爆破荷载作用下减振孔减振隔振效应数值模拟研究

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作者 王钥 廖志毅 +3 位作者 陈琰 赵星 汤伟雄 朱建波 《振动与冲击》 北大核心 2025年第2期40-54,共15页

爆破产生的振动效应影响邻近建(构)筑物的安全。作为减振手段之一,减振孔可用于控制爆破振动影响。然而,目前减振孔布设方案多基于经验方法,并且减振效果评价标准主要集中在局部单排测点,无法全面表征减振孔后方区域内的减振效果与规律... 爆破产生的振动效应影响邻近建(构)筑物的安全。作为减振手段之一,减振孔可用于控制爆破振动影响。然而,目前减振孔布设方案多基于经验方法,并且减振效果评价标准主要集中在局部单排测点,无法全面表征减振孔后方区域内的减振效果与规律。基于枕头坝护坦爆破开挖工程,采用LS-DYNA软件中的数值分析方法,系统研究了减振孔排数、深度、爆心距和单排布孔数对有效减振区域面积、峰值减振率等减振效果的影响。首先,利用小尺寸爆破模型试验对LS-DYNA方法模拟爆破荷载作用下减振孔减振隔振效应的有效性进行了验证。随后,系统开展了不同减振孔参数对有效减振区域的影响规律研究。研究结果表明:减振效果最优的区域位于减振孔布设区后方垂直于爆源的位置;随着排数、深度、爆心距和单排布孔数的增大,有效减振区域面积增大;峰值减振率随排数增大而显著增大,随爆心距增大而减小,受到减振孔深度和爆破孔深度的共同影响。与单一测点减振率相比,有效减振区域面积可以体现减振效果的区域分布,并且不受测点选取位置影响。另外,基于不同减振孔参数对减振隔振效应的相关性分析表明,有效减振区域面积与减振孔深度相关性最明显,其次是减振孔排数和爆心距。峰值减振率与减振孔排数相关性最明显,集中减振率与减振孔排数和深度密切相关。研究结果对减振孔的布设和最大程度地利用减振效果保护邻近建(构)筑物具有参考意义。 展开更多

关键词 爆破 减振孔 有效减振区域 质点峰值振速 减振率

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三轴荷载下深部裂隙砂岩力学行为及损伤特性分析

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作者 胡华瑞 刘仕威 +2 位作者 汪文德 王浩明 张洋凯 《矿产保护与利用》 2025年第2期14-21,共8页

深部岩石损伤破坏特征与浅部具有显著差异,探究深部复杂应力环境下裂隙砂岩力学规律有助于深部工程安全实施。以含不同角度裂缝砂岩试样为研究对象,开展了三轴压缩力学实验,分析了裂隙砂岩基础力学性质演化规律,借助能量耗散理论探明了... 深部岩石损伤破坏特征与浅部具有显著差异,探究深部复杂应力环境下裂隙砂岩力学规律有助于深部工程安全实施。以含不同角度裂缝砂岩试样为研究对象,开展了三轴压缩力学实验,分析了裂隙砂岩基础力学性质演化规律,借助能量耗散理论探明了裂隙对试样力学性质的影响规律。研究结果表明:含不同裂缝角度砂岩轴向应力应变演化规律均呈倒“V”形先增大后减小规律变化;径向应力应变曲线呈先增大后缓慢减小规律变化,峰后阶表现出类似屈服平台特征;试样破坏时轴向变形程度较径向变形大,且总体上两者随着裂缝角度增大而增大。随着裂缝角度的增大,试样峰值强度和弹性模量均线性增大,但增加幅度先减小后增大,随着角度从0°到30°、45°、60°和90°依次增大,相邻试样强度后者较前者较依次增加8.58%、3.16%、1.34%和15.12%,弹性模量依次增加5.46%、0.07%、3.13%和3.74%。不同试样吸收总能量、弹性能和耗散能变化规律基本一致,总能量和弹性能较耗散能增长快,试样破坏前耗散能快速增大;定义了储能系数和耗能系数,随着试样角度从0°到30°、45°、60°和90°依次增大,储能系数从0.615依次增至0.618、0.642、0.662、0.712,耗能系数从0.159依次减小至0.153、0.142、0.139、0.127,证明试样强度越大,储能系数越大,耗能系数越小,试样抵抗变形的能力越强。 展开更多

关键词 三轴压缩实验 深部裂隙砂岩 能量耗散 裂缝角度 力学性质

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基于“深地-地表”联动的深地科学与地灾防控技术体系初探 被引量：17

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作者 谢和平 张茹 +5 位作者 邓建辉 高明忠 李怡航 何治良 张泽天 任利 《工程科学与技术》 EI CSCD 北大核心 2021年第4期1-12,共12页

