郭军
- 作品数：37 被引量：303H指数：12
- 供职机构：太原理工大学矿业工程学院更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金国家杰出青年科学基金山西省科技重大专项更多>>
- 相关领域：矿业工程建筑科学化学工程环境科学与工程更多>>
- 基于离散元法的类岩石材料水力压裂裂缝扩展规律
- 2024年
- 水力压裂是煤矿井下卸压的重要技术手段,更好地理解裂缝扩展机理对煤层安全开采具有重要意义。为深入探究水力裂缝扩展规律,针对实验室常用的类岩石试件,利用颗粒离散元数值模拟软件MatDEM,建立了二维水力压裂数值模型,开展了不同注液压力增量的水力压裂试验。试验研究了注液压力增量对水力裂缝扩展的影响,揭示了模型起裂机理,从细观尺度分析了裂隙生成及裂缝扩展规律,并对水力裂缝扩展特性进行了讨论。结果表明:①注液压力增量对模型起裂压力与起裂时间变化趋势的影响相反。起裂压力随注液压力增量变大,其增长趋势不断变缓,并逐渐趋近于5.6 MPa。起裂时间随注液压力增量变大不断减小,其减小趋势同样逐渐减缓。②累计裂隙数目随时间呈指数型增长,将水力压裂过程分为4个阶段(Ⅰ~Ⅳ):无裂隙阶段、裂隙缓慢增长阶段、裂隙稳定增长阶段和裂隙急速增长阶段,分别对应模型起裂前、模型起裂后裂缝形成前、主裂缝扩展以及次级裂缝扩展过程。随注液压力增量变大,第Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ阶段时长不断减小,第Ⅳ阶段时长呈波动式增长。各阶段裂隙数目关系为第Ⅳ阶段最多,第Ⅲ阶段次之、第Ⅱ阶段最少。③随注液压力增量变大,次级裂缝数目由8条增至16条,裂缝增长速度在第Ⅲ阶段以前逐渐减慢,进入第Ⅳ阶段后不断增快。注液压力增量由0.03 MPa增大至0.70 MPa,裂缝最终长度增大1.79倍。④模型内部能量随注液压力增量的变大而增加,且能量输入速度逐渐变快。模型起裂后,高压水在裂缝尖端形成应力集中,促使裂缝继续扩展延伸。较高注液压力增量下,裂缝扩展速度变快,颗粒位移量由压裂孔至模型外侧逐渐减小。注液压力增量的变大会使次级裂缝形成位置向压裂孔靠近,对主裂缝的形成及扩展起抑制作用,而对次级裂缝的形成及扩展起促进作�
- 冯国瑞樊一江王朋飞郭军郭军文晓泽张鹏飞朱林俊张鹏飞张洁
- 关键词：水力压裂裂隙演化细观
- 基于液电效应的高压电脉冲岩体致裂特征及机理被引量：1
- 2024年
- 基于液电效应的高压电脉冲致裂技术是一种新型的岩体致裂技术,具有安全高效、绿色环保、能量可控等特点,在煤矿井下围岩应力调控方面拥有广阔的应用前景。由于井下岩体往往处在较为复杂的应力环境,为深入研究该技术在井下不同围岩应力环境下对坚硬岩体的致裂效果,通过LS-DYNA软件对基于RHT损伤本构模型建立的岩石试样进行高压电脉冲岩体致裂数值模拟试验,对岩体内部的损伤和有效应力演化过程进行采集,分析岩体的致裂特征及其裂缝扩展机理,通过数值模拟弥补在室内试验中因放电过程快、电磁干扰大而导致的致裂过程中岩体内部难以有效监测的问题。利用自主研发的高压电脉冲岩体致裂试验平台,开展了不同围岩应力条件下的高压电脉冲岩体致裂试验,通过获得的岩体表面破裂特征验证数值模拟结果的可靠性。