相岩体力学理论是实现深部固体资源流态化开采的基础,针对考虑深部煤炭资源原位流态化开采赋存环境影响的岩体力学理论新体系,凝练了四大关键科学问题:(1)深部固体资源流态化开采不同深度赋存环境本真参数与岩体物理力学行为差异性规律;(2)考虑深部固体资源流态化开采多场多相赋存环境影响的原位岩体力学理论;(3)深部固体资源流态化开采围岩稳定与岩层控制机制及动力灾害孕灾机理;(4)深部固体流态化开采负碳充填体的拓扑结构与构建。并相辅相成地提出五大关键技术问题:(1)深部固体资源流态化开采不同深度原位多场多相赋存环境本真信息获取技术;(2)深部固体资源流态化开采环境重构下岩体形变多参量同步测试技术;(3)深部固体资源流态化开采围岩多场耦合破坏智能数值仿真技术;(4)深部固体资源流态化开采负碳充填材料改性及性能调控技术;(5)深部固体资源流态化开采负碳高效充填技术。最后,结合科学问题和技术问题细分出七大重点研究内容:(1)深部固体资源流态化开采不同深度岩体力学行为原位测试原理与技术;(2)深部固体资源流态化开采环境重构下多场多相岩体形变规律同步测试方法与技术;(3)深部固体资源流态化开采下原位岩体力学理论与灾变预测方法;(4)深部固体资源流态化开采下围岩稳定技术与安全评价方法;(5)深部固体资源流态化开采巷道前方灾害源随掘声波精细探测技术;(6)深部固体流态化开采下负碳充填及其岩层控制技术;(7)深部开采动力灾害防控方法及工程示范。基于以上内容构建深部固体资源流态化开采原位多场多相岩体力学理论,为未来深部固体资源流态化开采提供理论基础和技术支撑。 展开更多
关键词 深部开采 多场多相 深部原位岩体力学 流态化 围岩稳定 负碳充填
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基于Stacking算法与钻进参数的岩石单轴抗压强度预测 认领 引用 被引量：4
2
作者 岳中文 龙思晨 +5 位作者 闫逸飞 张梦佳 胡昊 薛克军 马文彪 李杨 《采矿与安全工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2026年第1期198-207,共10页
针对传统岩石强度参数测试方法周期长、成本高的问题,本文提出一种基于Stacking集成算法的新型岩石单轴抗压强度预测方法。通过自主研发的岩石数字钻探测试系统,对不同强度材料的组合试件开展数字钻探试验;选择4种不同的机器学习算法(... 针对传统岩石强度参数测试方法周期长、成本高的问题,本文提出一种基于Stacking集成算法的新型岩石单轴抗压强度预测方法。通过自主研发的岩石数字钻探测试系统,对不同强度材料的组合试件开展数字钻探试验;选择4种不同的机器学习算法(包括支持向量机、随机森林、LightGBM和BP-神经网络),利用钻进数据训练相应的算法模型,探究钻进速度、扭矩和推进力与岩石单轴抗压强度之间的关系;采用双层Stacking框架融合4种抗压强度预测模型,构建集成算法模型,以解决单一算法模型预测精度不足、泛化能力差的问题。研究结果表明,Stacking算法模型在不同转速下对岩石单轴抗压强度的预测性能优异,300 r/min转速与400 r/min转速下对不同试件的单轴抗压强度预测结果决定系数R2基本高于0.9,优于其他4种基学习器,且平均绝对误差占实际强度值的比例小于5%。现场应用表明,Stacking算法模型能有效预测巷道岩层的岩石单轴抗压强度,可为岩体随钻探测研究提供新的思路和方法。 展开更多
关键词 钻进参数 Stacking算法 强度预测 集成学习 模型融合
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深部高应力异构岩体灾变机制与诱变改性研究构思与展望 认领 引用 被引量：4
3
作者 王少锋 樊凯鑫 周子龙 《采矿与安全工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2026年第4期816-830,共15页
深部金属矿岩坚硬、地应力高、储能大,同时复杂的采场、空区、充填体、水体等不连续结构与非均匀介质交叉共存的极端异构环境进一步加剧岩体局部应力集中和储能跃升,形成处于高危态的高应力异构岩体。在矿山开采动力扰动下,深部异构岩... 深部金属矿岩坚硬、地应力高、储能大,同时复杂的采场、空区、充填体、水体等不连续结构与非均匀介质交叉共存的极端异构环境进一步加剧岩体局部应力集中和储能跃升,形成处于高危态的高应力异构岩体。在矿山开采动力扰动下,深部异构岩体高储能易突然释放形成岩爆等动力灾害。因此,针对高应力异构岩体高储能致灾驱动机制和注水诱变改性机理关键科学问题,考虑深部异构岩体高储能和动力扰动并存的显著特点,开展深部高应力异构岩体动力响应规律、动静组合灾变机制、注水诱变改性方法研究,阐明动力扰动下高应力异构岩体的动态响应与破裂规律,明晰动力扰动诱发异构岩体高储能致灾的驱动机制,揭示注水诱变改性参数对动力扰动能量时空流程的阻滞机理和对异构区域高能态灾变敏度的降危机理,开发联合注水阻滞和注水释能的深部异构岩体诱变改性方法,为深部金属矿岩体动力灾害防控和安全高效生产提供关键理论与技术支撑。 展开更多
关键词 深部金属矿 异构岩体 动力扰动 灾变机制 诱变改性
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深部煤岩组合体力学特性研究进展 认领 引用 被引量：1
4
作者 左建平 陈岩 +2 位作者 宋洪强 徐丞谊 于祥 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2026年第4期140-158,共19页
随着我国煤炭开采深度不断增加,深部复杂环境(如高地应力、高地温、高渗透压、构造、断层、采动影响等)使得煤岩动力灾害日趋严重,制约了煤矿安全生产与资源高效回收。煤岩组合体作为矿井最基本的承载结构与灾害孕育的核心,其力学行为... 随着我国煤炭开采深度不断增加,深部复杂环境(如高地应力、高地温、高渗透压、构造、断层、采动影响等)使得煤岩动力灾害日趋严重,制约了煤矿安全生产与资源高效回收。煤岩组合体作为矿井最基本的承载结构与灾害孕育的核心,其力学行为及失稳机理已逐步成为采矿岩石力学研究的前沿热点。系统综述了深部煤岩组合体在力学试验、声发射特征、本构模型、能量演化与失稳机制等方面的研究进展。研究表明:几何构型与围压共同控制组合体的强度、变形及破坏模式,围压升高引发脆–延转化;声发射监测与波速层析成像揭示了“先煤后岩”的渐进破坏过程与失稳前兆;基于裂纹应变演化构建了考虑加载–卸载路径的非线性本构模型;提出了以“煤岩差能”为核心的失稳判据,阐明了能量非均衡分布是冲击启动的关键;进一步分析了煤岩协同破坏机制,指出深部条件下材料特性影响增强,组合体冲击倾向性显著高于单体煤。最后,提出未来深部煤岩研究需聚焦多场耦合试验、智能损伤诊断、精准本构模型及主被动防控技术,以支撑动力灾害防控。 展开更多
