矿业科学学报

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赵明东 , 董东林 , 田康

2017, 2(1): 1-6.

摘要(976) PDF(527)

摘要:
对我国内蒙古地区某煤炭地下气化研究区的气化煤层顶底板岩石试样进行了热物理参数的测定,并建立了各岩性岩石的比热容和导热系数随温度变化的拟合曲线方程,运用COMSOL Multiphysics软件对气化煤层覆岩的温度场情况进行了模拟,根据温度场的分布情况建立了阶段式的地下气化FLAC^3D力学模型,通过调节对应温度的泥岩力学参数,实现了对顶板泥岩的温度反演,并得到了气化研究区的覆岩裂隙发育特征.将相应位置的裂隙高度实测值与模拟值进行对比,在5%的置信区间下R²值达到0.91,验证了所建立的力学模型的可靠性.

裂隙等效介质模型对煤层裂隙参数的影响

刘东洋 , 师素珍 , 赵太郎

2017, 2(1): 7-16.

摘要(804) PDF(161)

摘要:
本文整理分析了Hudson一阶模型、Hudson二阶模型、Cheng模型、Liu模型、Schoenberg线性滑动模型等五种裂隙等效模型的弹性参数表达式。利用数值模拟的方法,分析了裂隙的纵横波速度、弹性参数随裂隙密度、方位角和孔隙填充性质的变化规律,得出了Hudson一阶模型、Hudson二阶模型和Cheng模型的适用条件与适用范围,以及Liu模型与Schoenberg模型的差异性。模拟结果表明:在裂隙密度小于0.05时,Hudson一阶模型和Hudson二阶模型都是有效的;在裂隙密度小于0.1时,Hudson二阶近似的相应特征与Cheng模型相同;在裂隙密度大于0.15以后,Hudson二阶近似开始出现无意义的发散;Liu模型和Cheng模型适用于裂隙密度小于等于0.3的介质。相对而言,Liu模型的适应性更好;Schoenberg线性滑动模型对于含水裂隙的反应最为敏感。

深部煤岩组合体整体破坏的非线性模型研究

左建平 , 陈岩 , 孙运江 , 姜广辉 , 王金涛

2017, 2(1): 17-24.

摘要(881) PDF(456)

摘要:
煤是一种复杂的地质体,其内部具有大量的微裂隙及孔隙。煤岩组合体中,岩石为较硬的部分,煤及其内部微裂隙、孔隙及岩-煤之间的界面共同组成较软的部分。根据工程应变和自然应变(真实应变),建立了表征煤岩组合体的非线性理论模型。该理论模型与煤岩组合体的单轴压缩试验数据吻合度较好。对该理论模型进行简化并对参数进行了讨论,发现参数a约等于1;参数b、参数c与煤样尺寸、弹性模量有关,参数b越大,非线性段逐渐延长,且增大速率基本保持不变;参数c越大,非线性段同样逐渐增长,但是增大速率逐渐减小,并且随着轴向荷载的增加,线性段逐渐重合。

鄂尔多斯深部富水砂岩冻结强度的试验研究

刘波 , 刘念 , 李东阳 , 张功 , 邓和浪 , 王健 , 汤世杰

2017, 2(1): 25-32.

摘要(588) PDF(120)

摘要:
研究冻结条件下深部岩石的力学特征,对西部超深立井冻结壁厚度以及掘进段高的设计具有重要意义。本文以鄂尔多斯某立井冻结工程为背景,以深部富水地层中典型的中砂岩为研究对象,基于细观放大图像分析了岩石的粒径和孔洞分布特征。在-5℃、-10℃、-15℃条件下对冻结中砂岩进行了三轴压缩试验,并在26℃、-10℃和-20℃条件下进行了巴西劈裂试验。试验结果表明:冻结中砂岩的抗压强度随着温度的降低而线性增加,增加幅度最大为27.29%,但随着围压的增加,温度的影响有所减弱;冻结中砂岩内摩擦角φ和黏聚力c也随温度降低而增加,最大增加幅度分别为12.54%和18.69%;温度从26℃降至-10℃,中砂岩抗拉强度从0.73MPa增至1.59MPa,增加118.18%,但当温度继续降低,抗拉强度变化较小。中砂岩强度在冻结后随着温度的降低而增加,但增加幅度有限,此类地层中冻结壁厚度设计以满足封水效果为主,立井中心温度不必过低。

岩石试件中非平行双裂纹扩展贯通规律的数值模拟研究

任张瑜 , 潘卫东 , 刘世民 , 周顺

2017, 2(1): 33-41.

