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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考虑氯离子侵蚀的深层隧道地震易损性分析

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作者 管民生 张静 +1 位作者 李渊 陈湘生 《深圳大学学报（理工版）》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期720-729,I0009,共11页

氯离子侵蚀对隧道的抗震性能产生不利影响,研究隧道在侵蚀环境下的地震易损性对全寿命周期的抗震评估至关重要.为了量化分析隧道长期在氯离子侵蚀作用下抗震性能的退化趋势,基于地震易损性理论,结合考虑氯离子侵蚀影响的混凝土和钢筋强... 氯离子侵蚀对隧道的抗震性能产生不利影响,研究隧道在侵蚀环境下的地震易损性对全寿命周期的抗震评估至关重要.为了量化分析隧道长期在氯离子侵蚀作用下抗震性能的退化趋势,基于地震易损性理论,结合考虑氯离子侵蚀影响的混凝土和钢筋强度时变模型,分别选取峰值地面加速度和隧道直径变形率作为地震动强度指标和结构损伤指标,通过采用增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)方法进行时程分析,深入探讨了深层隧道的地震易损性,得到了不同服役时间及不同损伤状态下的地震易损性曲线.结果表明:在相同的服役时间和地震动强度下,轻微损伤的发生概率最高,其次是中等和严重损伤;在相同的损伤状态和地震动强度下,随着服役时间的延长,氯离子侵蚀导致隧道抗震性能下降,损伤概率上升;在轻微损伤状态下,当峰值地面加速度为0.30g且服役达100 a时,损伤概率是服役初期的2.39倍.研究结果可为深层隧道的抗震设计提供科学依据. 展开更多

关键词 隧道工程 深层隧道 地震易损性 增量动力分析 氯离子侵蚀 时变模型

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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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数字化背景下工程项目全生命周期数据治理框架研究

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作者 蒋卫平 史文锋 周向明 《建筑经济》 2024年第12期98-104,共7页

工程项目数字化应用中存在数据难以共享、项目数据应用价值受到限制、项目参与单位被动应付等问题,而学术界关注于BIM、人工智能、虚拟现实等技术在工程项目情境下的应用拓展,尚未意识到项目数据治理的重要性。本文在厘清工程项目全生... 工程项目数字化应用中存在数据难以共享、项目数据应用价值受到限制、项目参与单位被动应付等问题,而学术界关注于BIM、人工智能、虚拟现实等技术在工程项目情境下的应用拓展,尚未意识到项目数据治理的重要性。本文在厘清工程项目全生命周期数据治理概念的基础上,根据工程项目数据治理的现实需求,提出工程项目全生命周期数据治理框架,包括工程项目全生命周期各阶段的数据治理流程与制度、数据标准、数据流等,在此基础上提出保障工程项目全生命周期数据治理的建议,希望为工程项目数字化应用与管理提供参考。 展开更多

关键词 工程项目 全生命周期 数据治理 框架

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工程监理行业可持续发展影响因素及对策研究

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作者 蒋卫平 唐山清 《建设监理》 2024年第12期5-8,共4页

在新时代背景下,工程监理行业的可持续发展是一个重要且有意义的话题。从可持续发展的含义出发,对工程监理行业的可持续发展进行定义,并且提出了工程监理行业可持续发展的理论模型,在文献研究的基础上提出了工程监理行业可持续发展系统... 在新时代背景下,工程监理行业的可持续发展是一个重要且有意义的话题。从可持续发展的含义出发,对工程监理行业的可持续发展进行定义,并且提出了工程监理行业可持续发展的理论模型,在文献研究的基础上提出了工程监理行业可持续发展系统的因果模型,总结了工程监理行业可持续发展的策略,即厘清工程监理定位、工程监理服务内容改革、充分发挥工程监理行业协会作用以及加大科技创新和服务创新等,以期对我国工程监理行业的发展提供一定的指导。 展开更多

关键词 工程监理 可持续发展 影响因素 策略

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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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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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离岸CO_(2)地质封存适宜性评价与源汇匹配研究进展

