山东科技大学学报(自然科学版)

  • 断层突水非线性渗流-应力耦合研究

    郭惟嘉;赵金海;尹立明;江宁;

    针对断层水突出日益严重的问题,为揭示断层水突出过程中流固耦合作用影响下突水不同时刻、不同阶段的承压水运移规律,在断层破碎带中应用非达西流动方程并考虑应力作用和孔隙水压力作用对断层带中岩石力学参数的影响,应用Comsol软件建立含水层-断层-工作面三个阶段的断层导通前后达西-非达西-自由流动方程,获得应力-水压力作用下断层水突出及流动机理。结果表明:非达西Forchheimer方程能有效模拟计算高水压高流速水流在断层中的流动过程;流固耦合作用对断层中的非达西流动特性影响较大,断层破碎带作为含水层和工作面的连接部,其在应力作用下的渗透性突变是断层突水形成的根源。

    2017年06期 v.36;No.173 1-7页 [查看摘要][在线阅读][下载 369K]
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  • 粒度对红砂岩力学性质影响规律与机制试验研究

    陈绍杰;郭宇航;黄万朋;尹大伟;

    为研究颗粒粒度对岩石力学特性的影响规律,对不同粒度红砂岩进行了单轴压缩与巴西劈裂拉伸试验。研究表明:红砂岩试验试件密度、单轴抗压强度、弹性模量和单轴抗拉强度最大离散系数分别为0.74%、6.65%、1.12%、9.64%,试验所用红砂岩试件均质性良好;当砂岩颗粒粒度较大时,砂岩单轴抗拉强度、单轴抗压强度、弹性模量等都呈现偏低特征,细粒红砂岩单轴抗压强度、弹性模量、单轴抗拉强度分别是粗粒红砂岩1.28倍、1.19倍、1.62倍。颗粒作为砂岩最基本构成单位,其大小差异导致砂岩内部空间结构的改变,造成其矿物成分、微细观组构特征呈现差异性,进而影响其宏观物理性质,最终决定不同粒度红砂岩石具有相异力学特性。

    2017年06期 v.36;No.173 8-14页 [查看摘要][在线阅读][下载 373K]
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  • 矿井顶板涌水预测方法及发展趋势(英文)

    张文泉;李波;高兵;

    根据矿井顶板涌水灾害的特点,总结矿井顶板涌水的主要影响因素,综述了我国近年来矿井顶板涌水预测方法,根据各方法特点进行了分类总结,并将其分为"解析法""常规数学法""非线性数学法""模拟类比法"四大类。结合当前煤炭形势及矿井生产现状情况,以"云计算大数据"及非线性数学方法为研究基础对未来矿井顶板涌水灾害预测研究进行展望。

    2017年06期 v.36;No.173 15-23页 [查看摘要][在线阅读][下载 279K]
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  • 综放采掘相向沿空掘巷平衡支护设计法研究与应用

    刘立民;张进鹏;孙伟;付彪;闫旭;王志奎;曹军陟;

    为解决采掘相向沿空掘巷受上工作面回采动压及采空区影响围岩变形不均一的问题,根据付村煤矿3上411运输顺槽采掘相向的特殊条件,提出平衡支护设计法;运用理论分析和数值模拟确定巷道围岩受力的非对称性,通过经验公式计算确定合理的巷道支护参数,根据现场观测结果对该平衡支护系统的合理性进行评价。结果表明:通过平衡支护设计法确定的巷道平衡支护系统能够有效地平衡超前支撑压力和侧向支撑压力的影响,使巷道围岩达到整体的平衡稳定;支护后,巷道顶底板移近量和两帮移近量均控制在合理范围内。平衡支护设计法能够对采掘相向情况下围岩结构及应力非对称的巷道进行合理的支护控制。

    2017年06期 v.36;No.173 24-31页 [查看摘要][在线阅读][下载 398K]
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  • 输气管道泄漏流场特性分析

