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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

    基于液电效应的高强电爆震致裂页岩试验研究

    聂百胜马正韬柳先锋包松...
    623-633页
    查看更多>>摘要：为研究基于液电效应的高强电爆震致裂页岩规律及页岩气储层改造可行性,选取中国四川盆地长宁地区的黑色页岩为试验样品,利用团队自主研制的多地形可移动高强电爆震致裂岩体试验系统,预设放电参数为电压10～14 kV,电容500 μF,辅以示波系统、应变测试系统和基恩士 VHX-6000数码显微系统,分析了高强电爆震致裂页岩试样的电压电流及应变变化特征,阐明了不同放电参量下电爆震作用前后表面裂隙形貌及断面特征,初步揭示了电爆震致裂页岩机制.结果表明:高强电爆震可明显致裂页岩,峰值电流、压-拉应变最大峰峰值、应变第一高峰值、应变第二高峰值均与放电电压呈正相关;高强电爆震致裂后的试件表面裂隙主要包括贯穿裂隙、放射状裂隙和正交裂隙,在14 kV时出现不同裂隙之间沟通的现象,表面裂隙均呈现良好分形特征;高强电爆震作用试件后,作用面、断面的不平整度较大,表面有较多岩石碎屑;高强电爆震作用下页岩破坏主要形式为鳞片状、波浪状、台阶状等张拉破坏.该试验研究可为基于液电效应的高强电爆震技术应用于页岩气储层改造可行性论证提供支撑.

    页岩致裂液电效应高强电爆震表面裂隙电压电流表面应变

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    重复冲击特厚煤层巷道围岩裂隙演化及破坏特征

    高明仕赵世帆席国军焦彪...
    634-646页
    查看更多>>摘要：针对特厚煤层巷道围岩在重复冲击动载作用下发生大变形甚至垮冒堵巷的控制难题,基于深部巷道围岩破坏机理与岩石冲击动力学理论,研究了多次冲击扰动下特厚煤层巷道裂隙演化及围岩破坏特征,建立了重复冲击巷道围岩弹塑性理论破坏模型,阐明了动静载叠加条件下特厚煤层巷道围岩弹塑性区及破碎区的动态演化规律,计算了某典型巷道重复冲击载荷下围岩松动破坏的极限范围.推导了在动静载叠加作用下巷道围岩弹塑性区、破碎区范围平衡方程,得到了破碎区与塑性区范围均与巷道半径、覆岩压力及冲击震动强度呈正相关,与巷道围岩支护强度呈负相关,巷道断面半径对围岩松动圈范围影响较大;分析了围岩裂隙演化及破坏特征,张拉裂隙的衍生是浅部破碎区发育的重要原因,剪切滑移裂隙的扩展是深部塑性区发展的主导因素;阐明了重复冲击特厚煤层巷道破坏及控制机理,当冲击震动波传递至巷道时,松散脆质煤层中原生发育的大量裂纹迅速扩张,裂隙带相互交错、贯通,瞬间造成巷道围岩承载稳定结构破坏;工程算例某矿巷道围岩破碎区与塑性区深度范围,提出了重复冲击地压巷道防冲支护路径,采用"硬顶预裂+煤体双卸+锚网强支"技术提高了重复冲击震动条件下巷道围岩稳定性.研究结论和成果对重复冲击矿震巷道围岩稳定性控制有积极参考和借鉴意义.

    冲击地压特厚煤层巷道重复冲击裂隙演化失效机制

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    厚硬岩层下板结构破断应力-能量场积聚演化规律

    张广超尹茂胜周广磊陶广哲...
    647-663页
    查看更多>>摘要：掌握厚硬岩层破断致灾机理及应力-能量演化规律对于防控深部矿井动力灾害意义重大.基于东滩煤矿六采区63上05、63上06工作面工程地质条件,结合现场微震监测数据统计了大能量事件的分布情况,总结了厚硬岩层破断与大能量矿震事件的关联性;建立了关键层组Ⅱ厚板结构破断力学模型,分析了各影响因素对厚硬岩层能量积聚的影响机理,揭示了厚硬岩层破断过程中的能量积聚与释放规律;采用FLAC3D数值模拟软件,探究了厚硬岩层下的应力-能量场积聚演化规律,并通过63上05工作面开采过程中触发的大能量事件进行了验证.本文明确了关键层组的破断运移是导致大能量强矿震的根源,得到了关键层组最大应力vmax及岩层内部弯曲弹性能Ew表达式,揭示了各影响因素对厚硬岩层能量积聚的影响规律;明晰了工作面开采过程中厚硬岩层影响下垂直应力场、水平应力场及能量场分布特征;将63上05工作面上覆厚硬岩层破断运移规律及能量"积聚-释放"演化过程划分了 5个阶段,分别为关键层组Ⅰ初次积聚-释能阶段、关键层组Ⅰ与Ⅱ周期破坏阶段、关键层组Ⅲ蓄能变形阶段、关键层组Ⅲ破断沉降阶段及关键层组Ⅳ沉降变形阶段.研究成果可为深埋采场厚硬覆岩条件下动力灾害防治提供理论与技术支持.