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作者 滕莹 李佳洁 +5 位作者 刘颖 陈奕淇 王朋飞 高天 孔骥 李国涛 《华南师范大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期100-112,共13页

全面综述了离岸CO_(2)地质封存的适宜性评价与源汇匹配研究的现阶段进展。首先分析离岸CO_(2)封存的潜在储层与地质条件,重点讨论我国近海主要沉积盆地的封存适宜性及其封存量的计算方法;其次介绍源汇匹配的基本原理,并总结国内外的相... 全面综述了离岸CO_(2)地质封存的适宜性评价与源汇匹配研究的现阶段进展。首先分析离岸CO_(2)封存的潜在储层与地质条件,重点讨论我国近海主要沉积盆地的封存适宜性及其封存量的计算方法;其次介绍源汇匹配的基本原理,并总结国内外的相关实践案例与源汇匹配方案;最后强调未来研究应着重于完善地质数据与评价体系,优化跨区域碳源与碳汇匹配策略,并通过政策支持和经济激励推动离岸封存技术的规模化应用,为实现“碳达峰”和“碳中和”目标提供理论依据与技术支撑。 展开更多

关键词 CCUS 离岸CO_(2)地质封存 适宜性评价 源汇匹配

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深部煤层原位保压取心技术原理与瓦斯参数测定研究进展 被引量：7

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作者 谢和平 崔鹏飞 +5 位作者 尚德磊 凡东 陈领 杨明庆 杜林 高明忠 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期1-12,共12页

煤层原位瓦斯压力与瓦斯含量是深部煤矿安全生产与煤层气资源精准评估的关键参数。针对深部煤层原位瓦斯含量精准测定的技术难题,提出了原位保压取心与原位瓦斯含量和压力测试的全新原理,推导并建立了煤层原位瓦斯含量计算方法和考虑含... 煤层原位瓦斯压力与瓦斯含量是深部煤矿安全生产与煤层气资源精准评估的关键参数。针对深部煤层原位瓦斯含量精准测定的技术难题,提出了原位保压取心与原位瓦斯含量和压力测试的全新原理,推导并建立了煤层原位瓦斯含量计算方法和考虑含水率及多气体组分影响的煤层原位瓦斯压力计算方法。根据矿井深部原位应力环境特点与多向取心工程需求,分别自主研发了重力式、弹力式和磁力式保压控制器,可实现任意角度保真取心。自主研制了集低扰动保压取心与样品含气量一体化测试技术与装备,可实现与保压取心器对接并解锁的原位样品转移、破碎与测试,解决了原位取心、样品转移过程中瓦斯量损失问题,大大提高了瓦斯含量测定的准确性,为精准测定深部煤层原位瓦斯压力及瓦斯含量提供了理论和技术支撑,以期降低瓦斯事故,提高高突矿井安全开采效率。 展开更多

关键词 保压取心 低扰动取心 原位瓦斯含量 原位瓦斯压力 一体化转移破碎

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基于保压取心的深部煤层原位压力计算原理及方法初探

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作者 崔鹏飞 高明忠 +7 位作者 尚德磊 李建华 褚鹏 宋杰 李永程 郝海春 赵乐 陈领 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期59-67,共9页

准确获取煤层原位瓦斯压力是防治瓦斯灾害的关键环节,现阶段仍需探寻测量准确、经济投入小、测定周期短的瓦斯压力测定手段。基于深部煤层原位保压取心原理技术,提出了深部煤层原位瓦斯压力计算方法并形成其测定流程,构建了保压空间内... 准确获取煤层原位瓦斯压力是防治瓦斯灾害的关键环节,现阶段仍需探寻测量准确、经济投入小、测定周期短的瓦斯压力测定手段。基于深部煤层原位保压取心原理技术,提出了深部煤层原位瓦斯压力计算方法并形成其测定流程,构建了保压空间内瓦斯压力演化数值模型,对比理论与数值模拟结果验证方法的可靠性,进一步探究煤层不同原位瓦斯压力下保压空间内瓦斯压力演化规律。结果表明:保压空间中瓦斯压力示数并非煤层原位瓦斯压力,当保压空间中压力示数为0.3 MPa时,煤层原位瓦斯压力约0.38 MPa;保压空间中瓦斯压力平衡值越大,原位状态游离瓦斯占比越大,平衡后游离瓦斯质量占比也越大;随着保压空间中瓦斯由原位状态向新平衡态转换,游离瓦斯质量占比逐渐增加,吸附态瓦斯质量占比则相应减小;保压空间内瓦斯压力演化规律分为3个阶段,自取心完成后分别经历瓦斯压力快速增加、缓慢增加以及最终平衡阶段;基质内吸附态瓦斯压力缓慢衰减,游离态瓦斯压力快速衰减,保压空间内瓦斯压力先快速增加后趋于稳定最终达到压力平衡;煤心渗透率越大,保压空间中瓦斯压力达到平衡所需时间越短,但其保压空间中瓦斯压力最终平衡压力与煤心渗透率无关。 展开更多