    韩宝坤;闫成稳;鲍怀谦;牛家鹏;杨凯迪;

    输气管道泄漏流场特性对输气管道泄漏检测与定位研究具有重要的意义。根据实际流速和管内压力,建立了圆口泄漏和缝隙泄漏的计算流体动力学模型。在此基础上,研究了不同泄露口的泄漏速率与管内压力的关系以及泄露口形状对泄漏口附近流场的影响,并进行了实验验证。结果表明:泄漏速率和管内压力呈线性关系,圆形泄漏口的口径越大,泄漏速率越高;而矩形泄漏口的泄漏速率明显高于圆形泄漏口,泄漏口方位对泄漏速率的影响不大;在泄漏口附近压力和速度梯度均比较大,但泄漏口对管内气流的影响范围比较小;仿真结果与实验结果具有良好的一致性,说明基于计算流体动力学模型的方法研究气体管道泄漏流场特性是可行的。

    2017年06期 v.36;No.173 32-38页 [查看摘要][在线阅读][下载 343K]
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  • 厚松散层薄基岩条件下矿井顶板涌水致灾因素分析及预测研究

    李波;张文泉;马兰;

    为研究厚松散层薄基岩条件下开采诱发矿井顶板涌水事故的各因素之间的相互关系,总结了厚松散层薄基岩条件下影响矿井顶板涌水量的11个因素。基于模糊数学隶属度及隶属函数对各因素进行了初步处理,构建了基于神经网络的顶板涌水量预测模型,对影响因素权重进行了敏感性排序,并结合现场数据对模型加以验证。研究结果表明,厚松散层薄基岩下开采诱发顶板涌水事故的主要因素是由开采方法的选取引起的一系列"连锁反应"与地层赋存特征共同作用的结果。其中,开采方法、开采高度、基岩厚度及水压是影响松散层下开采顶板涌水灾害的主要因素。经过现场实例验证,模型的准确性较高,预测结果与工程实际吻合较好。

    2017年06期 v.36;No.173 39-46页 [查看摘要][在线阅读][下载 167K]
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  • 基于数字图像相关方法的巴西圆盘变形局部化分析

    张巍;赵同彬;宋义敏;张泽;房凯;

    为了研究岩石拉破坏过程中的变形局部化特征,采用数字图像相关方法进行了巴西圆盘劈裂试验及变形场测试,分析了圆盘试件破坏过程中的水平位移场演化过程。研究表明:巴西圆盘在压密阶段即已出现较明显的水平位移局部化现象,弹性阶段的局部化区域由上下端向中部扩展,在塑性阶段演化为近似中心对称的扇形;巴西圆盘左右背向位移差过大时,试件中部会呈现一条零位移条带,并在峰值点时张拉破坏为裂隙带。

    2017年06期 v.36;No.173 47-51页 [查看摘要][在线阅读][下载 307K]
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  • 基于SPH方法的非均质煤层瓦斯渗流模拟(英文)

    程国强;赵芳;明德志;谭云亮;

    基于煤层瓦斯渗流方程,通过虚粒子法处理边界条件,提出了一种对非均质煤层瓦斯瞬态渗流进行模拟的光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)方法。煤层存在三个典型的非均质性:(a)沿煤层走向的非均质性,(b)Weibull随机分布的非均质性,(c)是(a)和(b)两种情况都存在的非均质性。结果表明:通过SPH方法得到的数值模拟解与解析解一致,三种非均质煤层都会导致瓦斯渗流的非线性行为。而瓦斯流动的非线性程度与煤层的非均质性参数m和n有关。该数值模拟提供了一种揭示煤层中瓦斯渗流和瓦斯灾害非线性行为机理的有效方法。

    2017年06期 v.36;No.173 52-59+89页 [查看摘要][在线阅读][下载 549K]
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  • 大倾角断层下煤层开采诱发顶底板及附近含水层应力变化规律的试验研究