获得以下结论:①基于RHT本构模型建立了LS-DYNA高压电脉冲岩体致裂数值模型,根据炸药爆破与高压电脉冲的能量等效关系,构建了高压电脉冲数值模拟等效参数。通过实验室试验与数值模拟结果进行对比,验证了数值模型与等效参数的可靠性;②对试样上表面裂纹扩展情况进行分析,发现裂纹会向最大压初始应力方向偏转。在此过程中,裂纹总长度先是逐渐减小。当所有裂纹与最大初始压应力夹角均小于45°时,裂纹总长度开始逐渐增大;③通过数值模拟,发现在致裂初期,高压电脉冲放电产生的动态应力远大于围岩应力,对试样的破坏起主导作用。随着动态应力在传播过程中的快速衰减,初始围岩应力与动态应力的大小逐渐接近,并最终由初始围岩应力主导裂纹的萌生与扩展。研究结果表明,围岩应力是决定岩体裂缝发育和扩展特征的重要因素,特别是对裂缝的扩展方向有显著影响,在采用高压电脉冲致裂技术对深部岩体进行致裂时,应�
- 郭军米鑫程冯国瑞冯国瑞文晓泽白锦文王子皇文博
- 关键词：围岩应力LS-DYNA
- 微型四柱式放顶煤液压支架设计及其适应性被引量：3
- 2023年
- 微型液压支架及其测控系统在物理试验中起到至关重要的作用,为更好地结合工程实际,保证试验结果的科学性、准确性和真实性,利用SOLIDWORKS软件对微型支架进行三维建模、运动仿真、强度测试。对液压系统所需元件进行非标设计改造,基于RC模型理念配置完善的液压及测控系统,并对支架力学性能进行了相应的测试。结果表明:微型支架在符合结构和承载特性相似的前提下,通过控制泵站压力并在液压阀的配合作用下可满足试验中可控性以及多变量要求。以MNZF0.2/0.55/0.84微型液压支架及测控系统设计为例,给出了支架结构设计的具体步骤和液压系统的换算公式,阐明了支架设计思路及注意事项。支架强度大,刚度稳定,泵站压力可达到3 MPa以上,远高于试验需求。支架前端梁运动曲线符合双纽线特征,运动轨迹变化范围仅为0.46 mm左右,小于理论上的最优值。支架在初撑、增阻、恒阻和卸压阶段能满足其承载特性及运动要求。经测试,支架工作阻力为168 N,对应的支护强度为0.54 MPa,系统压力仍有较大的富余量。护帮千斤顶采用与立柱相同的液压系统,可对煤壁起到保护作用,其与顶梁组成的支撑体系能够更好地体现支架围岩的耦合特性。研究结果可为支架与围岩耦合相关物理试验单一变量或多变量分析提供借鉴,其与围岩耦合相关试验数据对现场应用具有重要的参考价值。
- 郭军郭星辰冯国瑞冯国瑞文晓泽郭育霞王子皇文博李丽绒
- 关键词：综放开采液压支架运动仿真
- 饱和水煌斑岩单轴压缩力学特性变化及其微观机理被引量：19
- 2015年
- 为探究煌斑岩遇水力学特性变化及其微观机理,通过单轴压缩、吸水性试验、X射线衍射(XRD)和场发射透射电子显微镜(FETEM)试验,对不同饱水时间(0,15 d和30 d)煌斑岩试样的单轴压缩力学特性、吸水性能、矿物成分含量及微观结构进行分析。研究表明:煌斑岩经15和30 d饱水后单轴抗压强度由自然状态的121.56 MPa分别降低到80.85 MPa和70.34 MPa,不同状态试样全应力应变曲线特征变化明显;吸水饱和过程中煌斑岩吸水率随时间变化符合指数分布规律;煌斑岩矿物集合体中的矿物颗粒与水作用,发生矿物溶蚀和次生,颗粒间连结逐渐破坏,促使水分子进入层状颗粒之间并与层间矿物颗粒发生反应,进而产生大量微孔隙和局部应力集中,导致起骨架作用的矿物集合体发生层状剥落,煌斑岩内部结构体系因此发生破坏,使煌斑岩力学特性发生改变,产生软化现象。可见,矿物集合体的结构破坏是煌斑岩遇水前后力学特性改变并产生软化的根本原因,而集合体结构的破坏和矿物颗粒与水发生的反应密切相关。
