检索结果-内蒙古大学图书馆

煤炭科学技术 2025年第1期53卷 54-64页

作者：肖晓春徐政茂樊玉峰张文萍李子阳陈晓燕辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学辽宁省矿山环境与灾害力学重点实验室辽宁阜新123000

吸能支护是地下岩体工程领域中用于提高围岩稳定性和避免冲击地压等灾害发生的一种重要的防治技术。吸能支护技术的核心原理是通过特定的结构设计,使支护体系在岩体发生位移或变形时能够有效吸收或消耗能量,从而减少由冲击载荷引发的工... 详细信息

吸能支护是地下岩体工程领域中用于提高围岩稳定性和避免冲击地压等灾害发生的一种重要的防治技术。吸能支护技术的核心原理是通过特定的结构设计,使支护体系在岩体发生位移或变形时能够有效吸收或消耗能量,从而减少由冲击载荷引发的工程破坏和事故。吸能锚杆是吸能支护的一种常见形式,此技术通过锚杆将表面围岩与深部稳定岩体相结合,并在围岩内部产生预应力吸收或耗散能量从而避免矿山灾害的发生。吸能锚杆这种柔性支护方式适用于多种环境的巷道支护,现已被广泛应用于矿山灾害的防治。综述自1968年以来30余种具有代表性意义的吸能锚杆设计方式,以结构和材料2大类型为切入点进行划分,着重分析8种典型吸能锚杆的工作原理与设计优势,并以此指出现有吸能锚杆支护在应用中存在的安全性与智能性等方面的不足。结合前人研究成果与目前深部矿井支护高强度与智能化等需求,提出一种智能预警负泊松比结构吸能锚杆。该锚杆利用负泊松比吸能结构实现增阻效果,具有双向恒阻吸能与双向监测预警等特性,能够满足复杂的非线性软岩巷道强阻支护、可视化预警等需求,有助于加快支护体系一体化,促进安全、智慧矿山的发展。最后,对吸能锚杆支护设备的优化革新趋势进行了展望。

关键词：矿山灾害巷道支护吸能锚杆监测预警智慧矿山

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矿用超前液压支架吸能构件仿真及试验研究

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煤炭科学技术 2024年第12期52卷 247-258页

作者：肖晓春李子阳丁鑫徐军朱恒丁振辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学辽宁省矿山环境与灾害力学重点实验室辽宁阜新123000

为了提高液压支架的能量吸收性能以解决巷道冲击地压发生时支架立柱爆缸等问题,提出了将一种方管与圆管互相嵌套的多胞管吸能构件与立柱串联应用于液压支架中。基于简化的超折叠单元理论剖析了多胞管的能量耗散途径,推导出了不同截面形... 详细信息

为了提高液压支架的能量吸收性能以解决巷道冲击地压发生时支架立柱爆缸等问题,提出了将一种方管与圆管互相嵌套的多胞管吸能构件与立柱串联应用于液压支架中。基于简化的超折叠单元理论剖析了多胞管的能量耗散途径,推导出了不同截面形状多胞管的等效轴向载荷预测公式;采用数值模拟获得了不同截面形状多胞管在轴向压溃作用下的能量吸收性能及其屈曲变形形态,发现多胞方管(SS类型)具备相对吸能优势,并通过试验验证了数值模拟的可靠性,同时将数值模拟与试验得到载荷均值与理论预测的等效轴向载荷进行对比,验证了等效轴向载荷预测公式具有较高的预测精度;依托课题组多胞方管中泡沫铝填充方式研究基础,选择具备相对吸能优势的25%填充率的填充方式,开展不同孔隙度泡沫铝填充多胞方管的轴向准静态压缩试验。结果表明:泡沫铝的填充有助于提升多胞方管抵抗变形的能力,其中71.18%孔隙度泡沫铝填充多胞方管载荷波动最小,有效变形长度和吸能量最大,能量吸收效果最好,可使吸能让位过程更加稳定;当冲击速度保持不变时,在不同冲击能量条件下,泡沫铝填充多胞方管防冲支架与未添加吸能构件的传统液压支架相比,支架部分的塑性能降低了87%左右,冲击时间延长了307%左右,让位距离增加了282%左右,通过吸能构件的屈曲变形有效减少了防冲支架的塑性变形,为支架立柱安全阀的开启提供了充足的时间。泡沫铝填充多胞方管的应用减小了支架立柱发生爆缸的危险性,提高了立柱的抗冲击性能。

关键词：冲击地压吸能构件多胞方管泡沫铝防冲支架

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基于P波到时拾取的分析法与遗传算法联合定位方法与应用

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岩土力学 2024年第7期45卷 2195-2207页

作者：肖晓春丁振丁鑫徐军樊玉峰李子阳辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学辽宁省矿山环境与灾害力学重点实验室辽宁阜新123000

