深部煤岩体开挖动力响应机制及数值计算方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51904227
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0404.矿山开采基础理论
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Aiming at national energy strategy security, the safe and efficient coal exploitation in deep mine is one of significant scientific problems for a long time. The researches concerning mechanical characteristics and excavation response mechanism of coal-rock mass are important parts of national deep mining theory. Stress field of surrounding rock changes abruptly inducing by the coal-rock mass excavation in such a high-stress setting and the loading mode turns from axial and radial-direction unloading into combination of various loading modes including axial and radial-direction unloading and radial-direction unloading with axial-direction loading. Besides, it is difficult for routine specimens to achieve the characterization test for diverse mesoscopic structures and complicated boundary conditions of the coal-rock mass. Taking the engineering coal-rock mass as research object, both mechanical experiment and numerical simulation are adopted for trans-scale analysis of mechanical behavior of the coal-rock mass with the complex stress path. Discrete element models for the coal-rock mass considering intrinsic mesoscopic structure property was obtained in the complicated boundary conditions. The numerical method on dynamic effect of the coal-rock mass excavation was established interactively regarding various intrinsic mesoscopic structure property and loading-unloading control factors. The trans-scale relevance between mesoscopic mechanical parameters and macroscopic mechanical parameters was revealed based on DIP-ISA technology and the mesoscopic mechanical parameters were all evolved. Next, we compiled loading and unloading servo-control function satisfying the surrounding rock moving velocity feedback and confining pressure control accouplement. And nonlinear mechanical characteristics and its response mechanism during the coal-rock mass excavation are possible to uncover successfully in the end. The reasonable theoretic proof would provide a basis to form hazard-induced mechanism inducing by the coal-rock mass excavation in deep coal mine.
深部煤炭资源安全高效开发是保障国家能源战略安全的重大科学问题之一,煤岩体力学特征与开挖动力响应机制是深地采矿理论的重要组成部分。深部煤炭开采诱发煤岩体受荷模式变为轴-径向加卸载与轴向加载、径向卸载的多种组合;借助常规试样,难以进行不同细观结构与复杂边界条件下煤岩体加卸载力学实验。本项目以工程煤岩体为对象,依托室内实验和数值模拟手段,分析复杂应力路径下煤岩体跨尺度力学行为,实现复杂边界条件下考虑既有细观结构属性的煤岩体离散元计算方法,开展不同细观结构属性与加卸载控制因素交互作用下煤岩体开挖动力效应数值方法研究。基于DIP-ISA技术,研究煤岩体细观与宏观力学参数的跨尺度关联性,推绎煤岩体细观力学参数,编写反馈围岩移动速度和匹配围压控制目标的煤岩体加卸载过程伺服控制函数;进而,揭示深部采动煤岩体的非线性力学特征及开挖动力响应机制。研究成果可为深地采矿中煤岩开挖破坏致灾机理研究提供有益理论支撑。