关键词 深部煤岩组合体 非线性本构模型 煤岩差能失稳 源空间定位 煤岩结构−材料协同破坏
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Stress wave propagation and energy characteristics of impact-damaged and water-soaked sandstone with different length-to-diameter ratios 认领 引用 被引量：1
5
作者 Kang Peng Kun Luo +4 位作者 Yuanmin Wang Song Luo Tianxing Ma Jing Mao Jie Zhang 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2026年第3期1876-1891,共16页
In mining engineering,dynamic loads acting on the surrounding rock induce irreversible damage.The damage is further exacerbated by water exudation from filling bodies or groundwater in the surrounding rock.Understandi... In mining engineering,dynamic loads acting on the surrounding rock induce irreversible damage.The damage is further exacerbated by water exudation from filling bodies or groundwater in the surrounding rock.Understanding the propagation and energy characteristics of stress waves in damaged surrounding rock is essential for improving the stability of underground structures.Hence,in this study,an improved triaxial Split Hopkinson Pressure Bar(SHPB)testing system was used to prepare four sets of impact-damaged and water-soaked specimens with varying length-to-diameter ratios in the laboratory,followed by dynamic triaxial compression testing.Test results indicate that,following dynamic impact and water soaking,the propagation of stress waves in rock is altered.Compared with intact specimens,impact-damaged and water-soaked specimens(IDWS)show a reduction in both transmission and reflection coefficients,thereby enhancing their energy absorption capacity and decreasing transmitted and reflected energy.The length(length-to-diameter ratio)of the specimen and the peak of the incident wave also affect stress wave propagation.Under the same incident peak value,the transmission coefficient increases with larger length-to-diameter ratios,whereas the reflection coefficient decreases.Similarly,the energy carried by the stress wave is influenced by specimen length:as the length grows,the energy absorbed per unit volume declines.When using energy absorbed per unit volume to characterize the dynamic triaxial strength of rock,the length-to-diameter ratio effect on strength is not pronounced. 展开更多
关键词 Impact-damaged and water-soaked rocks Dynamic triaxial compression Stress wave propagation Split hopkinson pressure bar(SHPB) Energy characteristics Length-to-diameter ratio effect
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深部金属矿开采复杂环境岩体破裂灾变机制与防控方法 认领 引用 被引量：1
6
作者 黄麟淇 刘万杰 +1 位作者 宋士龙 李夕兵 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2026年第4期1585-1608,共24页