- 郭军冯国瑞郭育霞戚庭野张玉江任昂康立勋郭高川
- 关键词：煌斑岩水-岩作用力学性能
- 柱旁单侧充填煤充结构体的破坏响应特征与失稳机制
- 2023年
- 为研究柱旁单侧充填后“充填体-煤柱”协同承载结构体(BP煤充结构体)的破坏响应特征,首先,借助三维光学散斑监测仪和声发射系统,开展6组不同类型BP煤充结构体试样的单轴压缩试验,实时监测表面变形信息和试样破裂信号;其次,构建基于声发射特征的BP煤充结构体单轴压缩损伤模型;最后,揭示BP煤充结构体单轴压缩的失稳机制。研究结果表明:随着煤体元件体积占比的增加,BP煤充结构体的承载能力逐渐减小,弹性模量先减小后增大,而峰值应变先增大后减小。BP煤充结构体试样在单轴加载过程中,应变集中带首先出现在煤-充界面,其次出现在体积占比较大的元件中,最后出现在体积占比较小的元件中;最大声发射能量均出现在体积占比较大的元件中。BP煤充结构体试样的损伤会经历一个渐进损伤过程,主要包括初始损伤阶段、损伤发展阶段和损伤衰减阶段;煤体元件体积占比越大,BP煤充结构体损伤值增长越迅速,也更易造成结构体突然失稳;相反,充填体元件体积占比的增大会延缓BP煤充结构体试样的损伤速度。BP煤充结构体试样的失稳最早由煤-充界面的剪切破坏或拉伸破坏所引发,之后煤体元件或充填体元件发生联动破坏,导致BP煤充结构体试样丧失整体承载能力,并引发最终失稳。
- 崔博强白锦文冯国瑞冯国瑞王善勇王凯王凯杨欣宇郭军
- 关键词：单轴加载
- 塔山盘区大巷巷间煤柱合理宽度优化探究
- 2018年
- 针对塔山煤矿3条1070大巷之间宽煤柱留设造成煤炭资源巨大浪费的现状,采用FLACK3D数值模拟软件对不同水平地应力下的1070大巷在不同动压系数垂直应力影响下的巷间煤柱的合理宽度进行模拟探究,从煤柱塑性区发育及应力变化角度分析煤柱稳定性,结果表明3条1070大巷合理巷间煤柱宽度不应少于20 m。
- 王贵文冯国瑞郭军郭军
- 关键词：数值模拟塑性区
- 近距采空区下回采巷道非对称变形机理及控制对策被引量：21
- 2022年
- 针对山西某矿4^(#)煤回采巷道掘进后出现的非对称变形严重、支护困难等问题,基于巷道围岩的自稳隐形拱理论,综合工程地质分析、理论力学解析、数值模拟和现场试验相结合的方法,对非对称变形机理和控制对策进行了研究.结果表明:1)上覆采空区和遗留煤柱下方支承应力改变了巷道围岩最大主应力的大小和方向,支承压力的差异性是造成巷道发生非对称变形的主要因素;2)回采巷道的片帮使自稳隐形拱的最大高度由1.74 m增加为2.68 m,最大高度的位置向遗留煤柱侧偏移了0.2 m,巷道两帮非对称变形加剧了巷道整体变形的非对称变化趋势;3)采空区和遗留煤柱下方底板的非均匀应力造成回采巷道围压比增加数倍,回采巷道塑性区呈现非对称蝶形破坏;4)建立了近距采空区下回采巷道自稳隐形拱支护模型,利用预应力锚杆提供主动压应力使回采巷道两帮改变为类刚性结构,并通过锚杆对巷道围岩关键区进行补强,通过自稳隐形拱理论定量化的设计锚杆索合理支护参数,非对称变形问题得到良好控制.