摘要(731) PDF(146)

摘要:
含裂纹岩石试件的裂纹扩展贯通规律的研究是岩石力学与岩土工程重要的研究方向之一。本文采用颗粒离散元数值模拟软件PFC^2D,对含有两条非平行裂纹的类岩石材料试件的单轴压缩试验进行数值模拟。通过统计裂纹模式,发现了两种不同于两条平行裂纹间结合的模式,这两种结合模式中的水平裂纹多与原点倾斜裂纹在水平方向有重合。由试件的力学响应可知,当水平裂纹位于相同高度时,水平裂纹在原点裂纹正上方或正下方的试件峰值应力最大,且中心两侧峰值应力呈近似对称分布;裂纹的贯通多发生在试件的轴向应力达到其峰值的前后,且伴随试件应力应变曲线从塑性强化阶段到试件的破坏,微裂纹的数目呈现规律性的变化,裂纹的贯通和微裂纹数目变化都能在一定程度上预测或反映试件的破坏。室内试验验证了数值模拟中不同扩展模式的存在,说明数值模拟研究的可行性。

特厚煤层大采高综放工作面覆岩结构及支架工作阻力研究

侯运炳 , 何尚森 , 周殿奇 , 韩帅 , 周玉

2017, 2(1): 42-48.

摘要(1260) PDF(594)

摘要:
为了掌握特厚煤层大采高综放工作面的覆岩结构及支架合理工作阻力,以同忻煤矿8107工作面为研究对象,采用理论分析、现场观测的方法对特厚煤层大采高综放工作面覆岩的破断和组合形式进行了研究,建立了覆岩力学模型,得出了同忻煤矿8107工作面支架工作阻力计算式。结果表明:正常开采期间,大采高综放工作面直接顶易形成具有整体性的倒台阶组合悬臂梁结构,悬臂梁结构的破断、回转是支架—围岩互馈过程中的主要压力来源;来压期间,高位砌体梁结构与低位悬臂梁结构耦合形成“砌体梁—悬臂梁”结构,砌体梁结构的滑落失稳引起悬臂梁结构的协同回转,是大采高综放工作面强冲击来压的原因;实测8107工作面正常回采以及来压时支架工作阻力分别为26 MPa(9750 kN)和40 MPa(15000kN),与理论计算结果较为吻合;8107工作面采用的ZF15000/27.5/42型四柱低位放顶煤支架能够满足生产需求。

工作面端头L形区煤柱体诱发冲击机理及防治研究

郭金刚 , 王伟光 , 杨增强 , 何富连 , 赵勇强 , 郑铮

2017, 2(1): 49-57.

摘要(998) PDF(343)

摘要:
为了研究深部开采工作面端头L形区煤柱体失稳诱发两类典型的巷帮冲击地压,基于宝积山煤矿705综放工作面5次冲击地压显现与工作面推进位置关系,分析了一定围压条件下煤柱体的受力状态和力学响应,并推导出了煤柱体失稳破坏与作用载荷的关系。利用FLAC^3D软件应变软化模型模拟研究了集中静载荷和动载荷组合作用下煤柱体的应力-应变特性,结果表明:初始静载荷变化对煤柱体失稳发生冲击的影响作用要高于动载荷变化,集中静载荷起储存冲击能作用,动载荷起诱发冲击作用。提出锚网索支护+高压水射流巷帮卸压协同作用防治巷道冲击地压方法,模拟分析显示围岩应力分布满足强弱强(3S)三重防冲结构,围岩结构弯矩分布均匀合理。本研究为协同作用防治巷道冲击地压提供了理论依据。

基于变迁记忆的无人化掘进机故障Petri网研究

杨健健 , 唐至威 , 刘强 , 王凤栋 , 尹同舟 , 吴淼

2017, 2(1): 58-65.

