Advancing deep underground research through integration of engineering and science
编者按|工程与科学的结合 推进深部地下研究
Heping Xie, Chunfai Leung, Jianguo Wang, Xiaozhao Li
发布时间：2022-12-08
关键词：EDITORIAL
摘要：Deep underground provides enormous resources for mankind, such as energy, minerals, and water. It can also provide effective solutions for pollutant disposal, such as nuclear waste disposal and CO2 geosequestration, as well as storage spaces. In addition, deep underground is of great necessity because it provides an ultra-quiet environment for scientific research facilities for advanced experim...
阅读全文 PDF 引用Frictional Stability of Longmaxi Shale Gouges and Implications for Deep Seismic Potential in the Southeastern Sichuan Basin
四川盆地东南部龙马溪页岩摩擦稳定性及其对深部地震潜力的启示
张丰收，崔力，安孟可，Derek Elsworth，何昌荣
发布时间：2022-09-15
关键词：deep shale reservoir, hydraulic fracturing, hydrothermal condition, induced seismicity, mineralcomposition, shale fault stability
摘要：页岩气开采过程中发生的微地震凸显了理解页岩摩擦稳定性的重要性。本文用x射线衍射(XRD)法测定了收集的5个龙马溪页岩样品的矿物组成，完成了11组页岩断层泥剪切实验，并探讨了矿物组成和温度对四川盆地东南部泸州区块龙马溪页岩摩擦稳定性的影响。结果发现：矿物组成和温度都会影响龙马溪页岩的摩擦强度和稳定性；页岩断层泥的摩擦强度和不稳定性随架状硅酸盐和碳酸盐含量的增加而增加；随着温度升高，页岩断层泥在200°C的临界温度下出现了由速度强化到速度弱化的转变；温度和矿物组成的综合影响对页岩断层的摩擦响应具有重要的控制作用。
阅读全文 PDF 引用Additive manufacturing technology in mining engineering research
增材制造技术在采矿工程中的应用
冯晓巍，Valter Carvelli
发布时间：2022-09-14
关键词：3D printing system, additive manufacturing, coal mine supports, mining engineering, physical model
摘要：增材制造技术俗称3D打印技术，该技术是传统制造技术的革新，目前在多个领域已有广泛应用，但是这一技术在矿业工程领域中的应用尚处于起步阶段。本研究探讨了3D打印技术在矿业工程研究中的应用，提出了金属粉末3D打印成型技术、ABS/PLA材料3D打印成型技术、混凝土3D打印成型技术。基于金属粉末成型技术，本研究制造了可变尺度的成套矿用金属支护构件，构件几何细节和力学强度均得以高度还原。 基于ABS/PLA材料成型技术，本研究在相似物理模型中实现了精准巷道定位、精准支护系统植入、精准地质结构复制。基于混凝土材料成型技术，本研究复制了工程模型的室内物理模型，在高缩尺比下实现了巷道模型和支护构件的双重还原，并基于多重监测手段验证了其科学合理性。 最后，本研究提出了矿山相似物理模型的双喷嘴增材制造搭建系统，并建立了工作机理和概念模型。本研究率先将增材制造技术拓展至矿业工程领域研究中，促成了高精度平行试验和多手段联合监测的应用，突破了以往技术瓶颈，为实现高精度、平行化、可控化、智能化的矿业工程试验技术奠定了基础。
阅读全文 PDF 引用Fracture distribution in overburden strata induced by underground mining
Wenli Yao, Enzhi Wang, Xiaoli Liu, Ran Zhou
发布时间：2022-12-08
关键词：groundwater seepage, mining‐induced fracture, numerical simulation, rock mass deformation, TEM
摘要：AbstractCoal-mining activities give rise to a series of ecological environmental problems, such as ground settlement and groundwater pollution. In fact, they are mainly caused by mining-induced fractures. Hence, it is necessary to study the mining-induced fracture distribution to identify the behavior of rock mass movement. However, the fractures in overburden strata cannot be directly measured...
阅读全文 PDF 引用Wear mechanism and life prediction of the ripper in a 9-m-diameter shield machine tunneling project of the Beijing new airport line in a sand-pebble stratum
北京地铁新机场线砂卵石地层9m直径土压平衡盾构撕裂刀磨损机理及寿命预测
江华，朱家辰，张小燕，张晋勋，李宏亮，孟令丰
发布时间：2022-09-14
关键词：9‐m‐diameter shield, long‐distance shield driving, optimum driving distance, sand‐pebble stratum,tool wear, wear prediction model
摘要：北京市砂卵石地层具有稳定性差、磨蚀性强、空间分布不均等特征，盾构在该类地层掘进过程中经常会出现刀具磨损严重、换刀频繁、地层变形难控制等问题，而解决此类问题的关键在于探究刀具的切削机理及磨损规律。 本研究以北京新机场线盾构工程为背景，采用了楔犁-松动-剥落的开挖理论，分析了砂卵石地层中9m直径盾构多梯次撕裂刀的磨损特性。采用理论分析及磁1区间现场原位磨损数据测量的手段，分析了撕裂刀五个耐磨块和底座侧面的磨损值。随着切削轨迹长度的增加，耐磨块磨损值通常随着安装半径的增加而增大。190-撕裂刀的磨损分为五类：底座磨损、耐磨块崩坏、均匀磨损、耐磨块脱落和侧面磨损。耐磨块均匀磨损和撕裂刀侧面磨损是190-撕裂刀的两种典型磨损类型。在190-撕裂刀的保护下，155-撕裂刀的绝大部分耐磨块保持着较完整的切削能力。基于建立的190-撕裂刀磨损预测模型，提出了砂卵石地层中盾构一次性不换刀最佳掘进距离。换刀前后190-撕裂刀的平均磨损系数拟合效果良好，分别为0.045 mm/km和0.066 mm/km。该研究结果为类似地质条件下盾构施工中的刀具磨损预测提供了理论参考。
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