针对岩石力学震源定位问题,提出了一种在P波到时精确拾取的基础上通过分析法过滤异常到达传感器和遗传算法(genetic algorithms,简称GA)求解联合定位方法,并将其应用于岩石材料的破裂面定位以及采矿工程中。为了消除传感器到时精度、传... 详细信息

针对岩石力学震源定位问题,提出了一种在P波到时精确拾取的基础上通过分析法过滤异常到达传感器和遗传算法(genetic algorithms,简称GA)求解联合定位方法,并将其应用于岩石材料的破裂面定位以及采矿工程中。为了消除传感器到时精度、传统迭代法及迭代初值选择对定位的影响,基于时频分析的改进长短时窗(short-term average/long-term average,简称STA/LTA)法拾取P波到时,求解不同传感器组合分析解的逻辑概率密度函数过滤异常到达,引入遗传算法对到达清晰的震源进行定位。通过断铅、含夹层组合煤岩单轴压缩试验及定点爆破试验对该方法进行验证。结果表明:在对信号预先带通滤波后进行变分模态分解(variational mode decomposition,简称VMD)精确滤波的基础上结合改进STA/LTA法可以大幅提升到时拾取精度;通过分析法过滤异常到达对定位精度的影响,结合具有全局性、不受初值影响的遗传算法对震源定位,应用于岩石材料试验以及采矿工程中可以较准确的对震源进行定位,该方法较传统迭代法、线性定位法等更具有工程实际应用价值。

关键词：滤波改进STA/LTA法到时拾取声发射震源定位分析法―遗传算法

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单向卸载条件下组合煤岩力学特性及声发射演化规律

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煤炭科学技术 2023年第11期51卷 71-83页

作者：肖晓春刘海燕丁鑫徐军樊玉峰辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学辽宁省矿山环境与灾害力学重点实验室辽宁阜新123000

针对深部巷道开挖卸荷扰动引起的冲击地压灾害问题,开展不同卸载条件下巷道围岩的变形破裂机理研究。以组合煤岩为研究对象,采用岩石力学真三轴试验机和声发射监测系统进行了恒轴压卸侧压的单向卸载试验,探究了卸载初始侧向应力及卸载... 详细信息

针对深部巷道开挖卸荷扰动引起的冲击地压灾害问题,开展不同卸载条件下巷道围岩的变形破裂机理研究。以组合煤岩为研究对象,采用岩石力学真三轴试验机和声发射监测系统进行了恒轴压卸侧压的单向卸载试验,探究了卸载初始侧向应力及卸载速率影响下组合煤岩的力学特性,通过声发射信号特征反演了组合煤岩内部不同类型裂纹扩展规律,结合振铃计数特征参数量化了组合煤岩加卸载过程的损伤程序。结果表明:单向卸载条件下组合煤岩表现出明显的张剪复合破坏特征,煤体宏观上以剪切破坏为主,岩石以张拉破坏为主,卸载初始侧向应力的增加导致组合煤岩破坏程度加剧,卸载速率的提高促进了岩石试样应力卸载方向张拉裂纹的扩展;声发射参数RA–AF的变化准确描述了组合煤岩内部不同类型裂纹的占比,组合煤岩加卸载过程中大多以剪切裂纹的形式扩展,应力卸载阶段剪切裂纹的占比随卸载初始侧向应力的增加而降低,卸载速率的提高促进张拉裂纹占比的增加,剪切裂纹占比降低;通过研究声发射振铃计数标定的损伤发现卸载初始侧向应力和卸载速率是影响组合煤岩卸载阶段损伤发育程度的主要因素,卸载初始侧向应力超过20 MPa后其对组合煤岩卸载阶段的损伤基本不产生影响。研究成果可为深部巷道开挖冲击地压的发生机制与灾害防治提供参考。

关键词：应力路径卸荷速率组合煤岩剪切裂纹占比声发射演化规律

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深部巷道煤与瓦斯突出及冲击演化特征试验研究

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岩石力学与工程学报 2022年第6期41卷 1081-1092页

作者：唐巨鹏张昕潘一山郝娜辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学辽宁省矿山环境与灾害力学重点实验室辽宁阜新123000 辽宁大学物理学院辽宁沈阳110036

为进一步揭示煤与瓦斯突出两相流冲击破坏机制,利用自主研制的真三轴煤与瓦斯突出巷道模拟试验系统,以阜新孙家湾突出煤层为研究对象,制作型煤试件,开展不同埋深(1000,1200,1400,1600,1800,2000 m)下深部巷道煤与瓦斯突出模拟试验,定义... 详细信息