    张培森;赵亚鹏;张明光;武守鑫;马如庆;阚忠辉;

    以某煤矿田岗及二龙岗断层地质条件为背景,并以相似材料模拟试验为研究方法,研究了断层附近煤层顶、底板以及含水层在煤层开采过程中的一般变化规律。研究结果表明:由于断层的"屏障"作用,集中应力很难穿过断层而被限制在工作面一侧,导致断层附近越靠近断层应力集中程度越高;煤层的开采导致顶、底板出现应力集中,随着工作面推进,集中应力向前方转移,离断层越近集中应力越大,顶、底板发生破坏的可能性就越大;由于断层明显的"屏障"作用,工作面开采对断层另一盘三灰含水层的影响较小。

    2017年06期 v.36;No.173 60-65页 [查看摘要][在线阅读][下载 375K]
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  • 基于剪切滑移的矿用泵送湿喷混凝土管道压力分布计算

    刘国明;程卫民;李振;于欣;

    为了研究矿用泵送湿喷混凝土管道压力分布规律,基于管壁润滑效应和物料剪切作用,通过力学分析分别构建滑移方程、剪切方程和湿喷混凝土压力分布方程,滑移方程压力随输送距离增加呈指数下降,剪切方程压力呈直线下降。设计并搭建矿用泵送湿喷混凝土管道输送平台,试验泵送配比为水∶水泥∶石子∶砂子=1∶2∶3.4∶4的湿喷混凝土,得到:滑移摩擦系数随流量增加变化并不明显;管段压降随输送距离的增加逐渐下降。用Origin8.0分别拟合三种流变方程,发现幂指数流变方程更适合该配比湿喷混凝土的流变特性。最后通过试验验证压力分布方程,得出矿用泵送湿喷混凝土压力方程计算结果与试验结果吻合度最高。

    2017年06期 v.36;No.173 66-72页 [查看摘要][在线阅读][下载 379K]
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  • 三维预设原生裂隙下的煤层低压注水数值模拟研究

    徐茂;周刚;邱晗;

    为研究煤层注水过程中,煤体内大量原生裂隙对水分运移过程及润湿效果的影响,采用COMSOL Multiphysics软件模拟注水过程中的渗流压力场、速度场与水分增量,并通过MATLAB编程建立煤体内大量三维原生裂隙的随机分布模型。研究结果表明:注水工作进行约60h后,煤体内各处水分渗流速度趋向一致且保持相对稳定;水分增量场与渗流压力场、渗流速度场在注水前期的分布基本一致;随着大量原生裂隙被水分浸润,裂隙在起到储水作用的同时,也加速了附近煤体的润湿速度;但可见若原生裂隙未与注水孔相交连通,其加快煤体润湿速度的效果有限。

    2017年06期 v.36;No.173 73-80页 [查看摘要][在线阅读][下载 539K]
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  • 基于FTA-AHP方法的煤矿瓦斯爆炸事故分析

    柳茹林;于岩斌;

    通过对煤矿瓦斯事故类型进行统计分析,认为瓦斯爆炸是瓦斯灾害的主要事故类型。瓦斯爆炸事故不仅容易造成群死群伤,而且易引起次生灾害,造成更多的人员伤亡。为了防止煤矿瓦斯爆炸事故的发生,依据8起较典型的重特大瓦斯爆炸事故,建立了瓦斯爆炸事故树,首先运用最小割集和最小径集对瓦斯爆炸事故原因进行定性分析,得出各基本原因事件的结构重要度。在此基础上,利用层次分析方法,以瓦斯爆炸事故作为目标层,事故树各基本原因事件为指标层,进一步确定各基本事件的重要度排序。最后依照FTA-AHP分析结果,结合我国煤炭行业安全生产相关政策法规,从理论和实践角度提出防治煤矿瓦斯爆炸事故的对策及建议,以期为有效预防和控制煤矿瓦斯爆炸事故提供参考。

