深地科学与深地工程技术探索与思考 被引量：23

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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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深部煤层原位保压保瓦斯取心技术装备及初步应用 被引量：3

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作者 高明忠 宋杰 +6 位作者 崔鹏飞 李永程 李聪 李佳南 刘贵康 游镇西 史晓军 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期143-154,共12页

深部煤层瓦斯含量精准测定是矿井瓦斯灾害防治和煤层气高效开发利用的基本前提。煤层传统取心技术普遍采用开放式取心,需利用估算方法获得煤层取心过程中的瓦斯损失量,难以保证煤层瓦斯原位参数的准确性和有效性。基于“原位保真取心”... 深部煤层瓦斯含量精准测定是矿井瓦斯灾害防治和煤层气高效开发利用的基本前提。煤层传统取心技术普遍采用开放式取心,需利用估算方法获得煤层取心过程中的瓦斯损失量,难以保证煤层瓦斯原位参数的准确性和有效性。基于“原位保真取心”学术思想,开发了深部煤层原位保压保瓦斯取心技术,研制了深部煤矿原位保压保瓦斯取心器,并基于三维数值仿真对取心器外管、保压舱体结构与关键薄弱部件进行了强度校核。同时,依托自主研发的保压取心实验室模拟测试平台,测定并分析了保压控制器的保压能力,通过煤矿现场试验验证了取心器的可靠性。研究结果表明:自主研制的取心器具有保压能力强、保压时间长、防扰动性能稳定等优势;取心器在内部流体压力20 MPa和1000 N m扭矩作用下等效应力为121.1 MPa,远小于材料屈服强度,满足强度设计要求;取心器在20 MPa荷载作用下等效应力为63.9 MPa,满足强度设计要求;取心器整体在19.4 MPa压力条件内可持续稳定运行,可以满足大部分深部煤矿瓦斯测试需求;现场测试表明保压保瓦斯取心器的保压控制器闭合情况良好,现场取心率达100%。研究成果可为深部煤层瓦斯含量精准测定奠定理论、技术和装备基础,对于煤矿瓦斯灾害防治和煤层气勘探开发具有重要意义。 展开更多

关键词 深部 瓦斯 保压保瓦斯 保压取心 瓦斯含量 煤层气开发

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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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煤矿矿震应力波传播衰减理论模型及应用研究

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作者 朱建波 郑福润 +5 位作者 谢和平 周宏伟 张茹 马斌文 张修峰 公维国 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第2期18-31,共14页

矿震应力波传播衰减规律是准确评估矿震致灾性的重要理论基础。为明确煤矿矿震的震动效应,并为矿震风险评估提供理论依据,开展了矿震应力波传播衰减理论模型及其应用的研究。首先,建立考虑几何衰减系数、材料衰减系数和地应力影响的矿... 矿震应力波传播衰减规律是准确评估矿震致灾性的重要理论基础。为明确煤矿矿震的震动效应,并为矿震风险评估提供理论依据,开展了矿震应力波传播衰减理论模型及其应用的研究。首先,建立考虑几何衰减系数、材料衰减系数和地应力影响的矿震应力波传播衰减理论模型。随后,以石拉乌素煤矿为工程背景,采取室内试验与现场监测相结合的方法,测定了地层材料衰减系数,研究地应力对传播衰减模型的影响,构建了适用于该矿的矿震应力波传播衰减模型,并将该模型应用于现场矿震震级的估算,验证了模型的可靠性。研究结果表明:模型中几何衰减系数与矿震震级、波阵面的扩散以及应力波在非连续面中的散射相关;材料衰减系数与地层介质黏弹性、地层波速和应力波频率有关,地应力对传播衰减模型材料衰减系数有显著影响。基于提出的矿震应力波传播衰减模型,估算了石拉乌素煤矿矿震震级,与地震局预报的震级结果具有较好的一致性,验证了该模型在实际应用中的可靠性。根据应力波传播衰减理论模型和震级能量关系,得到了不同震级矿震的应力波传播衰减规律的预测结果。研究结果为理解矿震应力波传播衰减规律提供了理论基础,对评价矿震风险具有指导意义。 展开更多

关键词 矿震 应力波 传播衰减模型 地应力 峰值振动速度

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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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基坑爆破施工减振孔减振效应现场试验研究

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作者 吕岸霖 张凯 +6 位作者 吴振宇 王建新 范佰通 彭琦 柴德华 王邦浩 朱建波 《土木与环境工程学报(中英文)》 北大核心 2025年第2期116-125,共10页