    厚硬岩层强矿震岩层破断厚板结构能量积聚

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    大倾角煤层伪俯斜采场围岩运移与支架相互作用规律研究

    解盘石黄宝发伍永平杨航...
    664-679页
    查看更多>>摘要：为研究大倾角煤层伪俯斜采场围岩运移与支架相互作用规律,采用物理相似模拟试验、数值模拟和现场监测等方法,探究伪俯斜采场围岩三维运移、充填特征,分析了非均衡充填作用下顶板岩层间的应力传递与转化规律,揭示了"支架-围岩"系统的相互作用关系.结果表明:大倾角伪俯斜采场围岩的破坏与运移不同于真斜采场,受悬空直接顶的区域稳定性转化与滑移矸石的分布特征相互影响,采空区充填矸石的压实度降低,有效充填范围增大,中上部顶板的破坏程度降低.基本顶的破断顺序由初次破断的倾斜"上部—下部—中部"演变为周期破断的倾斜"中部—上部—下部",破断裂隙呈伪斜"O-X"型,中、上部裂隙范围先小后大,下部裂隙范围先大后小,走向垮落步距增大.顶板应力传递路径在不同的岩体与层面间传播,应力拱脚转移至下部矸石上方顶板,工作面中部支承压力最大、上部最小.采场直接顶发生层状拉破坏,基本顶沿垂向发生柱状剪破坏,中部破坏程度最大、上部次之、下部最小.顶板塑性区由直接顶向基本顶发育,由上部向中部沿顺时针扩展.伪俯斜采场"支架-围岩"作用关系受多系统相互影响,"矸石-支架-支架"系统的动态相互作用是采场支架失稳的主要原因.结合生产实际,针对工作面支架非均衡受载失稳、失效及悬空顶板致使的动力灾害问题,对支架的支护阻力、架间稳定性、矸石的充填特征和支架的结构进行了人为调控,取得了良好的效果.

    大倾角煤层伪俯斜采场围岩运移区域稳定性转化应力传递"支架-围岩"系统稳定性

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    石英岩峰后加卸载非线性断裂扩展及动态长度定量测定

    王笑然周鑫刘晓斐王恩元...
    680-695页
    查看更多>>摘要：岩体工程灾害是围岩内部原生裂隙/节理起裂、发育到失稳破坏的演化结果,而灾害严重程度与峰后岩体断裂动态扩展特征密切相关.为了实现峰后阶段岩石非线性断裂扩展精准表征及裂纹长度动态定量测定,本文以含预制缺口的石英岩为对象,通过夹式引伸计控制实现了石英岩三点弯曲Ⅰ型断裂峰后阶段的准静态扩展,借助声发射(AE)和数字图像匹配(DIC)动态追踪了石英岩峰后循环加卸载断裂扩展全过程,提出了能耗展布-位移梯度-力学柔度相结合的非线性裂纹长度定量测定方法,并将动态测定结果与断裂力学理论模型进行了对比验证.结果表明:随着循环次数增加,裂纹张开位移-载荷(COD-P)和载荷点位移-载荷(LPD-P)曲线卸载斜率逐渐变缓柔度增加,裂纹逐渐向前扩展,试样承载能力逐渐下降;每次循环中,声发射在时间上集中出现在峰前损伤应力到峰后卸载点间,在空间分布集聚于裂纹的中上部区域,其定位坐标前端与DIC水平位移等值线交点相重合;在整个加卸载过程中,由AE能耗展布和DIC位移梯度法确定的裂纹长度相接近,其与基于COD-P和LPD-P曲线卸载柔度法反算的裂纹长度差值稳定在5.1 mm,该差值为石英岩断裂过程区(FPZ)长度;通过Dugdale-Barenblatt模型理论计算的石英岩FPZ长度为7.6 mm,其与声-图-力实测结果进行尺寸效应延伸获得无穷大尺寸FPZ渐进临界值吻合较好,验证了本文方法定量测定岩石非线性断裂扩展长度的可靠性,也表明了通过尺寸效应准则延伸来获取工程尺度岩体力学参数的重要性.

