首页期刊导航|中国矿业大学学报
期刊信息/Journal information
中国矿业大学学报
中国矿业大学学报

骆振福

双月刊

1000-1964

journal@cumt.edu.cn

0516-83995897

221008

江苏省徐州市中国矿业大学内

中国矿业大学学报/Journal Journal of China University of Mining & TechnologyCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>《中国矿业大学学报》(自然科学版)是由中国矿业大学主办、刊登自然科学各个领域最新研究成果、具有矿业特色的综合性学术刊物,主要刊登采矿工程、安全工程、矿物加工工程、资源与地质工程、岩土工程等方面的原创性研究论文。1955年创刊,现为双月刊,在国内外具有较大影响,一直是全国中文核心期刊,被美国《工程索引》(Ei Compendex)、美国《化学文摘》(CA)、美国《剑桥科学文摘》(CSA)、俄罗斯《文摘杂志》(AJ)、《中国科学引文数据库》(CSCD)等20多种国内外重要数据库检索收录。《中国矿业大学学报》(英文版)也是由中国矿业大学主办、刊登自然科学各个领域最新研究成果、具有矿业特色的综合性学术刊物。英文版创办于1990年，现为季刊。《中国矿业大学学报》十分注重学术和编辑出版质量,刊登的论文始终保持着较高的学术水平、创新性以及较强的应用价值。曾获全国优秀科技期刊三等奖、全国优秀高校自然科学学报一等奖、华东地区优秀期刊奖、中国期刊方阵“双效期刊”奖、全国高校科技期刊优秀编辑出版质量奖、江苏省期刊方阵“双效期刊”奖、江苏期刊方阵优秀期刊奖、江苏省一级期刊。
正式出版
收录年代

    采动岩层多相多场耦合运动数字孪生方法构想

    黄炳香韩晓克赵兴龙王茗可...
    1037-1052页
    查看更多>>摘要：采动岩层运动与流体运移规律是采矿的核心共性科学问题,也是煤系矿产协调开采的纽带.传统监测方法不能全局直观展示地下岩层与流体三维实时运动,急需提出一种采动岩层多相多场耦合运动数字孪生方法,明晰采矿活动中的岩层运动与流体运移,指导工程实践.以煤铀协调开采为典型场景,基于现场数据进行矿区水文地质三维建模,挖掘采动岩层多相多场耦合运动内在规律并建立机理模型,搭建物联网进行岩层运动与流体运移等信息动态感知,反演实时监测数据建立全局时空信息数据库,融合运用机器学习与数值计算手段构建多源数据驱动的数字孪生体,结合实测与孪生数据进行自主分析决策调控,可以整体形成协调开采采动岩层多相多场耦合运动的数字孪生.采动岩层多相多场耦合运动数字孪生可覆盖矿山的"建井—智能开采—退役治理"全过程,实现对矿区水文地质情况以及开采行为影响的全面刻画,有效指导全生命周期采矿规划.

    岩层运动流体运移多相多场耦合数字孪生协调开采

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    界面倾角对岩充组合体协同承载特征的影响机理

    冯国瑞王晶杜献杰刘文昊...
    1053-1062页
    查看更多>>摘要：结构充填开采是为解决煤矿充填成本高、充填效率低等问题而提出的技术,其核心是形成充填体-直接顶协同承载结构,发挥直接顶的承载能力,降低充填率.为探究不同倾角对充填体-直接顶复合结构协同承载能力的影响机理,设计了 0°～60°倾角岩充组合体的单轴压缩试验,通过声发射和数字图像相关技术监测组合体的受载破坏特征,并进行了界面力学分析.试验结果表明:组合体的强度和弹性模量随着倾角的增大有减小的趋势.小倾角组合体比大倾角组合体更容易实现协同承载与变形.岩充组合体最终的破坏呈现为3种形式,分别为协同贯穿型破坏、沿界面部分滑动破坏和沿界面整体滑动破坏.当岩层倾角小于30°时,界面压应力大于充填单体强度,组合体能够实现协同承载与破坏,声发射单个最大振铃计数出现在峰后阶段,一般由砂岩部分破坏或组合体块体脱落引起.当岩层倾角超过30°时,组合体存在界面抗剪切滑移阻力不足的问题,未能发生协同破坏,声发射单个最大振铃计数出现在峰前,组合体表观裂隙发育不明显.该研究对结构充填开采中充填体间隔布置时,不同岩层倾角条件下采空区"充填体-直接顶"协同承载结构的设计具有重要意义.