为有效降低爆破施工对邻近建(构)筑物的动态扰动,以深圳地铁16号线1号综合井基坑爆破工程为依托,开展减振孔减振效应现场试验研究。通过对不同参数条件下减振孔地表振动的实时监测,研究减振孔对地表峰值质点振动速度(PPV)和主振频率的影... 为有效降低爆破施工对邻近建(构)筑物的动态扰动,以深圳地铁16号线1号综合井基坑爆破工程为依托,开展减振孔减振效应现场试验研究。通过对不同参数条件下减振孔地表振动的实时监测,研究减振孔对地表峰值质点振动速度(PPV)和主振频率的影响,分析减振孔参数对减振效应的影响。结果表明:随着减振孔直径的增加,水平径向隔振率与水平切向隔振率先增加后减小,竖直方向隔振率整体上逐渐增加,基于合速度的隔振率呈显著增大趋势;随着减振孔排间距的增加,减振孔的隔振率先显著减小后逐渐趋于稳定;当减振孔内充填水时,随着减振孔充填度的增加,水平径向隔振率逐渐减小,水平切向隔振率与竖直方向隔振率先增加后减小,基于合速度的隔振率先增加后逐渐减小。 展开更多

关键词 爆破 减振孔 现场试验 隔振率 水充填度

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基于保压煤心的瓦斯压力演化规律及其计算方法

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作者 高明忠 宋杰 +6 位作者 崔鹏飞 李永程 王智鹏 周雪敏 李炬 郝宗欣 郝海春 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第4期18-29,共12页

【目的和方法】煤层原位瓦斯压力是煤矿安全生产以及煤层气资源评估的重要参数。针对现阶段煤层原位瓦斯压力测定周期长、测算结果受多种参数影响等局限,利用自主搭建的保压煤心瓦斯压力演化实验系统,开展了不同含水率下保压煤心等温吸... 【目的和方法】煤层原位瓦斯压力是煤矿安全生产以及煤层气资源评估的重要参数。针对现阶段煤层原位瓦斯压力测定周期长、测算结果受多种参数影响等局限,利用自主搭建的保压煤心瓦斯压力演化实验系统,开展了不同含水率下保压煤心等温吸附和扩容解吸实验,在揭示保压煤样瓦斯压力演化规律的基础上,基于“深部煤层原位保压保瓦斯取心工艺”形成的“煤层原位瓦斯压力”理论计算原理,提出了考虑气体压缩因子与含水率的瓦斯压力计算修正模型,并验证了其可靠性。【结果和结论】结果表明:(1)受高瓦斯压力影响,保压空间内瓦斯压力更容易达到新的平衡,在等温吸附过程中瓦斯压力呈阶段性演化特征,保压煤心瓦斯压力先快速下降至某一值,升压后再逐渐趋于平衡。(2)受煤样介孔为主、微孔孔容较大孔隙特征影响,煤中水分含水率越高,煤对瓦斯的吸附阻力越大,从而导致平衡时间拉长,吸附压降值降低。(3)基于不同含水率保压煤心扩容解吸实验计算了煤样瓦斯压力,各含水率下瓦斯压力计算结果平均相对误差分别为2.22%、1.29%、0.39%、0.80%,可见修正后的瓦斯压力计算方法有较高准确度。提出的瓦斯压力计算新方法有望为煤层原位瓦斯压力测定提供可靠、便捷、精准的计算方法。 展开更多

关键词 保压保瓦斯取心 含水率 原位瓦斯压力 压力计算 压力演化

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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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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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月球大深度保真取芯探矿机器人系统构想与设计 被引量：8

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作者 谢和平 张国庆 +3 位作者 罗通 高明忠 李存宝 刘涛 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期1-9,共9页