地球是已知的唯一适合人类生存的行星,揭示地球深部奥秘对于人类生存与发展具有重大意义。随着人类社会的快速发展,地震地质灾害频繁发生,深地工程动力灾害事故更加凸显,且机理不清,难以预测和有效防控,其根本原因在于,人类无法准确认... 地球是已知的唯一适合人类生存的行星,揭示地球深部奥秘对于人类生存与发展具有重大意义。随着人类社会的快速发展,地震地质灾害频繁发生,深地工程动力灾害事故更加凸显,且机理不清,难以预测和有效防控,其根本原因在于,人类无法准确认知地球科学基础规律及地球深部过程与浅表层过程的耦合关系;现有地球深部基础科学研究已滞后于人类深部工程实践活动,传统地质灾害信息的浅表监测存在较大局限。在此基础上,开展深地科学探索与地质灾害防控联动技术研究对解决资源保障、生命演化与可持续发展等重大科学问题具有重要意义。“深地-地表”联动战略体系以深入理解深地科学与地质灾害内在联系,进行深地科学与地质灾害领域的超前战略谋划为核心目标,通过基于典型深部工程的“深地-地表”联动科学研究平台,充分关联中国广布的地表灾害信息监测群和纵深的深地科学实验室、矿区及深地工程示范基地,借助区块链大数据技术,建设“深地-地表”智慧中心,统筹不同区域、不同类型、不同深度研究平台;最终,在此基础之上,以“深地-地表”联动为核心,建设“深地-地表”地灾防控联动探测大科学系统,全面构建深地科学规律及重大地质灾害孕灾机制战略研究体系,服务全国乃至全球的深地科学前沿探索、深地工程的安全与长期稳定性、重大地质灾害预警与防控,助力中国领跑世界深地科学和地质灾害的相关领域研究。 展开更多

关键词 深地科学 地灾防控 “深地-地表”联动 战略研究

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深埋穿越破碎带隧道衬砌变形规律研究 被引量：11

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作者 王飞 高明忠 +3 位作者 林文明 陈海亮 王明耀 陆彤 《隧道建设（中英文）》 北大核心 2020年第S01期232-240,共9页

为解决隧道穿越破碎带、断层等不良地质体时导致的隧道结构变形过大,甚至引起垮塌等事故的难题,通过对西南某深埋穿越破碎带隧道衬砌现场监测数据的分析,结合数值模拟试验,研究了该隧道衬砌拱顶下沉、周边收敛变形规律,并对二者进行了... 为解决隧道穿越破碎带、断层等不良地质体时导致的隧道结构变形过大,甚至引起垮塌等事故的难题,通过对西南某深埋穿越破碎带隧道衬砌现场监测数据的分析,结合数值模拟试验,研究了该隧道衬砌拱顶下沉、周边收敛变形规律,并对二者进行了对比。结果表明:该隧道工程Ⅳ级至Ⅴ级围岩过渡区发生不均匀沉降,Ⅴ级围岩相对Ⅳ级围岩沉降值大15 mm左右;隧道拱顶沉降量是周边收敛位移的1.25~1.75倍,即拱顶对不均匀沉降的敏感度大于周边,属于隧道结构薄弱部位。基于自主研发的双向滑移式物理模型箱,研究了不均匀沉降条件下衬砌结构变形特征,衬砌轴向变形过程大致可分为5个阶段:弹性应变、土体压密—姿态调整、塑性应变、土体再压密—姿态再调整、断裂破坏,且拱顶轴向变形为拱腰轴向变形的1.75~2.45倍,说明拱顶沉降对围岩完整性的敏感度大于周边收敛,应重点做好拱顶的监测与防护。 展开更多

关键词 隧道 破碎带 变形特征 现场监测 模型试验 数值模拟

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深部煤岩原位扰动力学行为研究 被引量：61

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作者 高明忠 王明耀 +6 位作者 谢晶 高亚楠 邓光迪 杨本高 王飞 郝海春 谢和平 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期2691-2703,共13页

深部开采是我国矿产资源获取的主要途径,然而目前深部资源的开发现状是工程领先倒逼理论创新,时效性差,灾害频发。系统探索深部岩体原位力学行为已经成为了深部矿产资源高效开采亟待攻关的基础科学问题。以深部煤炭开采为工程背景,通过... 深部开采是我国矿产资源获取的主要途径,然而目前深部资源的开发现状是工程领先倒逼理论创新,时效性差,灾害频发。系统探索深部岩体原位力学行为已经成为了深部矿产资源高效开采亟待攻关的基础科学问题。以深部煤炭开采为工程背景,通过现场井下实测捕捉深部岩体所经历的应力路径,进而考虑扰动应力路径、深度原位赋存环境等因素,开展深部煤岩原位力学与破坏特征的模拟测试,主要结论有:①赋存深度是深部原位岩体力学行为的重要影响因素。岩体强度随赋存深度非线性增长,浅部(低围压)岩体的强度受载荷速率影响较小,加卸载速率对深部(高围压)岩体力学特征影响存在特定范围。②工程扰动是深部原位岩石力学特性的重要影响因素。扰动应力路径下岩体较常规三轴强度降低,且与常规三轴力学试验不同的是出现低初始应力作用下的体积膨胀和高围压作用下的体积收缩现象。③原位扰动应力路径下,随深度增加岩体破坏后表面微裂纹数量减少,由“半Y”型拉-剪复合破坏向“半X”型纯剪切破坏过渡。④建议的煤岩原位岩石力学测试方法可以较为真实模拟地下工程扰动形成的三向不等压力学状态,能有效在实验室条件下揭示深部开采扰动下煤岩体力学行为。 展开更多

关键词 深部开采 原位力学 扰动力学 放顶煤 真三轴试验

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深地科学与深地工程技术探索与思考 被引量：25

6

作者 谢和平 张茹 +5 位作者 张泽天 高明忠 李存宝 何志强 李聪 刘涛 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期3959-3978,共20页