关键词 保压取心 原位 煤层瓦斯压力

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面向中低温地热资源的模块化热伏发电系统设计及性能分析

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作者 龙西亭 李书恒 +8 位作者 谢和平 孙立成 皋天一 夏恩通 李彪 王俊 李存宝 莫政宇 杜敏 《地学前缘》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期215-223,共9页

地热能具有绿色清洁、稳定可靠的优势,具备大比例接替传统化石能源的潜力。我国地热资源储量丰富,分布广泛,但地热发电利用远落后于世界先进水平。热伏发电技术在中低温地热开发与利用方面具有较高的应用潜能和价值,但其规模化应用仍极... 地热能具有绿色清洁、稳定可靠的优势,具备大比例接替传统化石能源的潜力。我国地热资源储量丰富,分布广泛,但地热发电利用远落后于世界先进水平。热伏发电技术在中低温地热开发与利用方面具有较高的应用潜能和价值,但其规模化应用仍极具挑战。采用模块化设计提升热伏发电机装机容量是切实可行的。本文提出了一种镜像布置的模块化热伏发电机设计方案,可依据不同的热源形式,灵活调整发电单元数量;换热器采用紧凑式设计,有助于提升系统的体积功率密度。团队据此设计研制了热伏发电样机,并在深圳大学中低温地热热伏发电系统测试平台上对其性能进行了综合测试。结果表明,在冷却水流量3.3 m^(3)/h、温度20℃和加热功率9 kW运行条件下,热伏发电机最大输出功率达到了136.5 W,体积功率密度可达26.9 kW/m^(3),系统发电效率能够达到理论最大热电转换效率的82.5%。鉴于目前热电模块的热电优值(ZT)仅约为0.5,若ZT值达到1~2,在同等条件下,热伏发电机最大输出功率可达1.69~2.63 kW,体积功率密度可达338.3~518.8 kW/m^(3),最大热电转换效率为10.5%,可达理论最大转换效率的92.8%。此时,本文提出的热伏发电机模块化设计方案将更具推广应用价值。 展开更多

关键词 热伏发电机 模块化 中低温 地热资源 体积功率密度

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基于灰色关联分析法的煤矿顶板事故研究及防治 被引量：1

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作者 赵丽娟 李迎 +7 位作者 吕文陵 于振建 王新贵 郝海春 杨本高 高明忠 池明波 段宏飞 《矿业安全与环保》 北大核心 2024年第6期54-62,共9页

统计分析了2018—2022年顶板事故在全国煤矿事故中的占比、顶板事故的百万吨死亡率,以及不同事故等级、不同类型煤企、不同作业场所及作业时间的顶板事故发生情况,并对顶板事故的诱发因素进行分析。采用灰色关联分析法对顶板事故的诱发... 统计分析了2018—2022年顶板事故在全国煤矿事故中的占比、顶板事故的百万吨死亡率,以及不同事故等级、不同类型煤企、不同作业场所及作业时间的顶板事故发生情况,并对顶板事故的诱发因素进行分析。采用灰色关联分析法对顶板事故的诱发因素、发生的作业场所、发生的作业时间与顶板事故发生数量之间的关系进行分析,探究系统内部因素之间的强弱程度,揭示影响煤矿顶板事故发生的主要因素,并提出相应的防治对策。结果表明,2018—2022年,全国煤矿顶板事故得到了有效控制,但顶板事故在全国煤矿安全事故中占比仍然较大,呈多发趋势,特大事故也时有发生,民营企业煤矿顶板事故数量居高不下;采用灰色关联法分析得到违规作业是导致顶板事故发生的最主要因素,采掘工作面是顶板事故发生的最主要作业场所,20:00—22:00是顶板事故发生的最主要作业时间段。 展开更多