    Ⅰ型断裂峰后加卸载声-图-力测量卸载柔度法断裂过程区尺寸效应

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    巨厚煤层下分层开采邻近采空区破断岩体分形继发性演化机理

    赵鹏翔裴文博李树刚贾永勇...
    696-709页
    查看更多>>摘要：为掌握新疆巨厚煤层开采扰动邻近采空区破断岩体分形继发性演化机理,以新疆某高瓦斯矿井巨厚煤层工作面为试验原型,利用大型二维物理相似模拟试验平台,开展巨厚煤层开采扰动邻近采空区破断岩体分形继发性演化机理试验,并结合分形理论定量表征邻近采空区破断岩体裂隙分布特征.试验结果表明:二次扰动邻近采空区破断岩体分形维数演化规律,随着下分层工作面推进,上覆采空区原有稳定结构被再次激活,岩体中铰接结构向下部破断岩体传递,使得邻近采空区岩层破断裂隙更为复杂,而后原激活区域逐渐稳定,形成新的趋于稳定的岩体结构,邻近采空区破断岩体产生继发性演化;得到邻近采空区破断岩体分形维数继发性演化机理,基于工作面推进过程中不同时期、不同区域邻近采空区破断岩体分形维数的继发性演化特征,随工作面推进,邻近采空区破断岩体周期性循环"激活—构建—稳定";将邻近采空区破断岩体划分为3区,即:分形维数继发性演化激活区、分形维数继发性演化构建区、分形维数继发性演化稳定区,研究结果将进一步为巨厚煤层瓦斯抽采钻孔布置参数的优化提供一定的理论指导.

    巨厚煤层继发性演化分形特征分层开采邻近采空区

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    煤体原位水力压注多尺度孔裂隙演化及渗透率跃变规律

    郑春山韩飞林江丙友薛生...
    710-725页
    查看更多>>摘要：煤体水力压注有助于促进瓦斯抽采流动,研发了煤岩多相多场真三轴动态渗流试验系统,验证分析了该系统方形样品高压渗流测试的边界密封性和三向应力加载稳定性,研究了不同应力加载和注水速率影响下原位水力压注煤体孔裂隙扩展、损伤破坏及渗透率跃变规律.采用 Brunauer-Emmett-Teller(BET)、Barrett-Joyner-Halenda(BJH)、Frenkel-Halsey-Hill(FHH)等理论模型量化分析比表面积、孔径分布及孔隙分形特征,基于声发射系统监测煤体破裂损伤特性.结果表明:水力压注促进裂隙发育,煤体超声波速降低.水力压裂后,煤样磁滞回线范围增大,孔径主峰区域由0.7～2 nm扩展至0.7～30 nm,总孔容增大,1*煤样微孔和中孔体积百分比分别增加了 10.57％和3.06％.3组煤样的比表面积分别增加了 276.17％,224.59％和283.18％,分形维数Di值减小,而D2值增大,孔隙表面变得更加光滑.3组煤样破裂的水压值分别为14.49,19.26,22.40 MPa,破裂时间分别为164.7,107.0,205.5 s,表明同等情况下三向不等压加载比三向等压加载煤体的破裂压力小,注水速率越快,煤体破裂所需时间越短.1#煤样的声发射定位点最多(最大幅值83 dB),2#煤样的最少,声发射定位点的投影基本与煤样XY和XZ端面的裂隙相吻合.水力压注后1#煤样的渗透率增大63.07倍,2*煤样的渗透率增大11.91倍,3*煤样仅增大2.33倍.每组煤样的孔隙、裂隙、损伤及渗透率变化规律均相互吻合,非等压加载和3 mL/min注水速率条件下的1*煤样改造效果最好.