21世纪的深地科学进入了新的发展阶段,深地科学规律尚未探明,深部工程活动普遍存在着一定程度的盲目性、低效性和不确定性,地球深部内源动力、结构演变规律、致灾机理等仍待进一步认知。因此首先从地球科学的视角定义了深地科学:以地球... 21世纪的深地科学进入了新的发展阶段,深地科学规律尚未探明,深部工程活动普遍存在着一定程度的盲目性、低效性和不确定性,地球深部内源动力、结构演变规律、致灾机理等仍待进一步认知。因此首先从地球科学的视角定义了深地科学:以地球浅层以深的深层和超深层为研究对象,旨在探索地球不同层圈和不同赋存深度(深层和超深层)科学奥秘;理清了深地科学与地球科学的区别与联系:即深地科学是在已知地球科学知识体系上的延伸,是拓展科学视野、深化地球认知的国家战略科技方向,包含于地球科学;定义了深部与深地工程科学的本质:即针对现有浅部工程的科学规律与技术无法适用于深部工程的难点,探索深部工程相关科学规律,突破深部工程关键基础科学问题,匹配人类在深部工程活动中的地灾防控需求,进而指导深部资源安全高效绿色开发、深部工程空间有效利用。提出深地工程技术定义,即指人类为利用地球、开发地球所需要的工程实施技术与装备,为探索深地科学规律、开发深地工程必需的理论与技术手段。最后,进一步明确了深地科学的研究内容与规划,以及深地工程技术内涵与攻关方向(即深地工程岩土力学与灾变机理、超深井智能建造与能源资源高效开采、深地隧道与巨型洞室群智能建造、深地工程灾害智能防控与健康运维),以期促进深地科学领域的发展。 展开更多

关键词 深地科学 深部工程科学 深地工程技术 地球科学

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深部不同深度岩石脆延转化力学行为研究 被引量：43

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作者 谢和平 高明忠 +4 位作者 付成行 鲁义强 杨明庆 胡建军 杨本高 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期701-715,共15页

岩石脆延转化力学行为规律是深部岩石力学研究的重要内容之一,同时也是影响深地工程安全高效实施的关键因素。为研究深部不同深度岩石脆延转化力学行为差异性规律,以松辽盆地1000~6400 m不同赋存深度的砂岩、砾岩和安山岩为研究对象,开... 岩石脆延转化力学行为规律是深部岩石力学研究的重要内容之一,同时也是影响深地工程安全高效实施的关键因素。为研究深部不同深度岩石脆延转化力学行为差异性规律,以松辽盆地1000~6400 m不同赋存深度的砂岩、砾岩和安山岩为研究对象,开展了同一深度岩石不同应力水平下、不同深度岩石同一应力水平下以及不同深度岩石原位应力水平下的常规三轴实验,并采用峰前和峰后脆性指标分析了岩石的脆性特征,初步揭示了深部不同深度岩石脆延转化力学行为的关键影响因素与差异性规律。研究结果表明:不同深度岩石脆延转化并非是瞬时的,而是存在一个脆延性逐渐转换的应力区间。同一深度岩石不同应力水平下其脆延特征主要受围压影响。对于1600 m深砂岩,其脆性整体上随着围压的增大而减小,出现了从脆性—延性—应变硬化的转变,并且其峰后塑性逐渐增强,直到峰后呈现完全塑性。50~70 MPa应力水平范围为1600 m深砂岩的脆延转化区间;相同围压下不同深度岩石的脆延特征主要受其本身矿物组分的影响。对于松辽盆地岩石样品,其硬相矿物和中等相矿物的含量总体上随着深度的增加而增大,导致其脆性随深度的增加而增大,由浅至深表现出延性—脆延转化—脆性的特征;不同深度岩石原位应力水平下其峰后特征随着深度的增加呈现出不同的特征:1000~3500 m深砂岩表现出峰后应变软化特征、4800 m深砂岩和5100~5600 m深砾岩表现出峰后脆性特征、6400 m以深的安山岩表现出峰后塑性流动特征。岩石的脆延特征受诸多因素的影响,其中岩石的矿物组分和应力环境对其脆延特征的影响存在博弈现象。随着深度的增加硬相矿物和中等相矿物含量的增加会导致岩石的脆性增长,而岩石加载应力水平的增加,又会抑制岩石的脆性增长。 展开更多