    结构充填开采岩充组合结构界面倾角协同承载破坏特征

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    从随机节理分布角度探讨工程岩体不均匀性和尺寸效应

    吴顺川张思瑞韩龙强侯英...
    1063-1073页
    查看更多>>摘要：为研究随机节理分布对工程岩体不均匀性和尺寸效应的影响,采用等效岩体技术构建了156个含有不同随机节理的多尺度等效岩体模型.通过单轴压缩试验,研究不同岩体模型裂纹扩展机制,分析各模型力学参数随选取位置和纵向尺寸的变化.研究表明:岩体起裂位置多位于节理相交处,岩体发生明显宏观裂纹时,通常沿节理进行贯通.节理的随机分布使得工程岩体具有较强的不均匀性和尺寸效应,所含节理密度越小,岩体不均匀性越明显;首次提出用相对均匀尺度(RUD)来表征岩体是否达到相对均匀,一般情况下单轴抗压强度与弹性模量参数对应的RUD相同;但节理数较少时,弹性模量对应的RUD更大,说明节理的存在对岩体变形特性的影响更大.RUD和岩体表征单元体(REV)显著相关,大多数情况下,RUD和REV具有相同取值,即岩体的相对均匀尺度与表征单元体具有同等工程意义.

    工程岩体等效岩体技术节理尺寸效应不均匀性相对均匀尺度

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    动静载作用下锚杆托板选型及力学性能试验研究

    吴拥政周鹏赫付玉凯孙卓越...
    1074-1084,1170页
    查看更多>>摘要：在深部冲击地压巷道中,锚杆托板受动静载叠加作用,易发生变形破坏,导致支护失效.针对此问题,对自主研发的落锤冲击试验机进行改进,增加动静载组合试验装置,选取煤矿常用的7种尺寸托板进行了力学性能测试,得到托板的变形规律及力学特性时程曲线,分析了冲击能量、静载、平面尺寸及厚度对托板的力学性能影响.研究结果表明:动、静载及组合作用下,托板变形均经历了拱高逐渐降低、四角翘起、拱底面积减小等过程.静载作用下,随着平面尺寸增加,托板的最大承载力位移逐渐增加;随着厚度增加,托板的最大承载力逐渐增加.动载作用下,托板冲击力峰值明显大于静载载荷;随着冲击能量增加,托板冲击力峰值和变形量逐渐增加;大平面尺寸托板整体受冲击作用时间较长,冲击力峰值位于500～600 kN之间,抗冲击能量由5.25 kJ降至3.50 kJ;厚度较大的托板受冲击作用时间较短,冲击力峰值由233.26 kN增至467.16 kN,抗冲击能量由1.75 kJ增至5.50 kJ.动静组合作用下,尺寸为150 mm×150 mm×10 mm的托板抗冲击能量提高20％以上,对托板施加的合理静载载荷为98.00～110.25 kN.研究成果可为冲击地压巷道锚杆托板的选取提供一定的借鉴.

    锚杆托板托板选型动静载组合合理静载

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    不同变质程度煤体注水蚀变演化及降尘机制研究

    王刚张晏铭佟林全王恩茂...
    1085-1098页
    查看更多>>摘要：为了探究水对煤微观结构的影响和水-煤蚀变演化规律及降尘机制,采用聚焦光谱显微镜、傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、单轴压缩等测试方法,综合分析了乌东煤矿褐煤、高家堡煤矿烟煤和赵固煤矿无烟煤3种不同变质程度煤体浸水蚀变前后煤体表面形貌、力学特性、官能团等特征变化,阐明水-煤蚀变作用对煤体降尘的宏、微观影响规律,揭示不同变质程度煤体注水蚀变演化规律及注水降尘机制.结果表明:蚀变后煤体局部相对塑性形变能力增强,煤体更多的能量用于煤体裂纹闭合和孔隙间的摩擦消耗,此时煤体破碎需要消耗更多的释放能密度Uf;随着煤体变质程度的提高,极性亲水性含氧官能团占比下降,水-煤蚀变作用减弱,水分子通过黏附力以及表面张力吸附在煤大分子表面,降低了粉尘浓度;水-煤蚀变后,含氧官能团与水分子吸附形成氢键,且吸附距离都在2Å之内,氢键作用增强了粉尘颗粒之间的结合强度与黏性,粉尘颗粒结合成更大的团聚体,更易附着在煤体粗糙的表面.