金属矿产资源是社会经济发展的重要物质基础,随着浅部资源逐步减少,深部开采已成为实现矿产资源可持续开发的重要途径。然而,深部金属矿山在多中段多采场开采条件下,形成了岩体、空区、充填体等多介质共存与高地应力、高地温、高渗透水... 金属矿产资源是社会经济发展的重要物质基础,随着浅部资源逐步减少,深部开采已成为实现矿产资源可持续开发的重要途径。然而,深部金属矿山在多中段多采场开采条件下,形成了岩体、空区、充填体等多介质共存与高地应力、高地温、高渗透水压等多物理场耦合的复杂环境。金属矿山岩体在爆破开采多源扰动下的多场力学响应机制复杂、灾变路径多样,造成岩体灾害频发且防控困难,严重制约深部金属矿山的安全高效开采。因此,针对深部金属矿山面对复杂的“三高”环境、多介质复杂结构和多源开采扰动等特点,亟需开展深部金属矿开采复杂环境岩体破裂灾变机制与防控方法研究;明晰应力场、温度场、渗流场耦合下含孔洞缺陷的异质岩体的强度力学参数、裂纹发生发展规律与宏观破裂过程,阐明开采扰动下岩体能量驱动动力灾变机制,研发高精度的灾害信息感知与灾源定位方法与系统,提出联合精细化爆破、双重预裂爆破、注水泄压的灾害防控技术体系,形成深部金属矿开采岩体动力灾害“灾源降扰-灾链阻断-灾能调控”防控新模式。 展开更多
关键词 深部金属矿 多场多相 灾变机制 灾害感知 灾害防控
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陕北白垩系冻结软岩抗折力学宏微观特性研究 认领 引用 被引量：1
7
作者 闫和平 亓兴晗 +1 位作者 徐程 杨玉贵 《中国矿业》 CAS 北大核心 2026年第1期223-231,共9页
针对陕北地区白垩系软岩地层冻结法凿井工程常发生冻结管断裂、外层井壁垮塌等问题,本文以榆横矿区白垩系软岩为研究对象,采用XRD与SEM研究了洛河组中粒砂岩的矿物成分与微观结构特征;开展了白垩系软岩在冻结过程中的核磁共振试验,获得... 针对陕北地区白垩系软岩地层冻结法凿井工程常发生冻结管断裂、外层井壁垮塌等问题,本文以榆横矿区白垩系软岩为研究对象,采用XRD与SEM研究了洛河组中粒砂岩的矿物成分与微观结构特征;开展了白垩系软岩在冻结过程中的核磁共振试验,获得了冻结软岩的孔隙率和孔隙冰含量变化规律;并对不同温度(-5℃、-10℃、-15℃和-20℃)下的冻结软岩进行了抗折力学试验,分析了白垩系冻结软岩的抗折宏观力学特性与断面微观形貌特征。研究结果表明:洛河组中粒砂岩矿物成分以石英、钾长石、钠长石为主,高岭石黏土矿物含量达到18.7%;岩石内部结构由颗粒状矿物堆叠而成,存在较多的连通孔隙、微裂隙及局部孔洞。冻结过程中孔隙冰含量随温度降低先呈现快速升高、后缓慢升高直至平缓的趋势。白垩系冻结软岩抗折强度随温度降低先呈现快速增加、后逐渐平缓的变化趋势;与-5℃抗折强度相比,-10℃、-15℃及-20℃下的抗折强度分别提高了231.2%、288.0%及304.8%。随着温度的降低,洛河组砂岩断裂形态逐渐趋于平直,断裂面表面粗糙度减小。该研究成果对于揭示白垩系软岩地层的冻结过程演化与冻结壁破坏机理具有重要工程意义。 展开更多
关键词 白垩系软岩 力学特性 表面粗糙度 抗折强度 孔隙冰
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基于三维数字化技术的矿岩精细化稳定性分析 认领 引用 被引量：1
8
作者 张鹏飞 王贻明 +1 位作者 李成龙 武鹏杰 《金属矿山》 CAS 北大核心 2026年第1期73-80,共8页
矿岩稳定性分析是矿山安全开采的前提,传统的稳定性分析仅针对较大范围的区域,存在一定的局限性。而三维数字化技术可以将矿岩进行精细化稳定性分区,从而提高稳定性分析的准确性。因此,采用三维数字化技术,运用Dimine软件对某铜矿矿岩... 矿岩稳定性分析是矿山安全开采的前提,传统的稳定性分析仅针对较大范围的区域,存在一定的局限性。而三维数字化技术可以将矿岩进行精细化稳定性分区,从而提高稳定性分析的准确性。因此,采用三维数字化技术,运用Dimine软件对某铜矿矿岩三维数字化模型进行了重构,通过收集钻孔RQD信息,构建了矿区岩层模型以及包含RQD信息的矿岩三维模型,并开展了矿岩稳定性精细化分析及工程应用。结果表明:不同区域的矿岩稳定性存在较大差异,验证了传统分析方法的局限性以及三维重构模型的优越性。将该模型应用于某铜矿7MU盘区的稳定性分析与采场设计,提出了针对性设计方案,稳定性较好的盘区北段采场宽度不超过11 m,稳定性较差的盘区南段采场宽度不超过9 m,显著提升了矿山开采的精细化水平。研究结果为矿山设计与优化提供了新思路,具有重要的工程借鉴意义。 展开更多
关键词 矿岩稳定性分析 三维模型 Dimine 软件 RQD
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Prediction model for indoor rock compression failure time based on ensemble learning and optimization algorithms 认领 引用 被引量：1
9
作者 Boyang Zhang Xiancheng Wang +5 位作者 Fei Ding Liyuan Yu Luyuan Wu Shuai Zhao Yingkang Weng Zhaoyang Feng 《International Journal of Minerals,Metallurgy and Materials》 SCIE EI CAS CSCD 2026年第7期2437-2453,共17页
The prediction of rock failure,a key fundamental research for addressing mining safety issues(such as mine slope stability and rockburst),faces challenges with traditional methods due to their complex generalization a... The prediction of rock failure,a key fundamental research for addressing mining safety issues(such as mine slope stability and rockburst),faces challenges with traditional methods due to their complex generalization and computational processes that struggle to describe the entire failure process.Consequently,12 prediction models integrating ensemble learning and optimization algorithms were established to predict rock peak stress and failure time using strain,elastic modulus,density,mass,and confining pressure as