关键词 深部岩石 不同深度岩石 脆延性转化 脆性指标 原位应力环境

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深部岩体力学与开采理论研究进展 被引量：545

8

作者 谢和平 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期1283-1305,共23页

随着地球浅部矿物资源逐渐枯竭,深部矿产资源开采已然趋于常态。然而,由于深部岩体典型的“三高”赋存环境的本真属性及资源开采“强扰动”和“强时效”的附加属性,导致深部高能级、大体量的工程灾害频发,机理不清,难以预测和有效控制,... 随着地球浅部矿物资源逐渐枯竭,深部矿产资源开采已然趋于常态。然而,由于深部岩体典型的“三高”赋存环境的本真属性及资源开采“强扰动”和“强时效”的附加属性,导致深部高能级、大体量的工程灾害频发,机理不清,难以预测和有效控制,传统岩石力学和开采理论在深部适用性方面存在争议。国家“十三五”重点研发计划“深部岩体力学与开采理论”针对上述难题进行了系统研究,本文详细总结了项目研究进展,包括:①初步形成了原位保真取芯、保真移位、保真测试的技术体系并开展不同深度原位恢复物理力学试验;②系统探索了扰动条件下不同赋存深度岩体原位长期力学行为,构建了不同赋存应力环境的岩石动态本构模型;③提出了适用于复杂地质条件下深部非线性岩体平均应力与变形模量的关系式,开发了批数据处理网络算法反演深部地应力场,系统研究了岩石破坏过程中的能量积聚、能量耗散特性;④提出了“强扰动”和“强时效”特征的判定依据,探索了深部开采强扰动应力路径下煤体损伤规律及非连续支承压力理论,研究了深部开采强扰动煤体损伤破裂、能量演化及渗透特性;⑤建立了岩体介质复杂孔隙结构的三维可视化模型,实现了裂纹动态扩展过程中应力场的可视化,研发了可视化物理模型的三维应力场的冻结实验装置;⑥开展了深部硬岩矩形隧洞围岩板裂破坏的试验模拟,提出了深部近采场区域应力平稳释放理论与方法,研发并应用了深部硬岩高应力诱导与爆破耦合的破岩方法与技术;⑦概括了深部硬岩强卸荷下3种灾害模式的破裂孕育分异演化机制,提出了基于物质点原理描述岩体连续-非连续计算分析新方法,创新了硐室稳定的裂化-抑制支护方法;⑧分析了深部煤炭安全绿色开采的主要影响因素,初步构建了“高保低损”型深部煤炭安全绿色开采新模式;⑨建立了深部地下开采空间模型及生产计划动态优化模型,提出了深部掘进工作面卸荷技术、深部高应力矿柱一体化卸压控制对策以及深部卸压帷幕应力隔断技术。基于以上内容,初步构建了深部岩体力学与开采理论研究体系,以期为未来中国深部矿产资源开发提供理论基础与技术支撑。 展开更多

关键词 深部开采 岩体力学 原位岩石力学 可视化 多相多场

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深地医学研究新进展 被引量：6

9

作者 谢和平 刘吉峰 +4 位作者 高明忠 王领 文巧 刘飞 吴江 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期2140-2149,共10页

世界主要矿业大国相继进入深部开采,我国的深部资源开采也已经成为新常态。然而,深地作业环境,尤其是1000 m以下,对矿业工人等深地作业人群的生理、心理以及病理的影响规律及其作用机制基本处于空白。基于前期的调研、初步研究成果,提... 世界主要矿业大国相继进入深部开采,我国的深部资源开采也已经成为新常态。然而,深地作业环境,尤其是1000 m以下,对矿业工人等深地作业人群的生理、心理以及病理的影响规律及其作用机制基本处于空白。基于前期的调研、初步研究成果,提出深地医学新概念;即系统研究深地环境因素对人的生理、病理以及心理影响程度及其潜在机制,也即深地的物质和空间健康效应,并探索对深地有害影响因素的防护措施,有益环境因素开发利用的专门学科。从医学视角深入分析了深井矿业工程作业环境的基本特征,本底辐射随深度逐渐下降、温度湿度随深度增加、氡气浓度尚在安全范围之内。发现矿井深部低本底辐射环境可以明显抑制正常细胞与癌细胞的生长速度,如喉癌细胞在地表培养2 d后细胞增加37.73%,而地下组仅增长7.53%,深部低本底辐射环境对癌细胞的生长速度抑制更胜正常细胞,且发现核糖体、线粒体可能是细胞应答深地低本底辐射环境主要细胞器。剖析了深部矿井矿工心理和作业环境的相关关系,深井矿作业工人的状态差于健康常人,约2/3的人群伴有睡眠问题,且其不佳的心理状况与井下的不良作业环境有关。提出深地医学未来迫切需要开展的前瞻性研究课题,为今后深地医学及相关生物学、生命科学研究提供参考。 展开更多

关键词 深地医学 深地环境 本底辐射 模式生物 地下实验室

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动载扰动下巷道围岩冲击破坏与能量释放规律研究 被引量：1

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作者 马斌文 谢和平 +5 位作者 张修峰 周宏伟 陈洋 郑福润 孙文斌 朱建波 《采矿与岩层控制工程学报》 EI 北大核心 2024年第4期1-18,共18页

深部煤矿开采过程中的动载扰动可能诱发巷道围岩冲击失稳,为揭示动载扰动与围岩冲击破坏的关系,采用PFC数值模拟方法,分析了采动应力、动载荷和震源位置对巷道围岩冲击破坏与能量释放的影响规律。研究结果表明:相同动载扰动下,巷道围岩... 深部煤矿开采过程中的动载扰动可能诱发巷道围岩冲击失稳,为揭示动载扰动与围岩冲击破坏的关系,采用PFC数值模拟方法,分析了采动应力、动载荷和震源位置对巷道围岩冲击破坏与能量释放的影响规律。研究结果表明:相同动载扰动下,巷道围岩整体变形随采动应力的增大逐渐增大,较大动载荷会引起巷道顶板的显著下沉,且近震源侧的巷道帮部位移较大。低采动应力和动载荷条件下,动载扰动诱发巷道围岩破坏的能量释放主要集中于两帮煤体,表现出由巷道浅部向深部的多频次小能量释放,两帮煤体呈渐进式破坏;高采动应力和动载荷条件下,巷道两帮深部煤体表现为突然的大面积失稳和快速的能量释放。动载扰动下巷道围岩冲击危险除与动载扰动能量有关,还取决于围岩的能量释放量级。当采动应力或动载荷增大到一定程度时,围岩破坏能量释放量级增大,表现为突然的大能量释放,具有较大的冲击危险。研究结果可为深入了解煤矿动载扰动与巷道冲击破坏的关系及其防治提供参考。 展开更多