关键词 煤矿 顶板事故 统计分析 诱发因素 灰色关联分析 防治对策

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直接剪切下页岩的各向异性破坏特征和强度预测模型 被引量：3

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作者 叶春烽 谢和平 李存宝 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期257-267,共11页

了解页岩剪切破坏特性对页岩气储层改造和井壁稳定性控制具有重要意义。然而,由于页岩本身的各向异性属性,页岩的剪切破坏行为复杂。本文对6种不同层理倾角(0°、30°、60°、90°、120°和150°)的立方体页岩... 了解页岩剪切破坏特性对页岩气储层改造和井壁稳定性控制具有重要意义。然而,由于页岩本身的各向异性属性,页岩的剪切破坏行为复杂。本文对6种不同层理倾角(0°、30°、60°、90°、120°和150°)的立方体页岩进行了系统的直接剪切破坏测试,详细分析了在层理弱面影响下页岩的剪切应力–剪切位移、抗剪强度、剪切模量和破坏模式的各向异性特征。结果表明:页岩的剪切破坏表现为典型的非线性渐进破坏特征;页岩平均抗剪强度和剪切模量随层理倾角的增加均呈现“M”型变化趋势;在90°~180°的层理倾角区间,平均抗剪强度的极值差明显大于0°~90°区间,而剪切模量近似关于90°呈对称变化;当层理倾角从0°变化到180°时,页岩剪切各向异性行为呈现非对称演化规律。在层理倾角和直接剪切荷载作用下,页岩的破坏模式有3类:层理倾角为0°时,沿层理面剪切滑移破坏;层理倾角为30°、60°和90°时,表现为穿透层理和基质的剪切滑移破坏;其他倾角下呈现穿透层理和基质的剪切滑移与沿层理的拉伸劈裂相结合的复合破坏。基于试验结果和组构张量,构建了一个可考虑页岩本征各向异性和剪应力诱导各向异性影响的直接剪切破坏准则,其理论预测值与试验结果的平均偏差率低于3%,能够定量表征黏聚力和摩擦系数的各向异性程度,合理评估页岩直接剪切强度对外加法向应力的敏感性,可推广应用于理论表征所有层状岩土材料的直接剪切强度。 展开更多

关键词 各向异性 直接剪切 抗剪强度 非对称破坏模式 剪切破坏准则

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红页岩纳米压痕细观力学特性研究

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作者 周浪 马振乾 +3 位作者 黄青荣 帅运林 张吉民 刘荣科 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期96-107,共12页

【目的】通过纳米压痕试验研究矿物细观力学特性,对于揭示矿物细观尺度破坏机制具有重要意义。【方法】以磷矿红页岩围岩主要矿物为对象,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)试验对红页岩主要矿物进行定性、半定量和... 【目的】通过纳米压痕试验研究矿物细观力学特性,对于揭示矿物细观尺度破坏机制具有重要意义。【方法】以磷矿红页岩围岩主要矿物为对象,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)试验对红页岩主要矿物进行定性、半定量和空间分布特征分析,开展靶向纳米压痕试验,获取矿物细观力学性质。基于Voronoi多边形法构建细观矿物纳米压痕离散数值计算模型,并将模拟结果与试验结果进行对比分析。【结论和结果】结果表明:(1)红页岩中含石英、钠长石、绿泥石和伊利石4种矿物,弹性模量依次为95.62、78.13、53.50、48.91 GPa,石英、钠长石矿物力学性质最好,绿泥石和伊利石最差,表明红页岩非均质性、多相性的材料属性。(2)室内试验表明矿物内部缺陷、微孔隙的存在导致荷载-位移曲线台阶拐点等异常情况,而模拟结果表明矿物颗粒簇尺寸、含量和空间分布特征均会使荷载-位移曲线出现拐点突增等情况,解释了纳米压痕荷载-位移曲线出现异常点的原因。(3)矿物压入后在微裂纹类别、数量、占比及倾向分布的差异较大,表征受载过程矿物劣化程度及微裂纹扩展方向。研究成果有助于预测矿物受荷载作用时的开裂方向,为细观矿物劣化分析提供理论支持,对相似工况下围岩灾害预防提供借鉴。 展开更多