inputs.Fivefold cross-validation was used to optimize hyperparameters,significantly improving the model's generalization ability,robustness,and stability.Dataset was established through rock mechanics experiments,with strain increments configured at 0.008‰,0.01‰,and 0.012‰ in the test set.The cross-validation optimized particle swarm optimization eXtreme gradient boosting(CV-PSO-XGBoost)model performed best under a strain increment of 0.01‰,and its stress prediction achieved coefficient of determination R2=0.904,mean absolute error(MAE)=4.315,and root mean square error(RMSE)=5.435;while the failure time prediction demonstrated R2=0.811,mean absolute percentage error(MAPE)=7.842%,and MAE=30.343.Finally,SHapley Additive explanations(SHAP)analysis showed strain and stress significantly impact the model,with strain positively predicting failure time,aligning with traditional rock validating reliability.This study provides insights into the research on rock strata stability in mining. 展开更多
关键词 rock failure strain increment failure time ensemble learning SHapley Additive exPlanations interpretation
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基于改进SAM模型的岩芯RQD智能计算方法 认领 引用 被引量：1
10
作者 张艳博 魏子巍 +3 位作者 李群 王帅 荣辉 李涛 《金属矿山》 CAS 北大核心 2026年第4期5-14,共10页
岩石质量指标(Rock Quality Designation,RQD)作为评价岩体完整性的关键指标,被广泛应用于地矿工程中,为工程设计和施工质量提供重要依据。传统的RQD确定方法依赖于人工测量,存在获取效率低、结果误差大等问题。为此,提出了一种基于图... 岩石质量指标(Rock Quality Designation,RQD)作为评价岩体完整性的关键指标,被广泛应用于地矿工程中,为工程设计和施工质量提供重要依据。传统的RQD确定方法依赖于人工测量,存在获取效率低、结果误差大等问题。为此,提出了一种基于图像检测与目标分割的RQD智能计算方法。该方法首先通过透视变换、数据增强、图像标注技术构建岩芯图像数据集。随后,对分割任意模型(Segment Anything Model,SAM)进行两方面的结构改进:一是在图像解码器中引入适配器(Adapter)模块进行微调,以增强模型对岩芯特征的表征能力;二是优化损失函数,以提升岩芯边缘的分割精度,实现独立岩芯段的精确提取。最后,针对岩芯存在倾斜角度的问题,采用霍夫(Hough)变换进行姿态矫正,并结合中位线-像素统计方法测量岩芯长度,完成RQD计算。试验结果表明:改进SAM模型分割的岩芯边界清晰,轮廓完整,F1值达到95.21%,交并比(Intersection over Union,IoU)达到88.91%。岩芯RQD智能计算结果与传统人工计算结果的平均绝对误差不超过5%,具有较高的准确性。同时相较于人工测量,岩芯RQD智能计算大幅缩短了测算耗时,有效提高了RQD测算效率。 展开更多
关键词 岩芯图像分割 SAM模型 透视变换 适配器微调 霍夫变换 岩石质量指标
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冲击载荷下煤体巴西劈裂动态力学特性及损伤本构模型 认领 引用
11
作者 孔祥国 李宇航 +7 位作者 李树刚 林海飞 刘厅 马衍坤 刘晓斐 和递 季鹏飞 蔡雨初 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2026年第3期1976-1988,共13页
在深部煤层开采过程中,煤体在冲击载荷扰动下的动态损伤与破坏是造成重大动力灾害的关键因素。为探究冲击载荷下煤样的动态拉伸特性,采用霍普金森压杆(SHPB)试验系统,开展不同冲击速度下煤的动态劈裂拉伸试验,并利用高速摄像机拍摄煤样... 在深部煤层开采过程中,煤体在冲击载荷扰动下的动态损伤与破坏是造成重大动力灾害的关键因素。为探究冲击载荷下煤样的动态拉伸特性,采用霍普金森压杆(SHPB)试验系统,开展不同冲击速度下煤的动态劈裂拉伸试验,并利用高速摄像机拍摄煤样的裂纹扩展过程,研究不同冲击速度下煤样的动态拉伸力学特性,分析巴西劈裂试验中煤样的破坏过程及破坏形态。基于组合元件模型理论和统计损伤理论,构建了煤体动态损伤本构模型,并验证了模型的合理性。试验结果表明:煤样的峰值拉伸强度与冲击速度成正比关系,而峰值应变与冲击速度成反比,这表明随冲击速度的增加,煤样的变形反应时间较短,在小变形之后就发生宏观破裂。动态劈裂试验中,中心主裂纹在煤样中心区域产生,随后产生的微裂纹不断扩展、汇聚直至贯通,导致煤样破裂,在近杆件端面处产生应力集中现象,出现压碎区域。随冲击速度的增大,煤样所吸收的能量也随之增加,入射能、反射能、透射能及耗散能均呈现增大趋势。其中,入射能的增长斜率最大,透射能变化幅度较小,增长斜率最小,煤样耗散能与反射能增长斜率近似相等。煤样能量耗散密度随冲击速度增大呈线性增加,这表明随冲击速度的增大,高能量的输入导致能量在煤体内部迅速传递积累,局部区域承受更高的能量密度,使得煤样的破裂程度更加显著。基于朱-王-唐模型及统计损伤理论,将部分弹性体损伤化并引入塑性元件,对朱-王-唐本构模型进行改进,构建了冲击载荷下煤体巴西劈裂的黏弹塑性动态损伤本构模型。该模型能够较好地表征冲击载荷作用下煤体的弹性阶段及塑性阶段,很好地反映煤体在不同冲击速度下的动态应力-应变关系,验证了本构模型的可靠性。 展开更多
