修正RHT模型在岩体爆破响应数值模拟中的应用

岩体爆破是一个极其复杂的物理过程,应用数值模型研究岩体爆破响应的关键在于能否准确地描述岩体在不同应力状态下的力学行为。基于应用标准RHT模型模拟岩体爆破破碎过程存在的缺陷,对RHT模型进行改进,提出了双线性拉伸软化模型,在残余强度面方程中引入罗德角因子,修正了应变率增强因子和拉-压子午比的计算公式。将修正后的RHT模型植入SHALE程序中,并通过不同应力路径下的数值试验检验了修正RHT模型性能。应用修正RHT模型和标准RHT模型分别对爆破漏斗试验进行数值模拟。计算结果表明,修正RHT模型在自由面处形成的爆破漏斗半径更接近于现场试验的实测结果,验证了修正RHT模型的合理性和准确性,说明该模型在岩体爆破响应数值模拟中具有一定的参考价值。     

液压支架换向阀的液动力计算方法及其应用

液动力计算模型是液压阀建模和特性分析的基础和前提,液压支架用换向阀流道复杂,其液动力的分析计算与常规液压阀不同,且这种复杂流道下的液动力大小不易通过试验测试得到,计算模型也无法得到较好的验证。为解决这个问题,建立了液压支架用换向阀的复杂流道模型,利用2个控制体将流道划分为两部分,采用理论计算与流场仿真的方法分别研究阀口处和阀芯折弯流道处的液动力,并根据流场分布特征对传统液动力计算公式进行修正,得到了相应的修正系数;而在液动力的验证方法上,不采用传统的直接测试法,而是分别将修正前和修正后的液动力计算公式/min的换向阀数学建模中,通过对比2种情况下换向阀动态特性的仿真结果与试验结果,间接验证液动力修正模型的准确性,避免了直接测试法在应对复杂流道问题时的不足。2种情况下的动态特性仿真与试验结果对比显示,采用修正后的模型进行仿真得到的动态特性与试验所得数据非常接近,而用未经修正的传统计算模型得到的仿真结果与试验结果存在较大的误差,此结果说明了液动力修正模型的准确性,同时验证了复杂流道液压阀的液动力计算方法与试验方法的合理性。本文在液动力的理论分析与试验验证两方面均有不同,并结合工程实际对所用方法进行了验证,提供了面对复杂流道液动力的解决办法。     

磨料属性影响高压磨料气体射流破岩效果的理论及实验研究

为明确磨料粒径、密度和速度对磨料气体射流冲蚀率的综合影响规律,采用数值计算方法分析了磨料粒径、磨料密度、气体压力与磨料速度的耦合关系,确定了磨料速度的计算方程;在此基础上,基于弹塑性压痕断裂理论,建立了考虑时间因素的磨料射流冲蚀磨损率的理论计算模型,并利用高压磨料气体射流破岩实验结果对其进行了修正。研究结果表明,在固定气体压力条件下,冲蚀率随磨料粒径、密度的增加先增加后减小;粒径相较于密度对冲蚀率影响更为显著;在气体压力为20 MPa时,常用的磨料种类和粒径中80目石榴石为最优磨料;修正的磨料气体射流冲蚀理论模型数学形式简单,综合考虑了磨料的能量转化效率和磨料的破碎对冲蚀率的影响,与实验结果具有较好的一致性。     

煤膨胀对CO2吸附结果拟合的影响与修正方法

采用体积修正量表示吸附实验中的体积误差,对Langmuir和Dubinin-Astakhov拟合模型进行修正,并应用修正后的模型对25和40 ℃条件下CO₂等温吸附实验结果进行重新拟合.比较模型修正前、后拟合结果发现,修正后的拟合曲线与实测数据更加吻合,25 ℃时修正模型拟合曲线与吸附结果的相关系数达到0.998,40 ℃时达到1.000.煤吸附膨胀使CO₂实测吸附量较实际吸附量偏低,应用修正模型拟合出25和40 ℃的CO₂准确吸附量相比测试结果分别增长1.8%~29.3%和1.1%~8.2%.D-A模型对CO₂吸附数据的拟合效果均优于Langmuir模型.     

深部砂岩力学特性试验与本构模型

为深入探究岩石强度劣化特性对深部开采工程稳定性的不利影响。以红庆梁深立井工程为背景,对现场砂岩岩样开展不同围压条件下三轴压缩试验,结合Mohr-Coulomb强度理论研究了砂岩应力-应变、强度与变形等特征;基于岩石损伤变量服从Weibull分布的特点,推导出砂岩损伤软化本构模型,探讨了模型参数F_0和m与围压的函数关系,结合模型参数对模型的影响及砂岩应力-应变曲线变化特点,采用非线性拟合方法对模型参数进行修正,最后得到修正的损伤软化本构模型;利用FLAC~(3D)对修正后的本构模型数值求解,将理论计算结果与砂岩全应力-应变曲线对比验证;通过构建马头门硐室围岩数值模型对修正后本构模型进行工程应用,并分析了数值计算结果的合理性。结果表明:①砂岩变形参数对围压敏感度较低,强度参数受围压影响较大,不同围压条件下,当应力达到峰值后,砂岩呈现出明显的应变软化特性;②通过FLAC~(3D)数值验证结果可知,损伤软化模型理论计算应力-应变曲线与试验曲线高度吻合,说明模型具有较高的真实性,能反映砂岩在复杂应力状态下的破坏全过程;③利用数值模拟方法对深部马头门硐室围岩与支护结构破坏规律分析表明,在拱顶及拱肩位置较易出现塑性剪切破坏,并且与实际工程中支护结构破坏位置及范围基本相同。     