摘要(752) PDF(307)

摘要:
无人化掘进机是无人化采矿技术理念的具体实现,煤矿智能化开采要求掘进机具备智能诊断技术。本文在分析传统Petri网在故障诊断领域的应用基础上,给出了故障诊断问题的不同建模分类及一种理论表达,并抽象出故障诊断领域的三大科学技术问题。介绍了表征变迁记忆的变迁标识矩阵,用于表达故障传播路径,在此基础上从新型故障Petri网定义、关联矩阵改进、状态方程、变迁记忆表达等几个方面,论述了基于变迁记忆的掘进机故障Petri网的理论定义及技术实现。最后验证并指出了智能诊断函数的表达形式及故障传播路径智能推理的一致性表达。

收发线圈水平侧移对磁耦合谐振式无线电能传输系统的影响

刘毅 , 曹阳阳 , 霍跃华 , 杜欣欣 , 田子建

2017, 2(1): 66-74.

摘要(851) PDF(137)

摘要:
针对在磁耦合谐振式无线输电系统中发射线圈和接收线圈之间发生平行不共轴的水平侧移问题,分别采用互感耦合理论和二端口网络理论对其进行建模分析,并通过数学推导得出用s参数表示的归一化功率和传输效率表达式。运用HFSS软件仿真了系统在过耦合、临界耦合和欠耦合状态下,水平侧移量对系统传输性能的影响;提出一种用于改善系统的优化结构。最后,通过实验验证了仿真结果,并验证所提出的优化结构可有效消除侧移所带来的负面影响,改善系统传输效率。

粗铌精矿氢氧化钾介质水热溶出试验研究

王卫东 , 李昭 , 王晓辉 , 郑诗礼

2017, 2(1): 75-81.

摘要(1069) PDF(919)

摘要:
本文针对粗铌精矿难以利用的难题,通过对粗铌精矿成分及物相的分析,采用氢氧化钾(KOH)介质水热法进行粗铌精矿溶出试验研究,探索了KOH浓度和温度对粗铌精矿溶出的影响。结果表明:在KOH浓度为30%、温度为200 ℃时,铌的溶出率达到90%;随着KOH浓度和温度的升高,铌的溶出率呈现先增加后降低的趋势;在整个溶出过程中,碱性组分铁（Fe）、锰（Mg）、镁（Mn）的溶出率较低。XRD和SEM等检测结果表明:KOH浓度和温度的增加促进(Fe,Mn)(Nb,Ta)₂O₆的分解,当KOH浓度超过30%、温度超过200℃时,进一步增加温度或碱浓度,(Fe,Mn)(Nb,Ta)₂O₆分解生成的可溶性六铌酸钾(K₈Nb₆O₁₉)发生向不溶性偏铌酸钾(KNbO₃)的转化,铌的溶出率显著降低。

TG-DSC测定煤热解反应热过程中确定基线热流的技术方法

解强 , 梁鼎成 , 何璐 , 李柏熹 , 张峰

2017, 2(1): 82-89.

摘要(813) PDF(384)

摘要:
利用差示扫描量热仪测定煤热解反应热,仪器输出的总热流信号是由反应热热流和基线热流组成,故基线热流的确定成为测定反应热的关键。论文分析了TG-DSC测定煤及其他非均质有机物热解反应热过程中基线热流的构成,比较了经验法和测定法确定基线热流的优缺点,评估了基线热流各组分的测定方法,尤其关注这些方法对煤热解反应热测定时获取基线热流的可借鉴性。结果表明,TG-DSC测定煤热解反应热时,基线热流是由显热热流和辐射热流差组成;显热热流可借助Merrick模型、灰分比热容经验公式及混合物模型计算求出,辐射热流差则通过研究提出的辐射校正因子λ,将煤热解过程与煤焦热解过程关联后计算确定。最终,由显热热流和辐射热流差之和确定热解过程的基线热流。

煤显微组分组成对配煤镜质体反射率分布的影响

张磊 , 刘文礼 , 门东坡 , 韩笑

2017, 2(1): 90-98.

摘要(698) PDF(421)

摘要:
为了探究煤显微组分组成对配煤镜质体反射率分布的影响,本研究建立了基于配合单煤镜质体反射率分布、镜质组含量及配入比例的配煤镜质体反射率分布的预测方法,同时以开滦矿区4种不同变质程度烟煤（R_o,ran介于0.88%~1.30%)为研究对象,利用软件Design-Expert 8.0进行配煤镜质体反射率分布影响因素及其显著性分析。三因素显著性分析结果表明,相比于镜质组含量和配入比例,参与配煤的单煤镜质体反射率是影响配煤镜质体反射率分布的显著性因素;当各配合单煤镜质体反射率确定时,两因素显著性分析结果表明,镜质组含量和配入比例均是影响配煤镜质体反射率分布的显著性因素。

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2017年第2卷第1期

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