关键词 红页岩 细观力学特性 纳米压痕试验 Voronoi离散元法 矿物劣化

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热损伤花岗岩力学劣化特性及损伤演化规律研究 被引量：1

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作者 周韬 范永林 +1 位作者 陈家嵘 周昌台 《矿业科学学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期351-360,共10页

深部矿产开采面临的高地温环境导致岩石产生热损伤,易诱发深部工程地质灾害,探究高温后岩石力学性能劣化特性与损伤演化规律对深部高地温环境下的岩体工程具有重要意义。通过将花岗岩进行常温至1200℃范围内的温度处理,采用光学显微镜观... 深部矿产开采面临的高地温环境导致岩石产生热损伤,易诱发深部工程地质灾害,探究高温后岩石力学性能劣化特性与损伤演化规律对深部高地温环境下的岩体工程具有重要意义。通过将花岗岩进行常温至1200℃范围内的温度处理,采用光学显微镜观测,探究了花岗岩试样在不同高温处理后杨氏模量和抗压强度的劣化特性,从微观角度分析热损伤花岗岩的内部裂纹和损伤演化规律。试验结果表明,高温处理将显著降低花岗岩的力学性能;岩石抗压强度和杨氏模量随着处理温度的升高而降低,裂纹发育程度随着温度的升高而增大;岩石力学性能与内部裂隙结构的发育程度高度相关,花岗岩在不同温度处理后的裂纹密度同抗压强度之间存在幂函数关系,裂纹密度能很好地反应花岗岩的热损伤程度。 展开更多

关键词 高温处理 热损伤 裂纹密度 抗压强度

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原位保压取心气体组分对煤层瓦斯压力测算的影响

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作者 褚鹏 尚德磊 +3 位作者 李建华 马少明 朱国栋 崔鹏飞 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期79-87,共9页

基于保压取心工艺测定煤层瓦斯压力和含量,是实现瓦斯参数快速精准测定的有效方法。瓦斯是一种以甲烷为主的多组分混合气体,煤对于不同气体的吸附能力不同,混合气体中各组分气体分压也存在差异,不同气体组分占比将影响煤层瓦斯含量和压... 基于保压取心工艺测定煤层瓦斯压力和含量,是实现瓦斯参数快速精准测定的有效方法。瓦斯是一种以甲烷为主的多组分混合气体,煤对于不同气体的吸附能力不同,混合气体中各组分气体分压也存在差异,不同气体组分占比将影响煤层瓦斯含量和压力的测算结果。为实现保压取心煤层原位瓦斯压力的精准测算,采用数值模拟和理论计算相结合,研究气体组分对瓦斯压力测算的影响。通过分析取心器内煤心瓦斯压力演化过程,将多组分气体吸附模型引入瓦斯运移理论,建立考虑多组分气体的双重介质瓦斯压力演化方程,并应用于数值仿真。模拟结果显示,煤心进入岩心筒后裂隙瓦斯压力初始先迅速下降而后逐渐上升,基质瓦斯压力一直缓慢下降,岩心筒内自由空间的瓦斯压力由初始0.1 MPa缓慢上升,数小时后3个压力平衡,平衡压力远小于煤心原始瓦斯压力;CO_(2)组分对平衡瓦斯压力值的影响最大,当气体为纯CH_(4)时平衡压力最小。同时,推导了考虑多组分气体的保压取心煤层原位瓦斯压力计算公式,根据设定的平衡压力反算煤层瓦斯压力,理论计算煤层瓦斯压力值与数值模拟数据的对比结果吻合较好,Pearson相关系数为99.89%;利用取心器平衡压力反算煤层瓦斯压力时,计算结果随CO_(2)、CH_(4)组分增加和N_(2)组分减少而减小,气体为纯CH_(4)时反算的煤层瓦斯压力值最小。利用保压取心测算煤层原位瓦斯压力时,若不考虑气体组分而以纯CH_(4)计算,可能会低估煤层瓦斯压力值,尤其是煤层瓦斯压力较大且CO_(2)气体组分占比高时,误差更大,为准确测算煤层瓦斯压力,应考虑瓦斯气体组分的影响。 展开更多