石棉纤维束在低压旋流器中运动规律的研究

本文从流体力学和重力选矿的理论出发,建立了低压条件下、理想圆柱颗粒在旋流器中运动的微分方程。并在此基础上,建立了石棉纤维束的运动方程。这一模型中引进了形状阻力和表面力修正系数C_R和C_S,因此,它可用于研究低压条件下任何形状颗粒在旋流器中的运动。 对石棉纤维束模型编制的FORTRAN计算程序在FELIX C-512机上计算得到的石棉纤维束在旋流器中的轴向位移结果与电影摄影实测的结果基本一致。     

深部巷道非对称变形的分区力学模型研究

针对深部巷道开挖后围岩非对称变形现象,基于结构力学相关理论,对巷道围岩变形破坏进行了不同分区岩体梁的力学模型构建及数值模拟分析。得出各分区岩体梁变形的弯矩方程和挠度方程,理论分析了各分区岩体梁的变形最大弯矩及最大挠度位置。模拟结果对构建的力学模型进行了有力验证,得出各分区岩体梁的危险位置,可对相关问题提供一定的理论参考。     

基于双承载拱的巷道再生顶板控制机理

为实现对巷道再生顶板的有效控制,基于再生顶板现场观测和"三带"高度的理论计算,建立巷道再生顶板修正普氏拱力学模型和数值模型,推导了修正普氏拱的曲线方程及矢高的表达式,模拟分析了再生顶板下巷道断面的优势形状及锚喷支护效果,并对现场锚喷支护巷道进行了顶底板移近量观测。结果表明:无留顶掘巷后若短期内无支护,再生顶板下沉后出现第一承载拱,即修正普氏拱,拱的矢高b是岩石坚固性系数f和侧向压力p的减函数,是巷道半跨度a的增函数;再生顶板下留顶掘巷的断面形状宜为直墙圆拱,锚喷支护与巷道拱顶组合形成第二承载拱,"双拱"结构有效控制了再生顶板的变形破坏,具有让抗结合、协调变形的控制机制;现场试验后巷道顶板收敛变形较小,可满足正常生产需要。     

煤岩裂缝宽度可视化模拟及影响因素分析

为了观察和研究煤岩水力压裂过程中裂缝的形态,采用真三轴压裂模拟系统,对煤岩岩样进行了室内物理模拟实验,实验后对采集的数据用MATLAB软件进行模拟,得到了裂缝的三维图像。观察三维图像发现:裂缝的宽度近似符合PKN模型。针对裂缝不闭合的情况,通过建立新的数值模型,修正了原有的宽度方程。然后采用样条插值法对相关数据进行拟合,结果发现:拟合值与利用新方程得到的理论值十分接近。最后分析了影响水力压裂裂缝宽度的影响因素(渗透率、天然裂隙宽度、吸附变形及温度),同时对水力裂缝相关的宽度方程进行了相应的推导,得到了裂缝宽度与每个影响因素的关系式。关系式表明:裂缝宽度分别随着渗透率、天然裂隙宽度、吸附变形的增大而减小,会表现出闭合的趋势。     

低阶煤含气量修正数学模型及应用

基于Busch单孔模型结合Fick第二定律构建了低阶煤损失气量的数学模型,修正了美国USBM方法测试含气量公式。以新疆阜康矿区低阶煤层为研究对象,分别采用修正模型法、等温吸附反演法、美国USBM法进行含气量计算或测试。结果表明:美国USBM法对损失气量估算不准确,其结果比修正模型法和等温吸附反演法低1~3.5 m~3/t。修正后的含气量计算结果与等温吸附反演结果相差不大,更能较真实的反映低阶煤层实际含气量。     