关键词 冲击地压 动载扰动 围岩破坏 能量释放 数值模拟

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深部原位应力环境下岩心饼化响应特征及反馈机制初探

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作者 高明忠 何坤宸 +6 位作者 叶思琪 谢晶 杨本高 李飞 郝海春 刘军军 杨尊东 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1845-1859,共15页

地应力数据是一切深部工程的基础,传统测量方法获取的深部地应力信息效率低且未形成统一的规程规范,理论多是建立在诸多假设基础上,准确性难以评估。深部高地应力区通常有比较明显的岩心饼化特征,且不同应力环境产生的饼化形貌各异,通... 地应力数据是一切深部工程的基础,传统测量方法获取的深部地应力信息效率低且未形成统一的规程规范,理论多是建立在诸多假设基础上,准确性难以评估。深部高地应力区通常有比较明显的岩心饼化特征,且不同应力环境产生的饼化形貌各异,通过岩心饼化反演地应力有望作为一种科学经济、方便快捷的地应力推算方法。试图通过探究深部原位应力条件下岩心饼化行为的力学机制,定义二维条件下的饼化烈度系数,以期实现基于岩心饼化特征计算原位地应力。以松辽盆地松科二井不同深度饼化岩心为研究对象,利用三维数据形貌采集系统获得了饼化岩心的宏观形貌,采用X射线衍射和岩相薄片等测试手段,分析得到了饼化岩心的矿物成分和微观结构;同时,基于离散元分析了不同应力条件下岩心的饼化行为力学机制。结果表明:松科二井饼化岩心形貌特征可分为破碎状、薄饼状、厚饼状、不规则状、半饼化状5类,端面断口形态包括错台状、平面状、灯盏状和花瓣状;岩饼的形貌特征与其埋藏深度、硬质矿物含量和破坏模式有较强的关联性;岩心饼化行为主要受到张拉应力控制,其裂隙起裂一般起始于岩心根部,由外向内向下呈凹陷状或平面状贯通岩心。水平主应力是影响岩心饼化行为的第一要素,高水平主应力能够诱发剧凹状的岩心断口和较宽的带状拉裂纹,垂直主应力是影响岩心饼化的次要因素,一般会抑制饼化行为的发生;钻进过程中岩心饼化行为的发生伴随着能量的规律性变化,其中总应变能呈阶梯状下降,耗散能呈对应的阶梯状上升,且总应变能的瞬时释放是造成岩心饼化的主要原因。研究成果有望为岩心饼化反演地应力提供新思路和有益借鉴。 展开更多

关键词 岩心饼化 松科二井 颗粒离散元 宏细观特征 破坏模式

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海水腐蚀对砂岩物理力学特性与微观结构破坏特征的影响研究 被引量：1

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作者 周韬 陈昌鹏 +2 位作者 张旸旸 殷雪菡 陈家嵘 《矿业科学学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期178-189,共12页

针对海底隧道围岩在海水腐蚀下物理力学性能劣化的问题,选取典型砂岩作为研究对象,基于深圳海底隧道所在区域海水的取样数据配制不同浓度的模拟海水溶液,对砂岩试样进行不同浓度、不同时间的腐蚀浸泡处理,再进行单轴压缩试验,并结合声... 针对海底隧道围岩在海水腐蚀下物理力学性能劣化的问题,选取典型砂岩作为研究对象,基于深圳海底隧道所在区域海水的取样数据配制不同浓度的模拟海水溶液,对砂岩试样进行不同浓度、不同时间的腐蚀浸泡处理,再进行单轴压缩试验,并结合声发射与扫描电子显微镜(SEM)技术,对海水腐蚀损伤砂岩的物理力学特性、破坏过程和微观结构演化特征进行分析研究。结果表明:随着腐蚀溶液浓度增加,砂岩试样表面越早发生脱落且面积越大,试样密度小幅度增加;峰值应力和弹性模量均随腐蚀时间增加而降低,但二者降低幅度及速率不同;随着腐蚀时间以及浓度的增加,除高浓度组砂岩试样在腐蚀45 d之后声发射事件活跃期有所缩短外,其余组砂岩试样的声发射事件活跃期均有所增长,砂岩试样内部缺陷逐渐发育,结构逐渐疏松,蜂窝状腐蚀区域面积增大,盐离子白色结晶区域逐渐扩大。 展开更多

关键词 海水腐蚀 水岩作用 单轴压缩 声发射 SEM

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基于枕头坝二级水电站混凝土导墙爆破拆除的邻近建(构)筑物动态响应数值模拟研究

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作者 王钥 廖志毅 +3 位作者 陈琰 赵星 李刚 汤伟雄 《水力发电》 CAS 2024年第9期49-58,共10页