关键词 冲击载荷 巴西劈裂 动力学特征 能量耗散 裂纹扩展 本构模型
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同一尺度下多类型煤岩体核磁弛豫-力学响应耦合规律 认领 引用
12
作者 徐吉钊 魏子浩 +8 位作者 温鸿达 翟成 徐鹤翔 刘厅 张通 钱圣 刘宏倡 郑仰峰 唐伟 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2026年第7期4086-4103,共18页
深部煤岩储层内多尺度孔裂隙结构的空间展布特征对其力学强度与渗透行为具有控制作用,高效精准探测该结构对于评估资源储量、揭示应力扰动下的损伤破坏机制具有重要意义。基于煤矿井下定向长钻孔取心过程,若能明确钻取岩心沿程的孔隙结... 深部煤岩储层内多尺度孔裂隙结构的空间展布特征对其力学强度与渗透行为具有控制作用,高效精准探测该结构对于评估资源储量、揭示应力扰动下的损伤破坏机制具有重要意义。基于煤矿井下定向长钻孔取心过程,若能明确钻取岩心沿程的孔隙结构及应力状态,将有助于重建储层内的流场与应力场分布,实现“一孔多用”的工程地质目标。目前对同一尺度煤岩体孔隙-力学耦合机制研究较少,为此集成低场核磁共振技术与单轴/三轴加载破坏试验,系统研究了多类型煤岩体核磁弛豫特征与力学响应参数之间的关联性,建立了孔隙结构参数与力学参量之间的定量耦合关系。结果表明:不同类型煤岩体表现出显著的弛豫响应差异,“原态/饱水-离心”联测的横向弛豫时间T2谱揭示其内部孔裂隙尺寸分布存在明显区别。随着围压增加,煤岩体的峰值强度σp和弹性模量E呈上升趋势。各类煤岩体的T2参数(T2几何平均值T2gm、算术平均值T2am及有效连通孔隙的T2几何平均值T2gmf、算术平均值T2amf)均与其对应的σp、E呈负相关关系。这表明具有较高T2的大尺寸孔裂隙周边基质更易发生应力集中,诱发新裂隙萌生、扩展和贯通,同时弱胶结结构和较小的有效承载面积会削弱黏聚力并提高平均应力水平。T2gm、T2gmf主导了加载破坏过程中裂纹失稳扩展路径与断裂韧性,T2am、T2amf与力学参数的负相关关系则反映了原始孔隙缺陷对刚度和有效承载能力的削弱作用。T2谱分选系数(T2gm/T2am、T2gmf/T2amf)与σp、E的相关关系表明,煤岩体润湿性及孔裂隙空间展布的各向异性直接影响T2谱的迂曲度与结构强度。σp、E与T2截止值(T2cutoff)呈正相关,与核磁孔隙率φ呈负相关,说明T2cutoff和φ可共同反映孔裂隙的贯通性和有效应力水平。在相同围压条件下,不同煤岩体的破坏模式与颗粒间滑移方向存在差异,其受载破坏时的压应力敏感性及弛豫响应特性共同影响了参数间的相关关系。不同试样弛豫-力学参数相关性的排序进一步表明,煤岩体对力学特征的弛豫响应敏感度受矿物组成与孔隙尺寸分布等多因素联合调控。 展开更多
关键词 低场核磁共振 孔隙-力学耦合 横向弛豫时间T2谱 应力-弛豫敏感性 T2谱分选系数 孔裂隙尺寸分布
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数字岩石力学工程探索与实践 认领 引用
13
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》 EI CAS CSCD 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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采煤沉陷与岩体力学参数的响应关系和反演 认领 引用
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作者 武强 张守成 +4 位作者 刘宏磊 董彬 王舒杨 梅傲霜 王显辉 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2026年第5期3048-3063,共16页
岩体力学参数的合理取值是煤炭开采覆岩移动与地表沉陷规律数值模拟法研究的关键。为解决数值模拟法精准度高度依赖岩石力学参数的问题,研究构建了一种融合“正交试验—真三维数值模拟—响应面法”的参数反演系统方法。以黄玉川煤矿1240... 岩体力学参数的合理取值是煤炭开采覆岩移动与地表沉陷规律数值模拟法研究的关键。为解决数值模拟法精准度高度依赖岩石力学参数的问题,研究构建了一种融合“正交试验—真三维数值模拟—响应面法”的参数反演系统方法。以黄玉川煤矿12403-2回采工作面为例,系统分析了弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角和抗拉强度等力学参数对采煤沉陷与覆岩移动规律的敏感性及显著性;研究引入了中心复合设计响应面法,针对分区反演关键参数设计了包含±1、0、±r水平的试验方案,建立了最大沉陷值Wmax、顶板形变hc、底板底鼓hb、采空形变Δh、最大水平移动值Umax和主要影响范围B与开采区、未采区岩体力学参数的多元回归响应函数。通过给定响应目标下的优化,反演获得了可靠的分区岩体力学参数取值,并对其有效性进行了验证。结果表明:开采区弹性模量E与抗拉强度σt是控制Wmax、hc、hb、Δh、Umax及B指标的主控因素,其影响高度显著;未采区弹性模量E′对Umax和B指标高度显著,未开采区抗拉强度σt′对B指标影响同样高度显著。与现场实测数据对比,基于响应函数与反演参数所得的数值模拟结果,其关键响应值与实测值的偏差集分别为{0.86%,3.57%,1.79%,0.94%}和{1.26%,0.29%,2.94%,3.36%},充分验证了反演结果的可靠性。最后,通过与概率积分法对比,发现基于参数反演的数值模拟法在B指标预测偏差率仅为2.34%,远低于概率积分法的68.49%,说明在采煤沉陷盆地主要影响边界划定方面显著优于概率积分法。本研究方法明确了研究区采煤沉陷与岩体力学参数之间的定量响应关系,为煤炭开采中岩体力学参数的科学取值提供了可靠的解决方案,也为其他工程领域数值模拟参数反演提供有益借鉴。 展开更多
关键词 采煤沉陷 参数反演 正交试验 数值模拟 响应面法
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水-岩作用下煤系一水硬铝石型铝土矿抗压力学行为及响应特征 认领 引用
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作者 朱德福 胡文硕 +3 位作者 贾勇杰 王德玉 霍昱名 张纯旺 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2026年第2期1150-1168,共19页