    瓦斯高效抽采水力压注孔裂隙渗透率跃变试验研究

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    动载荷冲击后页岩蠕变试验及分数阶蠕变本构模型研究

    刘春田纪辉孙海涛魏明尧...
    726-736页
    查看更多>>摘要：页岩存储层甲烷燃爆压裂技术利于提高页岩气的产量,但燃爆冲击会对井筒造成损伤,在地应力作用下井筒周围页岩蠕变会导致井身变形,引发井壁失稳.为了分析冲击强度对页岩蠕变特性的影响,开展了不同冲击强度条件下页岩试样单次和多次冲击试验,然后对不同冲击损伤程度的页岩试验进行分级加载蠕变试验.试验结果表明:蠕变总形变量随冲击强度的增加而增加,冲击强度由1.6 J增加到25.6 J,冲击试样的应变量较原样分别增加了 7.3％,16.1％,31.5％.同时,冲击强度的增加会降低蠕变破坏应力水平,增强加速蠕变效果,增加减速阶段蠕变速率与持续时间.最后,提出了 一种新的页岩非线性分数阶损伤蠕变模型.该模型由胡克体、黏性元件、分数阶元件、分数阶改进Kelvin模型及非线性分数阶黏塑性模型组成,与经典Burgers模型相对比,新模型能很好地拟合蠕变过程的各个阶段的应变数据,特别是在蠕变加速阶段拟合度更高.研究结果能够为分析燃爆冲击后页岩井筒蠕变特性提供理论支持.

    蠕变分数阶损伤非线性模型

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    低温循环冻融过程不同煤阶煤体传热-变形特征分析

    秦雷王伟凯林海飞周斌...
    737-750页
    查看更多>>摘要：明确不同煤阶煤层高效液氮致裂方式是一个紧迫的问题.为分析不同煤阶煤体液氮循环冻融过程中的传热、变形损伤特征,本试验采用饱水、干燥状态褐煤、烟煤、无烟煤为对象,通过温度-应变监测系统探究煤体传热、变形演化规律,采用核磁共振系统分析煤体致裂前后孔隙度演变.结果表明:经循环冻融后,饱水状态各煤样孔隙度均呈上升趋势,干燥试样则均降低.针对冻融过程煤体温度演化,饱水状态3种煤阶试样温降/升速率绝对值整体为:无烟煤＞褐煤＞烟煤;干燥试样温降速率为褐煤＞无烟煤＞烟煤,温升速率则与煤阶呈正相关.饱水、干燥试样冻融过程体积应变演化结构近乎相同,说明2种状态煤样在冻结过程中均形成一定密闭空间,且随煤阶增加,密闭空间完全形成时间缩短.通过分析循环冻融煤体应变演化幅值,发现对于干燥试样,煤阶越高冻融过程应变演化结构愈发简约,变形幅值越小;饱水煤样变形幅值则由裂隙水、煤阶共同决定.本研究明确了液氮循环冲击煤体冻融特征,对液氮煤岩致裂研究具有借鉴意义.

    液氮致裂煤阶温度演化变形破坏密闭空间

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    初始应力状态及路径对含瓦斯软硬组合煤体失稳的影响

    卢守青刘永富孙建中贝太彪...
    751-762页
    查看更多>>摘要：考虑初始应力状态,以原生煤和构造煤形成的软硬组合煤体为研究对象,分析其在3种应变情况下的主应力变化,得到考虑初始应力状态的界面不协调变形及附加应力的表达式,结合摩尔-库伦强度准则评判了组合煤体的强度特征及破坏形式;依据煤体参数讨论3种不同应力路径对组合煤体失稳过程的影响;分析初始应力及应力变化对附加应力的影响并对组合煤体失稳的预防提出了相应建议.结果表明:2种煤体应变性质差异及界面黏聚力的存在,使得界面出现不协调变形及附加应力.附加应力改变了界面煤体的最小主应力,使组合煤体强度关系复杂,不同应变情况下的失稳形式多达7种.水平应力减小垂向应力增加的应力路径下组合煤体最容易出现破坏,该应力路径下组合煤体破坏时的应力集中系数为1.58,卸载掉的水平应力为2.06 MPa,显著低于水平应力不变垂向应力增加及水平应力减小垂向应力不变2种应力路径.垂向应力与水平应力引起的附加应力差异导致不同应力路径下组合煤体破坏形式出现变化,由界面原生煤首先破坏转变为远离界面构造煤首先破坏.初始应力状态与应力路径变化均通过影响组合煤体不协调变形与界面附加应力来影响界面煤体强度,进而影响组合煤体的失稳过程.

    组合煤体强度准则应力路径力学失稳煤体失稳防治

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