基于枕头坝二级水电站临时混凝土导墙爆破拆除工程,开展了混凝土构筑物爆破拆除时邻近建(构)筑物动态响应研究。采用ANSYS-LSDYNA有限元软件和等效爆破荷载法对混凝土导墙多孔爆破拆除进行模拟,分别监测单侧混凝土导墙爆破拆除和两侧混... 基于枕头坝二级水电站临时混凝土导墙爆破拆除工程,开展了混凝土构筑物爆破拆除时邻近建(构)筑物动态响应研究。采用ANSYS-LSDYNA有限元软件和等效爆破荷载法对混凝土导墙多孔爆破拆除进行模拟,分别监测单侧混凝土导墙爆破拆除和两侧混凝土导墙同时爆破拆除邻近区域内硅厂构筑物、砖房、电厂地表和公路表面的动态响应特征。研究发现:构筑物位置处的质点峰值振速大小主要与爆心距有关,质点峰值振速随爆心距增大而减小;爆破地震波传播路径上的阻碍影响远端构筑物表面的质点峰值振速。 展开更多

关键词 混凝土导墙拆除 爆破 动态响应 质点峰值振速 等效爆破荷载法 枕头坝二级水电站

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基于黏结颗粒模型的特厚坚硬煤层综放开采数值模拟研究 被引量：18

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作者 许永祥 王国法 +4 位作者 李明忠 何明 张金虎 周昌台 韩会军 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期3317-3328,共12页

基于榆神矿区特厚坚硬煤层超大采高综放开采技术条件,针对散体颗粒模型在埋深较浅的坚硬煤层综放开采模拟中顶煤冒放情况与实际不相符的问题,对比黏结颗粒模型与无黏结散体颗粒模型力学性质,讨论两种模型适用条件,得出黏结颗粒模型更适... 基于榆神矿区特厚坚硬煤层超大采高综放开采技术条件,针对散体颗粒模型在埋深较浅的坚硬煤层综放开采模拟中顶煤冒放情况与实际不相符的问题,对比黏结颗粒模型与无黏结散体颗粒模型力学性质,讨论两种模型适用条件,得出黏结颗粒模型更适合坚硬煤层综放开采模拟。阐述了黏结颗粒模型的建模和模拟过程:岩层内部采用平行黏结颗粒模型以模拟层内整体块体力学特性,层间采用光滑节理模型以模拟结构面力学性质;通过Fish语言和伺服控制原理实现液压支架初撑阶段、增阻阶段和恒阻阶段不同工况的模拟;根据支架顶梁位态采用逆向运动学方法更新支架整体位姿;通过Fish语言实现尾梁的不同幅度摆动。数值模拟结果表明:覆岩可形成下位基本顶不稳定砌体梁结构和上位基本顶稳定砌体梁结构,顶板来压步距介于10~20 m;顶煤破碎度和冒放性具有双周期性(走向周期与周期来压步距一致,表现为来压期间顶煤破碎较充分、冒放性好,优于非来压期间;垂向周期与顶煤层位相关,表现为下位顶煤破碎充分、冒放性好,优于上位顶煤);工作面煤壁整体稳定性较好,来压期间会出现煤壁破坏现象;液压支架总体处于较高的工作阻力状态;不同块度的顶煤冒放过程中可能形成小块度瞬时动态松散拱结构、中等块度不稳定拱结构和大块度稳定拱结构,尾梁成拱可采用"小拱小摆、大拱大摆"对策高效破拱,掩护梁成拱则需移架才可破拱。超大采高综放开采实践表明数值模拟结果与现场情况一致,黏结颗粒模型能较好地模拟埋深较浅的坚硬煤层综放开采顶煤冒放特征和矿压显现规律。本研究可为坚硬煤层顶煤冒放性和顶板覆岩结构数值模拟研究提供力学模型选择依据,为模拟过程实现方法提供借鉴。 展开更多

关键词 特厚煤层 坚硬煤层 综放开采 黏结颗粒模型

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特厚煤层超前采动原位应力演化规律研究 被引量：45

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作者 高明忠 刘军军 +4 位作者 林文明 邓光迪 彭高友 李聪 何志强 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2020年第2期28-35,共8页

特厚煤层超前采动应力演化规律是顶板控制的基础,但目前缺乏现场采动过程应力演化的研究成果。依托同煤集团同忻矿8309工作面,进行了特厚煤层采动应力演化规律原位实测研究。现场试验结果表明:随着工作面推进,前方煤岩扰动强度不断增大... 特厚煤层超前采动应力演化规律是顶板控制的基础,但目前缺乏现场采动过程应力演化的研究成果。依托同煤集团同忻矿8309工作面,进行了特厚煤层采动应力演化规律原位实测研究。现场试验结果表明:随着工作面推进,前方煤岩扰动强度不断增大,支承压力由原岩应力逐渐上升至峰值强度,然后随着煤岩的破坏开始下降至残余强度;侧向水平应力则呈现出阶段性稳态降低的趋势。根据支撑压力规律,工作面前方煤岩具有扰动分区化特征:该试验点工作面前方200 m以上为未扰动区域;工作面前方100~200 m为弱扰动区域;工作面前方50~100 m为强扰动区域;工作面前方50 m以内为剧烈扰动区域,结合工作面前方不同区域扰动强度提出了针对性的分区支护措施建议。研究成果可为室内开展扰动应力路径加卸载试验和特厚煤层现场安全高效开采提供指导。 展开更多

关键词 采动应力 特厚煤层 原位试验 支护措施

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煤炭深部原位流态化开采的理论与技术体系 被引量：109

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作者 谢和平 鞠杨 +4 位作者 高明忠 高峰 刘见中 任怀伟 葛世荣 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期1210-1219,共10页