山西煤系沉积型铝土矿赋存于石炭系-奥陶系复合含水层系统,揭示水-岩作用下铝土矿力学响应特征与损伤演化机理是保障铝土矿安全高效开采的关键。以山西兴县煤系铝土矿为研究对象,通过吸水性试验和分子动力学模拟,探究其亲水特性;采用声... 山西煤系沉积型铝土矿赋存于石炭系-奥陶系复合含水层系统,揭示水-岩作用下铝土矿力学响应特征与损伤演化机理是保障铝土矿安全高效开采的关键。以山西兴县煤系铝土矿为研究对象,通过吸水性试验和分子动力学模拟,探究其亲水特性;采用声发射(AE)和数字图像相关(DIC)技术开展不同含水饱和度(0、25%、50%、75%和100%)试样单轴压缩试验,研究其抗压力学行为;结合扫描电镜(SEM)、计算机断层(CT)扫描和摩擦试验,揭示其水-岩作用破坏机理。研究结果表明:铝土矿的主要物质成分为一水硬铝石,极易通过氢键作用与水分子相结合,宏观表现为铝土矿具有较强的吸水性。从干燥到含水饱和,铝土矿的抗压强度和弹性模量均值分别从89.866 MPa和62.499 GPa降至42.443 MPa和35.069 GPa;AE定位点数量和持续时间逐渐减少、破碎分形维数均值从1.63816降至1.42168,表明试样的破碎程度逐渐下降;AE振铃计数和累计振铃计数峰值逐渐降低,表明试样内部裂隙扩展速度变慢、累计损伤程度逐渐减少;在相同加载应力下,试样表面主应变随饱和度升高逐渐增大,表明其抗变形能力逐渐减弱。矿物的膨胀与溶解作用较弱,晶间摩擦阻力下降是导致铝土矿抗压强度弱化的主要内在机理。不同饱和度试样均以张拉破坏为主,干燥试样呈现以晶内Al—O共价键断裂主导的穿晶破坏模式,宏观表现为试样的张拉裂纹占比最大;随着饱和度升高,沿晶间氢键(O2—H…O1)断裂的沿晶破坏占比增大,宏观表现为试样的剪切滑移裂纹占比增加。研究结果为煤系一水硬铝石型铝土矿安全高效开采提供了试验依据。 展开更多
关键词 一水硬铝石 含水饱和度 单轴压缩 损伤演化 水-岩作用
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Investigation of multiphase fluid seepage behaviour in abandoned mines:Insights from single fracture to network scale 认领 引用
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作者 Kangsheng Xue Hai Pu +3 位作者 Ming Li Lulu Liu Xiaoyan Liu Dejun Liu 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2026年第3期499-515,共17页
Quantifying two-phase fluid flow in fractured rocks is essential for resource reutilization in abandoned mines,subsurface energy recovery and underground waste isolation.This study develops a mathematical framework fo... Quantifying two-phase fluid flow in fractured rocks is essential for resource reutilization in abandoned mines,subsurface energy recovery and underground waste isolation.This study develops a mathematical framework for predicting the permeability of rough fracture networks by integrating fractal geometry with single-phase and two-phase seepage theory.A permeability model for rough fracture networks is first established,and its sensitivity to key geometric parameters is analyzed.A second model is then formulated to relate water-phase saturation to measurable variables,enabling the estimation of two-phase permeability from Reynolds number and aperture.Model predictions show deviations of less than 10%from numerical simulations for both single-phase and two-phase flow,demonstrating the accuracy and robustness of the proposed approach.The results highlight the dominant roles of fracture number,tortuosity and aperture in controlling permeability,as well as the influence of flow regimes on relative permeability.The proposed framework provides a practical and physically based method for analyzing multiphase seepage in fractured rock and offers a foundation for further applications to field-scale fractured systems. 展开更多
关键词 Rough-walled fracture network Gas-water two-phase flow Relative permeability Sensitivity analysis Fractal permeability model Reynolds number mapping
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不同超临界CO2浸蚀时间后煤体动力学及破坏特性 认领 引用