    水-煤蚀变表面形貌官能团力学特性降尘机制

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    内衬式岩洞储氢三维热-流-固耦合模型及洞群运营稳定性分析

    蔚立元弭宪震胡波文李树忱...
    1099-1116页
    查看更多>>摘要：清洁可再生能源是实现双碳目标的根本途径,地下内衬式岩洞储氢是解决其波动性和间歇性的有效方式之一.基于气体热流动方程、湍流方程以及固体热传导方程、热弹性力学方程建立了内衬式岩洞储氢的三维热-流-固多场耦合模型,并验证了其有效性和优越性;通过COMSOL Multiphysics软件求解热-流-固耦合模型分析了注采过程中洞室内气体的可压缩热流动特征及衬砌层与围岩的热力学响应,进一步探究了洞室埋深、间距、气体注入温度和注采方式对洞群稳定性的影响.结果表明:氢气温度和压力随注气增加、采气降低,洞室内温度分布不均,注气结束时顶底部温差达9.7 K;两洞室同步注采时,洞室围岩和衬砌层的第一主应力随注气进行而增大,注气结束时洞顶最大拉应力达3.12 MPa,是最容易出现拉伸破坏的位置,在采气阶段第一主应力急剧下降;洞室围岩位移与第一主应力变化一致,注气结束时洞室边墙中部区域的最大位移达到20.2 mm,埋深对洞室位移影响不大;两洞室间距越大,洞室间中隔岩柱的应力集中程度就越小,间距大于两倍洞径后,中隔岩柱的应力状态接近于原岩状态;注入温度从266.15 K提高到306.15 K,注气结束洞室压力增高了 4.1％;一个洞室储气,另一个洞室注采是最危险工况,而一个洞室待储,另一个洞室注采是最安全工况;实际运营中,应优化注采方案并采取具体工艺措施来维护储氢洞室群的长期稳定.本文研究结论有望为工程实际提供一定的借鉴.

    内衬式岩洞地下储氢热-流-固耦合注采方案洞室群稳定性

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    含水饱和度影响下砂岩单轴压缩破碎特征及其弱化机理

    张村高敬宜吴润泽师旭涛...
    1117-1131页
    查看更多>>摘要：水岩作用导致岩体强度弱化是采矿工程中常见灾害的诱因,掌握水岩作用弱化特征及其内在机理是防治水岩作用工程问题的关键.基于此,本文借助声发射、扫描电镜、核磁共振等表征手段,研究了不同含水饱和度(含水饱和度分别为0,25％,50％,75％,100％)砂岩水浸弱化破碎特征和内在机理.研究发现,从干燥到饱和岩样抗压强度均值从93.613 4 MPa降至19.255 7 MPa,下降了 79.43％,高饱和度砂岩塑性增强.从干燥到饱和声发射(AE)计数和累计能量分别从23 186和29 495降至8 504和3 695,损伤变量B也从1.00降至0.57,声发射空间分布密度减小.随着饱和度增加,砂岩破碎程度减小,主裂隙面从拉伸破坏逐渐演化为剪切破坏,破碎分形维数从1.716 5下降至1.376 2.核磁共振分析结果表明,随着吸水饱和度的增加,毛细管水比例逐渐上升,造成岩样黏聚力、摩擦力下降,促使岩样生成软弱结构.电镜扫描结果表明,岩样内部矿物成分的溶蚀造成岩样内部孔隙增加,大孔比例上升.上述水岩作用造成岩样破坏时由穿晶裂隙逐渐演化为晶间裂隙,宏观表现为岩样由拉伸破坏演化为剪切破坏,岩样强度降低.