向地球深部要资源已成为国家战略。然而,现有的煤炭开采理论、技术及方法难以解决深部开采遇到的技术难题与环境污染问题,对煤炭开发与利用方式进行变革已势在必行。以煤炭技术变革为导向,以解决2 000 m以深煤炭资源开发的瓶颈难题为目... 向地球深部要资源已成为国家战略。然而,现有的煤炭开采理论、技术及方法难以解决深部开采遇到的技术难题与环境污染问题,对煤炭开发与利用方式进行变革已势在必行。以煤炭技术变革为导向,以解决2 000 m以深煤炭资源开发的瓶颈难题为目标,系统阐述了煤炭深部原位开采的科学技术构想,提出了深部原位流态化开采的采动岩体力学理论、深部原位流态化开采的"三场"可视化理论、深部原位流态化开采的原位转化多物理场耦合理论、深部原位流态化开采的原位开采设计、转化与输运理论、深部原位流态化开采的地质保障技术、深部原位流态化开采的精准探测与导航技术、深部原位流态化开采的智能开拓布局技术、深部原位智能化洗选技术、深部原位采选充电气热一体化的流态化开采技术、深部原位无人化智能输送与提升技术、深部原位能量诱导物理破碎流态化开采技术、深部原位化学转化流态化开采技术、深部原位生物降解流态化开采技术、深部原位煤粉爆燃发电关键技术等。明确了煤炭深部原位流态化开采的战略路线,构建了煤炭深部原位流态化开采的理论与技术体系。 展开更多

关键词 煤炭开采 深部原位 流态化 理论体系 关键技术 战略路线

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煤矿地下空间容量估算及开发利用研究 被引量：89

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作者 谢和平 高明忠 +5 位作者 刘见中 周宏伟 张瑞新 陈佩佩 刘志强 张安林 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期1487-1503,共17页

以煤矿地下空间科学利用为主线,以提升煤矿地下空间综合利用为目标,系统调研分析了我国煤矿地下空间容量,首次绘制了全国生产煤矿井下可利用空间分布图、距地级市50 km内煤矿可有效利用的地下空间分布图、全国煤矿有序退出井巷可利用地... 以煤矿地下空间科学利用为主线,以提升煤矿地下空间综合利用为目标,系统调研分析了我国煤矿地下空间容量,首次绘制了全国生产煤矿井下可利用空间分布图、距地级市50 km内煤矿可有效利用的地下空间分布图、全国煤矿有序退出井巷可利用地下空间分布图,并由此建立了煤矿地下空间的判识和估算方法,对煤矿采空区可利用地下空间进行了估算。进行了不同开发利用功能的围岩适建性研究,提出了煤矿地下空间开发利用的六大设计原则和四大设计理念,系统提出了煤矿地下空间利用的方向、技术及构想。结合京西煤矿地下空间可利用容量、关停顺序和内外部建设条件提出了合理的开发利用规划目标,作为典型案例设计了京西煤矿地下空间开发利用的构想。 展开更多

关键词 煤矿地下空间 容量估算 围岩适建性 开发利用

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深部近距离煤层群采动力学行为探索 被引量：46

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作者 彭高友 高明忠 +6 位作者 吕有厂 张瑞皋 谢晶 刘强 何志强 陆彤 杨本高 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期1971-1980,共10页

我国深部近距离煤层群赋存开采比重大,采动力学机理不清,导致开采效率低,安全事故频发。深部煤岩体所表现出的物理力学特性及变形破坏特征较浅部有着本质差异,尤其在深部近距离煤层群开采条件下,临近工作面扰动影响将导致更加复杂的采... 我国深部近距离煤层群赋存开采比重大,采动力学机理不清,导致开采效率低,安全事故频发。深部煤岩体所表现出的物理力学特性及变形破坏特征较浅部有着本质差异,尤其在深部近距离煤层群开采条件下,临近工作面扰动影响将导致更加复杂的采动应力重分布过程。针对深部近距离煤层群采动影响下巷道围岩控制难题,依托平煤十二矿己14和己15深部近距离煤层群工程实践,在己15-31030工作面进风巷内开展了巷道收敛变形、锚索应力现场原位监测试验,理论计算了近距离煤层群底板破坏范围并推导得出了巷道围岩变形速度公式,初步揭示了深部近距离煤层群采动力学行为。研究表明:己14煤层底板破坏深度理论值约21.24~30.88m,上覆煤层采动影响导致本煤层采场边界改变,巷道顶底板及左右帮收敛量约400mm,巷道收敛变形量随采煤工作面推进呈现阶梯式缓慢增长与指数式快速增长两阶段模式,其中指数式快速增长阶段为巷道变形的主要阶段;锚索应力随采煤工作面推进呈现“近线性增长—跃阶式降低”两阶段演化模式,顶板锚索应力平均变化率、峰值应力均显著高于巷帮相应参数,巷道顶板采动效应较巷帮更为明显;锚索应力峰值点滞后最大收敛变形位置约40m,采动影响时效相比单一煤层开采大幅延长约35m,采动应力变化率及其峰值分别降低约53.5%,24.5%,己15煤层采动影响范围约105m;巷道围岩变形速率与距采煤工作面距离呈现反比例函数关系,在此基础上,进一步推导得出深部近距离煤层群距采煤工作面不同距离处围岩变形速度预测公式,并对比现场原位监测数据验证了该公式的合理性。研究成果可为同类深部近距离煤层群的巷道围岩变形速度预测、巷道支护及采矿技术优化等工程问题提供参考。 展开更多