- 冯国瑞郝晨良王朋飞郭军郭军文晓泽刘佳男
- 关键词：近距离煤层自稳隐形拱
- 遗留煤柱群链式失稳的关键柱理论及其应用展望被引量：44
- 2021年
- 遗留煤柱群链式失稳会引发覆岩垮落、地表塌陷、动载矿压、瓦斯外逸或水体下泄等灾害。揭示遗留煤柱群链式失稳的核心机理是精准防控的基本前提。从链式失稳的源头出发,提出了遗留煤柱群的最弱失稳致灾模式,界定了关键柱的基本概念,分析了关键柱的主要特征,研发了关键柱判别的技术方法,揭示了关键柱局部失稳的诱灾机理,形成了遗留煤柱群链式失稳的关键柱理论,并对其潜在的应用范围与领域进行了展望。研究结果表明:①遗留煤柱内在物理力学性质和外在环境因素等的差异性,导致采场遗留煤柱群呈现出最弱失稳致灾模式——遗留煤柱群体系中任一失稳致灾模式发生时,最弱失稳致灾模式必然已经发生,即遗留煤柱群体系发生链式失稳时,稳定性最弱的遗留煤柱必然发生了失稳。②关键柱是指采空区中最先可能发生局部失稳的遗留煤柱;“关键柱”之所以“关键”,是因为唯有采空区“关键柱”发生局部失稳,邻近区域稳定性稍强的遗留煤柱的失稳破坏才可能被活化,采场遗留煤柱群的链式失稳也才可能发生。③安全系数最小的遗留煤柱可以判别为煤柱群体系中的“关键柱”,在进行关键柱判别的时候需要遵循区域性、相对性、动态性和复合性等四大原则。④关键柱局部失稳的诱灾机理体现在:关键柱载荷的逐渐减小使得最邻近遗留煤柱承担的载荷线性增大,即关键柱的局部失稳会引发覆岩载荷向最邻近的遗留煤柱中转移与扩散,导致进一步的失稳破坏,并最终可能引发遗留煤柱群体系的“多米诺”链式失稳与破坏。⑤关键柱理论不仅可以应用于柱采区邻近煤层开采、强矿压控制、煤柱留设、充填开采、瓦斯抽采和水害防治等技术领域,还能推广应用于非煤矿山资源开采矿柱群的失稳防控等领域。遗留煤柱群链式失稳关键柱理论的提出�
- 冯国瑞白锦文白锦文戚庭野王朋飞戚庭野王善勇康立勋
- 关键词：遗留煤柱
- 厚煤层综放沿空留巷巷旁充填体应力分布及变形特征研究被引量：39
- 2019年
- 基于现场3307厚煤层综放工作面沿空留巷的工程实际,运用理论分析和FLAC3D数值模拟的方法,对3307综放工作面回采期间沿空巷道巷旁充填体的应力分布和变形特征进行了研究,结果表明:1)经叠加连续层板模型计算得到巷旁充填体的支护阻力P=11.23MPa;2)随综放工作面推进,巷旁充填体受到的垂直应力、水平应力和剪切应力均呈现先增大后稳定的规律,且在巷道侧到采空区侧的分布范围内,垂直应力、水平应力和剪切应力均呈现出非对称的分布特点;3)随综放工作面推进,巷旁充填体垂直变形和水平变形也均呈现出先增大后稳定的规律,巷旁充填体垂直变形呈现出沿空巷道侧垂直变形小、采空区侧垂直变形大的非均匀下沉特点,而两侧的水平变形则均呈现出上部变形严重、下部变形缓和的非均匀变形特点;4)巷旁充填体的应力分布、变形特征与厚煤层综放工作面顶板的初次破断和周期破断存在一定关系。本研究可为类似条件矿井的沿空留巷工程应用提供一定的借鉴意义。
- 冯国瑞任玉琦王朋飞郭军郭军李松玉孙强郝晨良
- 关键词：综放开采沿空留巷巷旁充填体应力分布
- 煤矿膏体充填材料性能随龄期变化的试验研究
- 煤矿膏体充填材料(CPBM)由煤矸石、粉煤灰、水泥和水为原料混合而成.为了了解各原料的性质,对煤矸石和粉煤灰的矿物组成、化学成分进行了分析,对固定配比CPBM在不同龄期的抗压强度、孔隙率和电阻率性能进行了研究,测定和观测...
- 戚庭野冯国瑞郭育霞张玉江任昂康立勋郭军
- 关键词：煤矿开采抗压强度电阻率
- 文献传递