FLAC~(3D)中爆破震动下锚杆轴力损失的修正及应用

针对FLAC3D现有模型无法实现由于CABLE结构单元在动载下出现损伤而导致支护轴力损失的问题,基于最大剪应力准则和应变能密度准则,提出了爆破震动下CABLE单元破坏损伤判据,以及锚固结构损伤量沿震波传播路径的分布规则,由此建立了锚杆轴力动力损失修正模型。基于FISH语言平台开发修正模型的计算程序,使得FLAC3D具备由于CABLE结构单元动力损伤而导致轴力损失的功能,并应用该功能进行了爆破震动下单排锚杆轴力损失与全锚杆巷道支护质量减弱的对比分析,结果表明:1修正模型锚杆轴力在爆破下,经历平稳→下降→平稳3个阶段,锚杆轴力损失率随至震源距离的增大呈指数衰减,达到了锚杆轴力定量损失的预期效果。2通过修正模型得到了爆破对巷道支护的主要损伤范围和程度,其中6和8 kg药量爆破下锚杆轴力损失率峰值分别为35%和76%,并且至震源0~4和0~12 m内锚杆轴力损失率超过25%,支护损伤较大。同时,修正模型能较大幅度修正动力分析中的围岩变形量以及塑性区体积,其中6和8 kg药量爆破下变形修正系数峰值分别为70%和37.5%,而塑性区体积修正系数分别为22.2%和9.9%,说明爆破药量越小修正效果越显著。3修正模型计算结果与现场实测结果具有较好的一致性。     

微震P波到时拾取的PAI-k-MFV算法改进及应用

为了充分发挥PAI-k-MFV算法参数自适应的优势,同时提高P波到时正确拾取率和拾取精度,通过引入STA/LTA算法和改进MFV准则,对PAI-k-MFV算法进行改进。首先,根据预先设置的时窗长度和置信概率的取值范围及步长,采用PAI-k算法拾取得到一组P波到时集;然后,运用STA/LTA算法初步计算P波到时区间,并将到时集中不在该区间内的到时元素剔除,得到更新后的到时集;最后,在新到时集的基础上,根据改进的最大频遇值(MMFV)准则最终确定P波到时。改进算法继承了PAI-k-MFV算法的参数自适应优点,无需人为调整太多参数,同时能够有效克服原MFV准则容易失效和拾取点滞后真实到时点等问题。对比其他算法,改进算法在拾取背景噪声段有强噪声的微震信号和弱微震信号P波到时具有明显优势。利用改进算法和PAI-k-MFV算法拾取冬瓜山铜矿115个实测低信噪比微震信号的P波到时,以人工拾取结果为参考标准,误差在5ms以内(对应30个采样点)视为正确拾取,结果显示:改进算法正确拾取率为96.52%,正确拾取的到时误差绝对值均值为1.1 ms,标准差为1.0 ms;较PAI-k-MFV算法,正确拾取率和拾取精度都大幅度提高。     

基于小波域非对称广义高斯模型的煤岩识别算法

针对采煤工作面无人开采、煤与矸石自动分离等工程实际需求,研究了基于计算机视觉的煤岩识别技术。提出了一种有效的基于小波域统计建模的煤岩识别算法。通过小波变换对煤岩图像进行多级分解;提出表达煤岩纹理细节特征的高频子带系数统计分布符合非对称广义高斯模型的假设,并通过最大似然估计方法确定其模型参数;利用改进的相对熵相似性测度实现煤岩图像的分类判别。结果表明:在小波域中,非对称广义高斯模型能够有力地刻画煤岩图像的纹理特征,与现有的其他算法相比较,所提出算法具有更高的正确识别率,其平均识别率达到了87.77%,为进一步研究煤岩界面的自动检测提供了参考。     

层状矿床厚度估计模型的研究

应用地质统计学理论，研究建立了层状矿床厚度估计模型，开发的软件可行，建立的模型可靠，计算结果正确，为层状矿床厚度的科学估计提供了一种有效的方法。     

异步电动机矢量控制系统的仿真研究

在矢量控制理论的基础上,从异步电动机的数学模型出发,介绍了一种交流异步电动机按转子磁场定向的矢量控制系统。利用Matlab/Simulink搭建了该系统仿真模型,对仿真中转速突变及负载突变后的波形作了分析,表明所建立的调速系统具有良好的动态性能,实现了系统的解耦控制,仿真结果验证了该模型的正确性和有效性。     

铸铁动态冲击压缩及高速切削过程的数值模拟研究

通过数值模拟分析了不同应变率对铸铁材料的影响规律。在数值模拟过程中采用Cockroft-Latham断裂标准来实现铸铁材料冲击作用下发生剪切破坏过程。模拟结果与实验结果比较吻合,证明了有限元模型的正确性,并采用二维正交切削有限元模型对铸铁材料高速切削过程进行了数值模拟研究。     

悬臂式掘进机液压行走系统的建模分析

正确控制液压马达动作是引导掘进机沿设计路线准确运动的关键。根据悬臂式掘进机液压行走系统的工作原理,建立系统数学模型,在Simulink环境下,对系统的稳定性进行分析。结果表明,所建模型具有较好的动态性能和较高的稳态精度。     

煤岩的改进广义弹粘塑性模型分析

根据煤岩加速蠕变阶段的力学特性，用非线性牛顿体代替线性牛顿体，对煤岩的广义弹粘塑性模型进行改进，并导出改进模型的本构方程和简单应力状态下的蠕变方程。利用蠕变方程对试验结果进行曲线拟合计算，获取相应的煤岩流变力学参数。将理论分析与试验结果对比，从而验证了该模型的优越性。