关键词 近距离煤层群 深部开采 采动效应 巷道变形 下行开采

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深部煤矿原位保压保瓦斯取芯原理与技术探索 被引量：39

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作者 高明忠 陈领 +8 位作者 凡东 杨明庆 刘程 李佳南 赵乐 田东庄 李聪 王瑞泽 谢和平 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期885-897,共13页

煤矿瓦斯灾害防治是矿井安全生产的重点和难点,其核心是煤层瓦斯含量与压力的精准测定。目前含瓦斯煤层(或煤矿)取样普遍采用开放式或球阀密闭式取芯技术,取芯效率低,且瓦斯容易损失、测量时效性差,难以保证瓦斯含量与压力数据的准确性... 煤矿瓦斯灾害防治是矿井安全生产的重点和难点,其核心是煤层瓦斯含量与压力的精准测定。目前含瓦斯煤层(或煤矿)取样普遍采用开放式或球阀密闭式取芯技术,取芯效率低,且瓦斯容易损失、测量时效性差,难以保证瓦斯含量与压力数据的准确性与有效性,不能有效评估煤层风险特征指标以指导工程实践。首先深入剖析了深部煤层原位压力内涵,阐明了原位保压保瓦斯取芯的基本目标,建议了原位瓦斯压力及含量的测定与计算方法。其次,基于牟合方盖几何原理,提出了保压保瓦斯取芯工具构想,采用多重防转的取芯结构设计和连续导管作业工艺,能够实现煤样低扰动取芯,确保所取样品瓦斯含量与原位煤层一致;设计了5种构型的自触发式保压控制器,基于自主研发的实验室保压特性试验平台开展了保压能力相关参数测试,结果表明随着保压控制器锥形角度的增加,边缘的有效支撑面增大,极限强度增加。同时,开展了连续导管抗扭特性实验,在扭矩、管长、外径一定时,连续导管扭转角随壁厚的增加逐渐变小、抗扭性能增强,岩芯受到的扰动降低。最后,研制了深部煤矿原位保压保瓦斯取芯原理样机,由煤矿坑道钻机、连续导管装备、保压保瓦斯取芯器等组成,基于仿真模拟和室内试验数据,选定了马鞍形保压控制器(保压能力最高可达100.9 MPa),CT90钢的连续导管(直径38.1 mm、壁厚3.18 mm)。基于此,形成了原位保压保瓦斯取芯作业工艺,在现场测试过程中系统整体运行平稳并取得保压样品,初步验证了原理样机设计合理、装配精密可靠。该取芯系统具备保压能力强、取芯扰动小、取芯效率高、随钻随测等作业优势,有望突破测定煤层原位瓦斯含量与压力的技术瓶颈。 展开更多

关键词 煤层瓦斯 取芯 保压 保瓦斯 连续导管 低扰动 瓦斯含量 瓦斯压力

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平顶山矿区深部矿井动力灾害预测方法与应用 被引量：28

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作者 张建国 兰天伟 +2 位作者 王满 高明忠 荣海 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期1698-1706,共9页

煤与瓦斯突出、冲击地压等矿井动力灾害严重威胁着我国深部矿井安全高效生产,当前总体缺乏准确的预测理论与方法。为了提高平顶山矿区深部开采阶段动力灾害发生的预防与治理水平,在分析矿区自然地质动力条件的前提下,以平顶山东部矿区... 煤与瓦斯突出、冲击地压等矿井动力灾害严重威胁着我国深部矿井安全高效生产,当前总体缺乏准确的预测理论与方法。为了提高平顶山矿区深部开采阶段动力灾害发生的预防与治理水平,在分析矿区自然地质动力条件的前提下,以平顶山东部矿区为研究目标,基于最大主应力、应力梯度等因素对矿区动力灾害发生的潜在危险进行了预测分区,发现地形曲率对平顶山东部矿区的煤与瓦斯突出概率产生较大影响。平顶山东部矿区的正曲率半径范围内煤与瓦斯突出比率占总突出次数的80.21%。同时,基于煤与瓦斯突出系统的能量特征,确定了平顶山东部矿区煤与瓦斯突出的临界能量为106 J。在前期利用地质动力区划方法划分Ⅰ~Ⅴ级活动构造的研究基础上,进一步考虑开采活动作用的影响,明确目标煤层、目标采区动力灾害发生的模式,进行动力灾害二级预测。对八矿、十矿和十二矿规划区域划分Ⅵ级和Ⅴ级断裂构造,确定该区域断裂构造的分布特征和相互作用关系,建立相应的空间信息分析系统,分析活动构造的活动规律,发现平顶山东部矿区的煤体瓦斯主要受控于褶曲构造、断裂构造和构造之间的复合、联合、组合等地质构造。煤与瓦斯突出事故发生在地质构造带的次数占总次数的69.6%。同时,确定了平顶山东部矿区的区域断裂构造的分布方式,Ⅵ级和Ⅴ级活动断裂区煤与瓦斯突出的局部分布特征。 展开更多

关键词 矿井动力灾害 一级预测 二级预测 地质动力区划 危险性评价

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