    水岩作用声发射损伤变量破碎特征水浸弱化机理

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    采场底板裂隙扩展的分区特征及其临界应力条件

    弓海军刘一洪赵洪宝李岳...
    1132-1143页
    查看更多>>摘要：为分析采场底板裂隙扩展机制,建立了采场底板裂隙扩展力学模型,推导了采场底板不同区域的裂隙扩展临界应力条件,通过数值模拟和现场监测对研究结果进行了验证.研究结果表明:采场底板破坏经历了剪切滑移、Ⅰ/Ⅱ型裂隙扩展、弯折裂隙扩展、宏观剪切破坏和卸荷张拉破坏5个过程.底板裂隙发生纯Ⅰ型断裂和纯Ⅱ型断裂时,临界应力随应力比和裂隙面摩擦系数的增加而增加,并且底板发生纯Ⅱ型断裂时的临界应力始终小于纯Ⅰ型断裂;底板裂隙发生弯折扩展时的临界应力随应力比的增加而减小,发生剪切破坏时,临界应力随应力比的增加而增加;底板发生卸荷张拉破坏时的临界应力主要与卸荷量和缺陷处的应力集中系数有关,缺陷处的应力集中系数主要影响临界卸荷量大小,卸荷量越大临界应力越小.

    采场底板裂隙扩展临界应力卸荷破坏剪切破坏

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    复合地层大直径盾构隧道侧穿既有桩基扰动影响研究

    刘德军乔可可商奇左建平...
    1144-1156页
    查看更多>>摘要：城市隧道直径呈现大型化发展趋势,施工过程中不可避免地要在复合地层中侧穿各种类型建筑的桩基础.现有理论多集中于均质地层小直径隧道,有关复合地层大直径盾构隧道侧穿对既有桩基扰动影响的考虑较少.为此,考虑大直径盾构的特点,基于圆孔收缩理论将均质地层中隧道开挖引起的土体位移分为弹性阶段和弹塑性阶段,并考虑到计算点的连续性变化,推导了大直径盾构隧道开挖引起土体的应力、位移及塑性区半径的计算公式.进一步,将复合地层模型等效为均质地层模型与地层分层造成的附加界面力的共同作用,基于两阶段分析法,提出了复合地层中隧道开挖引起桩基水平位移和弯矩的计算方法.采用数值模拟反演,给出了附加界面应力的求解公式.通过与既有方法和数值结果的对比分析,验证了提出方法的合理性.最后将该方法应用到春风隧道工程中,分析了地层分界面位置对隧道侧穿既有桩基变形和内力的影响规律.结果表明:本文提出的方法能够考虑地层的分层效应,可以有效体现由于岩性改变而造成的位移变化;软中硬复合地层中,隧道变形量与分界面的位置有较大关系,桩基水平位移在分界面处呈现先减小后增大的趋势,桩基弯矩在分界面附近发生弯矩反向,且最大弯矩出现在软弱岩层中.本文为研究复合地层大直径隧道侧穿既有桩基的扰动影响提供了借鉴.

    大直径盾构附加界面力桩基复合地层位移弯矩

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    纤维聚合物柔韧混凝土微观孔隙结构特征与增强机理

    马建宏王琪焦华喆杨柳华...
    1157-1170页
    查看更多>>摘要：针对传统混凝土在井下实际应用时表现出强度低、脆性大、韧性差等缺陷性问题,提出通过加入聚合物和纤维形成复合材料的方式进行改善.通过电子计算机断层扫描技术(CT)、扫描电子显微镜(SEM)研究复合材料的强度、韧性、孔隙结构和纤维分布.结果表明:在混凝土中加入玄武岩纤维(BF)和乙烯-醋酸乙烯酯共聚乳液(VAE聚合物)后,BF通过填充孔隙,使得混凝土中原始孔隙尺寸与数量降低,VAE聚合物通过一系列水化反应得到聚合物薄膜,附着在BF与基体骨料表面,从而增加黏结性能,达到增强增韧的效果;单一尺寸BF掺入条件下,BF掺量为3.0 kg/m3、VAE聚合物掺量为3％左右、BF长度为9 mm左右时,混凝土力学性能提升效果最好;在前期试验的基础上通过调整3种尺寸BF在混凝土中的掺入比例,设计多尺寸BF混掺,与前期试验相比,整体力学性能得到提升;利用数字图像处理技术对切片进行灰度值调节,将密度相同的基体与纤维准确区分,得到清晰的内部结构灰度图,从而实现纤维可视化;借助CT扫描结果和SEM图像进行细观结构研究,结果显示,同一 BF尺寸下,混凝土内部孔隙数量随着BF掺量的增加先减少后增加,相比之下多尺寸BF混掺下试样孔隙率偏小、孔隙数量少.研究结果可为软岩巷道大变形支护研究和混凝土复合材料的细观孔隙结构演化提供借鉴.

    BF纤维VAE聚合物CT扫描SEM孔隙

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据