结项摘要

随着国家能源战略安全的逐步推进,深部煤炭资源的高效开发依然是重大科学问题之一。深井环境下,煤炭开采将诱发围岩应力场发生突变,进而煤岩体出现不同形式的宏观破坏,如张拉破坏、剪切破坏、片帮、底臌,并导致冲击地压、煤与瓦斯突出、矿井突水等动力破坏现象频发,亟待研究复杂应力路径下煤岩体非线性力学特征与开挖动力响应机制。深井环境下,煤岩体开挖所诱发的宏观破坏实则是一种“跨尺度”损伤-破裂演变过程。项目采用DIP技术与本征尺度分析(Intrinsic Scale Analysis, ISA)方法,揭示煤岩体开挖过程中细观力学参数与宏观力学参数间的“跨尺度”关联性是解决上述一系列难点问题的关键之所在,也使得准确分析深部煤岩体非线性力学特征与开挖动力响应机制成为可能。本项目凝练两大关键科学问题:(1)煤岩体开挖过程中宏观力学参数与细观力学参数间的“跨尺度”关联性与(2)加卸载过程伺服控制函数,借助于室内煤岩体单轴与三轴压缩实验研究方法,以煤炭开采中的采动煤岩体为研究对象,从分析采动体动力响应突变性出发,形成了不同组合受荷模式下煤岩体加卸载力学特性评价方法,研究了复杂加卸载条件下煤岩体开挖过程细观力学参数确定及数值建模方法,开展了不同细观结构属性与加卸载控制因素的煤岩体开挖动力效应数值计算方法,揭示了采动煤岩体非线性力学特征与开挖动力响应机制,为深地采矿中煤岩体开挖破坏致灾机理提供有益理论支撑,也为不同类型深地资源开发中围岩灾害防治提供科学借鉴。攻关期间,项目负责人先后获省部级科技进步一等奖3项、二等奖1项、陕西省专利一等奖1项,发表论文5篇,其中SCI收录2篇、EI收录3篇,并申请国家发明专利3项,协助指导博士研究生2名、硕士研究生5名,均与本项目研究内容紧密关联,项目负责人入选陕西省科技新星并获批国家自然科学基金面上项目持续资助,圆满完成了预期目标的要求。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(6)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
Numerical Method for Predicting and Evaluating the Stability of Section Coal Pillars in Underground Longwall Mining
地下长壁开采分段煤柱稳定性预测与评价的数值方法
  • DOI:
    10.3389/feart.2022.894118
  • 发表时间:
    2022-04
  • 期刊:
    Frontiers in Earth Science
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Pengfei Shan;Haoqiang Sun;Xingping Lai;Jingjing Dai;Jianming Gao;Pan Yang;Wei Li;Chenwei Li;Chengwei Yan
  • 通讯作者:
    Chengwei Yan
考虑初始损伤差异性的煤样声发射率响应研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    采矿与安全工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    单鹏飞;高健铭;来兴平;孙浩强;杨攀
  • 通讯作者:
    杨攀
不同卸压措施下“双能量”指标协同预警及调控机制分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    岩石力学与工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    单鹏飞;张帅;来兴平;杨彦斌;白瑞;刘伯伟
  • 通讯作者:
    刘伯伟
Identification method on mixed and release state of coalgangue masses of fully mechanized caving based on improved Faster RCNN
  • DOI:
    10.13225/j.cnki.jccs.xr21.1662
  • 发表时间:
    2022-01-01
  • 期刊:
    J China Coal Soc
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Shan, PF.;Sun, HQ.;Lai, XP.
  • 通讯作者:
    Lai, XP.
An associated evaluation methodology of initial stress level of coal-rock masses in steeply inclined coal seams, Urumchi coal field, China
乌鲁木齐煤田急倾斜煤层煤岩体初始应力水平联合评价方法
  • DOI:
    10.1108/ec-07-2019-0325
  • 发表时间:
    2020-03
  • 期刊:
    Engineering Computations
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Shan Pengfei;Lai Xingping
  • 通讯作者:
    Lai Xingping

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--"}}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--" }}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--"}}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

其他文献

采动裂隙煤岩破裂能量耗散特性及机理
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    采矿与安全工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    单鹏飞;来兴平
  • 通讯作者:
    来兴平
短壁块段式采煤覆岩导水裂隙发育力学特性分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    煤炭学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张云;曹胜根;来兴平;单鹏飞;张楠;赵长政;都书禹
  • 通讯作者:
    都书禹
考虑区域地应力特征的裂隙煤岩流固耦合特性实验
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    煤炭学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    单鹏飞;来兴平;崔峰;曹建涛;孙欢;杨毅然
  • 通讯作者:
    杨毅然
浅埋大采高综采矿压显现规律物理模拟实验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    采矿与安全工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    来兴平;单鹏飞;郑建伟;曹建涛;崔峰;王春龙
  • 通讯作者:
    王春龙
急斜特厚煤层水平分段综放开采覆层类椭球体结构分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    采矿与安全工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    来兴平;孙欢;单鹏飞;邱华富
  • 通讯作者:
    邱华富

其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--" }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--"}}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--" }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}
empty
内容获取失败,请点击重试
重试联系客服
title开始分析
查看分析示例
此项目为已结题,我已根据课题信息分析并撰写以下内容,帮您拓宽课题思路:

AI项目思路

AI技术路线图

单鹏飞的其他基金

综放开采煤矸放落影像感知与瞬态重建方法研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

{{ item.name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 批准年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}

相似海外基金

{{ item.name }}
{{ item.translate_name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 财政年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了

AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
关闭
close
客服二维码