开展月球取芯是人类探索月球、获取月球地质信息、了解地月系及太阳系起源与演化的重要举措。针对目前人类月球取芯存在的“取不深”“取不真”的技术瓶颈,从月球月壤/月岩地质成分与特性入手,在国际上首次提出月球大深度保真取芯探矿思... 开展月球取芯是人类探索月球、获取月球地质信息、了解地月系及太阳系起源与演化的重要举措。针对目前人类月球取芯存在的“取不深”“取不真”的技术瓶颈,从月球月壤/月岩地质成分与特性入手,在国际上首次提出月球大深度保真取芯探矿思路,在综合考虑大深度取芯钻杆搭接、取芯机器人构型设计、取芯过程自掘进与支撑、原位保真取芯控制、样本原位封装与返回等要素的基础上,提出月球大深度保真取芯探矿机器人系统构想。针对所提出的构想进行机器人系统实施技术方案设计,具体设计了多级分段式取芯器、自掘进取芯机器人、柱坐标取芯器存储机器人、气压轴向推进与气压支撑、旋转复合超声冲击钻进、保真膜及微流道原位环境控制、蜂窝状样本保真腔、月球样本保真返回等技术实施方案。基于上述构想及技术实施方案,本文系统总结了月球大深度保真取芯机器人系统设计需解决的关键技术问题及解决思路。本研究将为人类进行月球及其他行星大深度保真取芯探矿提供技术方案参考。研究成果将有助于人类真实地了解月球深部原位地质信息,为月球演化科学探索提供技术支撑。 展开更多

关键词 月球 大深度保真取芯 机器人 月球探测

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月球恒温层地下空间利用探索构想 被引量：12

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作者 谢和平 张国庆 李存宝 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期1-8,共8页

开展月球资源探测与地下空间利用是人类探索月球、将月球纳入人类活动范围的重要举措。本文从月球地质结构特性及月球表面温度变化特征入手,综合考虑月球纬度、月壤/月岩导热性能等要素,针对月球恒温层的恒温特性及随纬度变化的温度涵... 开展月球资源探测与地下空间利用是人类探索月球、将月球纳入人类活动范围的重要举措。本文从月球地质结构特性及月球表面温度变化特征入手,综合考虑月球纬度、月壤/月岩导热性能等要素,针对月球恒温层的恒温特性及随纬度变化的温度涵盖范围,提出了在月球恒温层开发月球地下人类基地、月球地下轨道交通、月球生命体存储、月球原位热能存储等月球地下空间利用构想。针对所提出的月球恒温层利用构想,设计了月球地下人类基地空间支护与搭建、基于电磁技术的月球地下飞行式轨道交通、可温度调节式月球战略储备库、基于月岩/月壤导热差异的原位热能存储等技术实施方案。基于上述构想及技术方案,本文系统总结了月球恒温层地下空间利用需突破的技术挑战和面临的关键科学问题。本研究将为未来建立月球人类基地及月球地下空间利用提供技术参考。 展开更多

关键词 月球恒温层 地下空间 月球基地 轨道交通 热能存储

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深部岩石原位保温取心保温材料物理力学特性研究 被引量：2

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作者 薛守宁 何志强 +5 位作者 李聪 余波 路雪莲 刘文玥 杨建平 魏子杰 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期30-38,共9页

高温影响深部煤炭资源开采等工程活动,而传统陆地硬岩取心方法没有保温措施,忽略了温度对岩石物理力学性能的影响,导致获得的参数失真,影响深部煤炭等资源安全高效开采。为攻关深部岩石保温取心技术,提出采用环氧树脂基空心玻璃微珠材... 高温影响深部煤炭资源开采等工程活动,而传统陆地硬岩取心方法没有保温措施,忽略了温度对岩石物理力学性能的影响,导致获得的参数失真,影响深部煤炭等资源安全高效开采。为攻关深部岩石保温取心技术,提出采用环氧树脂基空心玻璃微珠材料作为保温材料应用于保温取心设备。开展了材料的物理、力学性能测试,结果表明:随微珠含量增加,保温材料导热系数呈显著下降趋势,但其力学性能出现弱化;同时,不同强度类型微珠含量增大时,保温材料力学性能降低,由于荷载承担对象的变化,会在不同体积分数处出现拐点;材料保温性能与强度是一对矛盾体,随微珠增加呈现出博弈竞争规律。为定量评价保温材料性能,定义了保温材料强度导热比,发现S60HS微珠体积分数为30%、40%、50%时的保温材料综合强度导热比分别为1.796、1.719、1.737,优于其他同类型材料,初步确定可以作为深部岩石取心保温材料。试验结果为深部岩石保温取心提供可能,进而为深部煤炭等资源开采提供支撑。 展开更多

关键词 深部岩石 原位保温取心 空心玻璃微珠 导热系数 力学性质

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干热岩开发中高温水-岩作用下岩石应力腐蚀及多场损伤问题 被引量：3

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作者 孙强 高千 +4 位作者 张玉良 胡建军 耿济世 周书涛 袁士豪 《地球科学与环境学报》 CAS 北大核心 2023年第3期460-473,共14页