    2017年06期 v.36;No.173 81-89页 [查看摘要][在线阅读][下载 308K]
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  • 松散层下开采次生小断层影响工作面突砂机制——以山东省横河煤矿1931W工作面突砂事故为例

    张文泉;王长浩;陈晓青;

    为研究松散层下开采次生小断层对工作面涌砂的影响,以山东省横河煤矿1931W工作面突砂事故为例,采用ANSYS有限元数值模拟方法,分析次生小断层对采动裂隙带高度发育的影响,根据模拟结果及流砂突出事故,对顶板流砂突出的机制和条件进行研究,得出在煤层开采过程中导水裂隙带受断层影响的一般规律,认为工作面推进过程中存在断层情况下,导水裂隙带最大发育高度和破坏程度会受到影响,导致其发育高度增大,引发涌水突砂事故。

    2017年06期 v.36;No.173 90-95页 [查看摘要][在线阅读][下载 238K]
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  • 黑龙江省煤系裂隙含水层岩性划分研究

    陆斌法;肖雨江;

    针对巨厚砂岩和泥岩互层地层难以按照传统的岩性划分方法追踪含水层的难题,近年来在黑龙江省煤矿水文地质补充勘探实践的基础上,提出根据白垩系煤系裂隙含水层的发育特点,利用钻探、简易水文、物探测井、抽水试验、水质分析等野外实际资料综合分析,采用"二分法"将研究区巨厚的砂岩、泥岩互层组合结构的白垩系煤系裂隙含水层,按照深度划分为强裂隙承压含水带和弱裂隙承压含水带,为节省水文地质勘探中的工作量提供新的途径。

    2017年06期 v.36;No.173 96-102页 [查看摘要][在线阅读][下载 433K]
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  • 基于三类危险源分析的瓦斯爆炸事故灰色-层次评价

    黄冬梅;

    在对瓦斯爆炸事故致因调查分析的基础上,依据三类危险源理论对各影响因素进行分类,构建了瓦斯爆炸事故评价指标体系;将层次分析法与灰色理论相结合,建立了瓦斯爆炸事故的灰色-层次评价(G-A)模型,并结合具体煤矿实例,确定评价指标的权重,运用G-A评价模型对该矿井瓦斯爆炸事故进行评价,确定了风险等级及重点防范问题,对我国矿井瓦斯爆炸事故预警具有一定的借鉴意义。

    2017年06期 v.36;No.173 103-108+116页 [查看摘要][在线阅读][下载 194K]
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  • 深井厚煤层综放沿空掘巷煤柱合理尺寸研究

    卜滕滕;宁建国;王俊;张为民;

    以山东新河煤矿为研究背景,采用理论分析与计算、数值模拟、现场监测等方法,对深井厚煤层综放面沿空掘巷小煤柱合理尺寸进行研究,建立了深井厚煤层综放面沿空巷道顶板(煤)破断结构模型,计算出上工作面侧向支承压力低应力区范围为13.3m,小煤柱合理尺寸为5~6m;利用FLAC3D模拟上工作面侧向支承压力分布特征及不同宽度煤柱下小煤柱应力分布特征。结果表明:上工作面侧向低应力区范围为14m;一方面,随煤柱宽度增加,具有承载能力的煤柱宽度增大,另一方面,煤柱上方高应力区范围也在增大,仅5m和6m煤柱顶板高应区的范围较小。现场工业实践选择留5~6m煤柱进行掘巷,由巷道表面位移监测结果知,巷道变形满足工作面回风、运输等生产要求。

    2017年06期 v.36;No.173 109-116页 [查看摘要][在线阅读][下载 507K]
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  • 山东科技大学学报(自然科学版)第36卷总目次

    <正>~~

    2017年06期 v.36;No.173 117-120页 [查看摘要][在线阅读][下载 62K]
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