关键词 保压取心 气体组分 煤层瓦斯压力 瓦斯运移

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二维平面波通过节理岩体的传播规律研究

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作者 沈聪 翟天琦 +1 位作者 黄超民 朱建波 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S02期3960-3971,共12页

在地下岩体工程中,岩体受到的动态扰动会以应力波的形式传播,并在传播过程中受到岩体内节理等不连续面的影响。为了探究节理空间参数对二维平面应力波在节理岩体中传播规律的影响,将间接波分离法推广至多节理岩体,并采用摆锤式平板试验... 在地下岩体工程中,岩体受到的动态扰动会以应力波的形式传播,并在传播过程中受到岩体内节理等不连续面的影响。为了探究节理空间参数对二维平面应力波在节理岩体中传播规律的影响,将间接波分离法推广至多节理岩体,并采用摆锤式平板试验机开展室内试验。研究结果表明:间接波分离法可用于应力波斜入射多节理岩体的试验结果分析;应力波斜入射角度对反射P波与反射S波的影响显著;量纲一的节理间距的增加对反射P波与透射P波有明显的衰减作用;随着节理交叉角度的增加,交叉节理的S波反射系数和P波透射系数减小,且二者差值逐渐增加。节理交叉角变化时,测点间节理间距的增加对透反射系数的影响显著。研究成果可深化对节理岩体中二维应力波传播规律的认识,并对岩土工程勘探和稳定性分析具有一定的指导意义。 展开更多

关键词 岩石力学 波传播 节理 二维平面波 透反射系数 间接应力波分离法

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氧化石墨烯涂覆砂增强水泥基材料抗氯离子侵蚀性能

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作者 冯甘霖 罗盛禹 +1 位作者 罗启灵 龙武剑 《硅酸盐学报》 北大核心 2025年第3期505-518,共14页

氧化石墨烯(GO)的不均匀分散和团聚现象严重制约了其对水泥基复合材料孔隙结构及耐久性能的增强效果。通过将GO涂覆于氨基化砂粒表面,系统研究了其对GO水泥基复合材料抗氯离子侵蚀性能的影响规律及机理。结果显示:当GO掺量达到0.3%(质... 氧化石墨烯(GO)的不均匀分散和团聚现象严重制约了其对水泥基复合材料孔隙结构及耐久性能的增强效果。通过将GO涂覆于氨基化砂粒表面,系统研究了其对GO水泥基复合材料抗氯离子侵蚀性能的影响规律及机理。结果显示:当GO掺量达到0.3%(质量分数)时,使用GO涂覆砂的方法,快速氯离子迁移测试氯离子渗透深度和扩散系数分别比对照组降低了24.8%和18.5%。压汞法测得有害孔级(>50 nm)孔径分布降低了36.8%。进一步的微观及物相分析测试结果表明,采用GO涂覆砂对水泥基复合材料性能提升的主要原因在于对界面过渡区的优化:一方面,氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂通过与硅羧基的缩合反应紧密地连接到砂表面,另一方面,GO通过表面上的羰基或羧基和偶联剂氨基官能团之间的酰胺键共价键合,通过此“双键效应”GO可以稳定键合在砂表面从而改善其分散性,并同时促进界面过渡区水化,减少界面过渡区的缺陷和裂纹,从而大大提高水泥基复合材料对氯离子传输的抵抗能力。 展开更多

关键词 氧化石墨烯涂覆砂 双重键合效应 抗氯离子侵蚀 界面过渡区

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