赋存于地球深部的地热资源,以其储量丰富、清洁再生等优势,有望成为破解我国能源困局,助推“双碳”目标实现的重要途径之一。干热岩(HDR)开发过程中,面临着高温高压环境下水-岩作用问题,在温度场、渗流场、应力场、化学场(THMC)等多场... 赋存于地球深部的地热资源,以其储量丰富、清洁再生等优势,有望成为破解我国能源困局,助推“双碳”目标实现的重要途径之一。干热岩(HDR)开发过程中,面临着高温高压环境下水-岩作用问题,在温度场、渗流场、应力场、化学场(THMC)等多场耦合作用下,岩体应力腐蚀效应和疲劳劣化会诱发岩石微裂纹-裂缝扩展、成核与丛集行为,进而影响增强型地热系统(EGS)的热交换效率和地质体稳定性,这也是制约干热岩长期安全开发的瓶颈,亟待突破。通过总结现有干热岩高温高压下多场损伤研究中的实验探索、理论模型、数值分析等多手段跨尺度方法,分析干热岩在高温高压及水环境下的应力腐蚀效应,可阐明循环生产过程中低温工质与高温地质体循环换热下干热岩储层结构演化的动态过程及工程响应,进而揭示THMC多场耦合作用下干热岩储层疲劳劣化损伤机理,为我国深部地热资源高效安全开发提供理论支撑和地质保障;但仍亟待深入开展增强型地热系统的THMC多场耦合作用下岩体应力腐蚀效应的干热岩疲劳劣化机制与长期稳定性研究,如考虑应力腐蚀效应和疲劳损伤的干热岩长期强度评价模型、基于跨尺度疲劳损伤评价的干热岩开发下地质体长期稳定性方法、适应于干热岩储层改造及裂缝网络演化下THMC多场耦合数值方法。 展开更多

关键词 干热岩 增强型地热系统 应力腐蚀效应 疲劳劣化 多场耦合 水-岩作用

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塔中东部碳酸盐岩储集层特征对比及勘探开发有利区预测 被引量：6

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作者 陈思禹 王颖晋 +2 位作者 郭俊阳 何清琳 唐馨 《东北石油大学学报》 CAS 北大核心 2021年第2期10-19,I0001,I0002,共12页

奥陶系和寒武系碳酸盐岩是塔里木盆地油气勘探开发的重要方向之一。以塔中东南部古生界碳酸盐岩储集层为主要研究对象,基于三维地震、测井和岩心资料,分析主要储集层地质特征,并预测勘探开发有利区。结果表明:两条逆冲断层形成的断背斜... 奥陶系和寒武系碳酸盐岩是塔里木盆地油气勘探开发的重要方向之一。以塔中东南部古生界碳酸盐岩储集层为主要研究对象,基于三维地震、测井和岩心资料,分析主要储集层地质特征,并预测勘探开发有利区。结果表明:两条逆冲断层形成的断背斜为寒武系—奥陶系的主要控藏构造,位于断背斜北部的圈闭更有利于成藏。经过改造的白云岩储集层溶蚀缝洞发育,具有更好的油气储存空间。勘探开发有利区是以白云岩储集层为主的岩溶残丘,研究区发育20个自成白云岩背斜圈闭,总面积为17.20 km^(2)。该结果为碳酸盐岩缝洞型储集层分布规律和勘探方向研究提供依据。 展开更多

关键词 塔里木盆地 碳酸盐岩 地质特征 潜山 裂缝 有利储集层

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深部煤矿保压取心煤样自锁转移机构研制

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作者 朱鹏飞 李佳南 +2 位作者 李炬 付成行 叶帮华 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期47-58,共12页

保压取心技术能够将获取的深部煤层样品在孔底直接封存,以最大限度消除取心过程中瓦斯逸散;基于获取的保压岩心开展带压转移及测试是实现瓦斯含量精准测定的技术前提,而如何实现保压取心与带压转移测试的精准对接,已成为亟需解决的关键... 保压取心技术能够将获取的深部煤层样品在孔底直接封存,以最大限度消除取心过程中瓦斯逸散;基于获取的保压岩心开展带压转移及测试是实现瓦斯含量精准测定的技术前提,而如何实现保压取心与带压转移测试的精准对接,已成为亟需解决的关键技术难点。围绕保压取心系统与测试系统对接转移的核心部件自锁转移机构开展研究,基于理论计算与室内试验,对自锁转移机构的装配关系、运动特性与承载能力等进行分析。首先,创新设计了可集成于保压取心系统内部的自锁转移机构,根据取心作业实际工况揭示了锁紧轴顺利通过与安全承载的临界条件;通过理论计算,获取了锁紧环与锁紧轴的最佳装配过盈量为0.1 mm,此时无论通过性还是抗拉承载特性均能保持良好的力学性能。其次,开展了室内锁紧轴通过性及拉伸承载测试,验证了5 kN拉伸载荷作用下锁紧机构的工作安全性。最后,完成了自锁转移机构的样机试制与装配,并进行了入井功能及带压转移动作测试,验证了自锁转移机构动作可靠性。研究成果为获取原位保压岩心并开展带压转移测试等提供了技术基础与装备支撑。 展开更多