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作者 王磊 杨震宇 +5 位作者 陈礼鹏 范浩 姜红彬 李斌 王忠祥 李伟利 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2026年第6期89-105,共17页
用于封存CO2煤层的稳定性会受到地层活化等地质运动的影响,且CO2在地质封存过程中多以超临界态存在。为研究封存CO2的煤层受冲击荷载扰动的影响,基于高压气体吸附-解吸及霍普金森压杆(SHPB)试验系统,对经不同超临界CO2(Sc-C... 用于封存CO2煤层的稳定性会受到地层活化等地质运动的影响,且CO2在地质封存过程中多以超临界态存在。为研究封存CO2的煤层受冲击荷载扰动的影响,基于高压气体吸附-解吸及霍普金森压杆(SHPB)试验系统,对经不同超临界CO2(Sc-CO2)浸蚀时间(0、2、4、6 d)后的煤体分别开展冲击压缩与冲击劈裂2种动态加载试验,并结合扫描电子显微镜(SEM)与傅里叶红外光谱(FTIR)测试,从而对煤体微细观结构进行表征。主要分析煤体的动力学强度参数、能量演化及破坏裂纹特征的变化特性。同时,引入标准差标准化方法以消除不同参量间的量纲差异,定量对比各项参量的变化幅度。结果表明:Sc-CO2可显著促进煤体微小孔裂隙发育,并优先破坏极性或低极性官能团,导致煤体含氧结构减少、分子间作用力下降和结构趋于芳香化,从而使煤体结构强度劣化。随浸蚀时间增加,煤样抗压强度由30.44 MPa降至14.84 MPa,抗拉强度由5.17 MPa降至2.68 MPa,弹性模量与加载率均有不同程度降低,并呈现前期快速和后期缓慢的非线性退化特征;在2种加载模式下,煤体反射能占比逐步上升,而破碎耗能与能量利用率均逐渐下降,其中,浸蚀6 d后,冲击压缩条件下的能量利用率降至13.90%(较未浸蚀煤样降低57.03%),冲击劈裂条件下的能量利用率降至6.89%(较未浸蚀煤样降低16.28%),表明煤体达到破坏阈值所需吸收的能量减少;此外,煤样表面裂隙率和裂隙分形维数均随浸蚀时间增加而升高,冲击破坏的裂纹扩展不规则且分支增多,破坏网络更加复杂;Sc-CO2对峰值强度及强度劣化度的影响在冲击劈裂条件下更为显著,而对破碎耗能、能量利用率、表面裂隙率和裂隙分形维数的影响在冲击压缩条件下更强,反映出不同加载模式下能量分配与破坏机制的差异。研究结果可为封存CO2的煤层稳定性评估及防护提供一定的理论参考。 展开更多
关键词 封存CO2 超临界CO2(Sc-CO2) 冲击压缩 冲击劈裂 动力学特性
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The testing method of rock elastic modulus while drilling based on rotational ratio energy analysis 认领 引用
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作者 WANG Qi CAI Song-lin +2 位作者 GAO Hong-ke JIANG Bei PANG Bo 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2026年第5期2326-2343,共18页
The elastic modulus of rock mass is a fundamental parameter for the surrounding rock stability analysis and the support scheme design.The traditional testing methods are mainly conducted through indoor experiments,whi... The elastic modulus of rock mass is a fundamental parameter for the surrounding rock stability analysis and the support scheme design.The traditional testing methods are mainly conducted through indoor experiments,which require further research for in-situ testing of rock mass elastic modulus.This article conducts multi-type rock mass digital drilling experiments based on the intelligent rotary cutting testing system for rock masses.The response law of drilling parameters to elastic modulus has been clarified.And a rock rotational ratio energy that integrates four types of drilling parameters is proposed.The rock elastic modulus prediction models(RD-Ei models)are established.The experimental results show that the average testing errors of the model based on drilling pressure,drilling torque,and rotational ratio energy are 21.04%,18.84%,and 6.44%,respectively.On this basis,the intelligent drilling explore system of geology is used to carry out rock drilling experiments.The identification of rock interfaces and testing of elastic modulus can be achieved.This study lays a theoretical foundation for real-time quantitative measurement of the surrounding rock elastic modulus on site. 展开更多