关键词 保压取心 保压测试 带压转移 自锁转移机构

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应力波作用下水平倾向液体充填岩石节理动态响应规律试验 被引量：1

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作者 朱建波 孔骥 +4 位作者 黄震天 孙家鑫 吕岸霖 张凯 王加英 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1873-1881,共9页

地下岩体工程中,液体充填岩石节理不可避免会受到地震、爆破等动力扰动。由于液体具有流动性,不同倾向节理中的液体呈现不同空间分布状态,受应力波扰动后液体的运动状态也相异。为阐明应力波作用下水平倾向液体充填岩石节理动态响应规律... 地下岩体工程中,液体充填岩石节理不可避免会受到地震、爆破等动力扰动。由于液体具有流动性,不同倾向节理中的液体呈现不同空间分布状态,受应力波扰动后液体的运动状态也相异。为阐明应力波作用下水平倾向液体充填岩石节理动态响应规律,利用辉长岩切槽试样、有机玻璃管与丙三醇制备了液体充填岩石节理试样,采用类霍普金森杆试验测试系统,开展了液体充填岩石节理试样的竖向冲击加载试验,考虑了节理匹配系数(J_(MC))、液体体积分数与黏度3个影响因素,并从应力波透射能量与液体运动2个方面分析了液体充填岩石节理动态响应规律。试验结果表明:液体充填岩石节理J_(MC)增大,应力波透射能量增大;随着液体体积分数增大,高幅低频应力波的透射能量单调增大,低幅高频应力波的透射能量先不变后增大;当液体体积分数为50%时,应力波透射能量随着液体黏度增大而减小,而当液体体积分数为100%时,应力波透射能量随着液体黏度增大呈现先减小后增大的趋势;节理边界处,液体运动方向垂直于水平节理面向上,节理排液能力和液体运动剧烈程度随液体黏度增大而减弱。 展开更多

关键词 应力波 液体充填 岩石节理 动态响应 透射能量 液体运动

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动荷载作用下不同应力波透射性结构面围岩层裂特性 被引量：1

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作者 朱建波 毕硕 +3 位作者 孙家鑫 暴伟越 廖志毅 王钥 《采矿与岩层控制工程学报》 EI 北大核心 2024年第1期87-98,共12页

煤矿巷道的力学性质由围岩结构决定,结构面位置、抗拉强度等特征显著影响应力波在围岩中的传播规律。以青砂岩为研究对象,通过室内试验分析了含低应力波透射性结构面围岩破坏特征,借助ABAQUS/Explicit建立含高应力波透射性结构面围岩数... 煤矿巷道的力学性质由围岩结构决定,结构面位置、抗拉强度等特征显著影响应力波在围岩中的传播规律。以青砂岩为研究对象,通过室内试验分析了含低应力波透射性结构面围岩破坏特征,借助ABAQUS/Explicit建立含高应力波透射性结构面围岩数值模型,并结合室内试验结果验证模型合理性,同时对不同高透射性结构面抗拉强度、位置、入射波幅值等条件下整体巷道围岩破坏特征进行研究。研究结果表明:随着结构面抗拉强度的增加,低应力波透射性结构面围岩层裂体长度逐渐缩短,高应力波透射性结构面的层裂体长度则与结构面抗拉强度无关。高应力波透射性结构面围岩在应力波作用下围岩先于结构面破坏,低应力波透射性结构面围岩中结构面先于围岩破坏。巷道围岩中高应力波透射性结构面距自由端较远时不影响围岩层裂位置,距自由端较近时仅结构面破坏。随着应力波幅值的增加,高应力波透射性结构面围岩破坏模式依次为:整体未破坏、围岩完整–结构面拉伸破坏、围岩层裂破坏–结构面拉伸破坏。研究结果可为巷道的稳定性评价提供参考。 展开更多

关键词 围岩 结构面 数值模拟 层裂

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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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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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