关键词 elastic modulus of rock mass digital drilling cutting analysis drilling parameters in-situ testing
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碳纤维复合砂浆约束煤样力学增强与破裂感知方法研究 认领 引用
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作者 宁杉 朱卫兵 +2 位作者 许家林 李竹 赵波智 《中国矿业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2026年第2期484-498,共15页
针对井下煤柱失稳易诱发动力灾害的防控需求,开发了一种基于碳纤维复合砂浆材料的约束增强与损伤监测方法.综合运用理论分析、COMSOL电场模拟、电阻监测及单轴压缩试验等方法开展了系统研究,深入分析了不同碳纤维掺量下复合砂浆约束煤... 针对井下煤柱失稳易诱发动力灾害的防控需求,开发了一种基于碳纤维复合砂浆材料的约束增强与损伤监测方法.综合运用理论分析、COMSOL电场模拟、电阻监测及单轴压缩试验等方法开展了系统研究,深入分析了不同碳纤维掺量下复合砂浆约束煤样的力学强度、电阻变化率及损伤特征.研究表明:碳纤维在砂浆基体中能够形成连续网状结构,增强复合砂浆的力学强度及导电性能,抑制可溶性带电离子的迁移,促使材料的导电方式由离子导电转变为电子导电,从而显著降低电阻监测过程中的噪声干扰;碳纤维掺量为2.0%时,复合砂浆电阻率较纯水泥砂浆降低了4个数量级,电阻率监测的噪声峰峰值较纯砂浆试件减少了5个数量级,且抗压/抗拉强度分别提高了136.6%和135.1%.采用碳纤维复合砂浆包裹约束煤样,可对煤样施加环向约束力并增强其力学强度;同时,复合砂浆能在煤样表面形成优势导电通路,对裂隙扩展感知更加敏锐;采用2.0%碳纤维掺量的复合砂浆约束煤样后,其单轴抗压强度较纯煤样提升25.0%,应力灵敏度较纯砂浆约束煤样提升了1.94倍;复合砂浆约束煤样出现破裂时,应力-应变与电阻变化率同步跌落,可通过捕捉电阻突变信号准确识别煤样破裂信息.采用碳纤维复合砂浆约束煤样,能够同步实现煤样力学增强与破裂过程的实时、无损监测.研究成果扩展了碳纤维复合材料在矿业领域的应用维度,为井下煤体损伤监测提供了新的技术路径. 展开更多
关键词 碳纤维复合砂浆 损伤监测 煤柱加固 力学增强 电阻变化率
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Coupled TM-damage modeling and global sensitivity analysis of thermal spalling in heterogeneous rocks 认领 引用
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作者 Liyuan Liu Mingshan Shi +4 位作者 Derek Elsworth Tao Wang Hongguang Ji Le Zhang Yaohui Li 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2026年第3期535-552,共18页
Thermal spalling in heterogeneous rocks under rapid heating poses critical risks to deep mining and geothermal operations.In this study,we develop a coupled thermal-mechanical-damage(TM D)model that explicitly incorpo... Thermal spalling in heterogeneous rocks under rapid heating poses critical risks to deep mining and geothermal operations.In this study,we develop a coupled thermal-mechanical-damage(TM D)model that explicitly incorporates Weibull distributed heterogeneity to a single fracture in rock,and validate it against ceramic quenching and granite acoustic emission experiments.Distance based generalized sensitivity analysis(DGSA)is applied to quantify the influence and interactions of key parameters,revealing the dominant controls on spalling onset,severity,and damage morphology.The results demonstrate that thermal stress dominates crack initiation and propagation,that lateral constraints can significantly delay and suppress spalling,and that material heterogeneity markedly influences peak stress and damage modes within a certain range of thermal expansion coefficient and has multiple effects on thermal spalling.This study provides a theoretical basis for quantitative assessment and parameter optimization of thermal spalling processes in rock masses. 展开更多
关键词 Rock heterogeneity Thermal spalling Microstructure evolution Sensitivity analysis Parameter interaction effect
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