为进一步揭示煤与瓦斯突出两相流冲击破坏机制,利用自主研制的真三轴煤与瓦斯突出巷道模拟试验系统,以阜新孙家湾突出煤层为研究对象,制作型煤试件,开展不同埋深(1000,1200,1400,1600,1800,2000 m)下深部巷道煤与瓦斯突出模拟试验,定义试验突出临界瓦斯压力状态下的相对突出强度为单位突出强度,分析临界瓦斯压力、单位突出强度与埋深之间的关系,得到临界瓦斯压力、有效应力与冲击参数(冲击力峰值、到达峰值时间、突出持续时间)之间的变化规律,基于突出冲击波阵面速度公式,反演冲击气流在模拟巷道内的传播速度。研究结果表明:(1)突出启动时,高压瓦斯裹挟煤粉剧烈喷出,不同埋深下突出煤粉均在距突出口0~6.45m区间聚集,随埋深增大,煤粉集中区质量占比增大,随突出距离增加,煤粉质量占比逐渐减小,表明突出能量随突出距离逐渐衰减,且突出后煤粉沉降具有分选特征;(2)随埋深增大,临界瓦斯压力减小,单位突出强度逐渐增大,且埋深越大,变化幅度越大,表明深部煤与瓦斯突出阈值低,易诱发和强度大的特性;(3)冲击力在巷道内演化经历了“上升→峰值→降低”过程,呈现“波峰效应”,冲击气流传播速度在361.61~379.13 m/s,表现出明显的湍流特性,埋深越大,湍流特性越不明显;(4)临界瓦斯压力和有效应力对冲击参数有显著影响,冲击力峰值与临界瓦斯压力呈指数增长,与有效应力呈线性递减关系;到达峰值时间随临界瓦斯压力增大减小,随有效应力增大而增大;突出持续时间随临界瓦斯压力增大而增大,随有效应力增大而减小。

关键词：采矿工程煤与瓦斯突出巷道冲击力临界瓦斯压力有效应力

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含泡沫铝填充多胞方管吸能立柱防冲特性数值研究

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煤炭科学技术 2023年第10期51卷 302-311页

作者：肖晓春朱恒徐军樊玉峰李子阳雷云辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学辽宁省矿山环境与灾害力学重点实验室辽宁阜新123000 中煤科工集团沈阳研究院有限公司辽宁抚顺113122

针对吸能防冲支架已有吸能构件防冲性能不足的问题,提出了一种泡沫铝填充多胞方管结构,根据泡沫材料填充薄壁结构轴向吸能理论得出其压溃平均载荷公式,采用ABAQUS/Explicit完成了普通方管、多胞方管和泡沫铝填充多胞方管轴向冲击仿真,... 详细信息

针对吸能防冲支架已有吸能构件防冲性能不足的问题,提出了一种泡沫铝填充多胞方管结构,根据泡沫材料填充薄壁结构轴向吸能理论得出其压溃平均载荷公式,采用ABAQUS/Explicit完成了普通方管、多胞方管和泡沫铝填充多胞方管轴向冲击仿真,并在此基础上对比研究了普通立柱与吸能立柱的抗冲击性能。结果表明:相对于普通方管和多胞方管,泡沫铝填充多胞方管产生了压溃形态理想的轴对称渐进叠缩变形,变形中初始承载峰值、载荷均值与吸能量均明显提高,有效变形距离减小,载荷波动降低,承载效率提高。随泡沫铝填充率增加,构件有效变形距离与吸能量减小;随泡沫铝孔隙度降低,构件载荷均方差降低,吸能量与承载效率提高。25%填充率下60%孔隙度泡沫铝填充多胞方管是较为理想的吸能防冲构件。普通立柱受冲击后载荷激增,弯曲变形严重,立柱依靠自身变形吸收冲击能量,支护效果较差;而吸能立柱受冲击后吸能构件启动变形让位吸能,大幅度降低了立柱的载荷,吸收了外界大部分的冲击能量,避免了立柱的弯曲变形,提高了支架的抗冲击性能。

关键词：泡沫铝多胞方管吸能防冲特性孔隙度立柱

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单面卸荷路径下含瓦斯煤岩力学特性与声发射试验研究

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煤炭学报 2023年第5期48卷 2194-2206页

作者：丁鑫高梓瑞肖晓春樊玉峰王爱文吴迪潘一山辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学辽宁省矿山环境与灾害力学重点实验室辽宁阜新123000 河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室——省部共建国家重点实验室培育基地河南焦作454003 辽宁大学环境学院辽宁沈阳110136

新掘未支护或回采工作面前方巷道受开采扰动具有沿垂向急剧升高而径向迅速降低的典型受载特点,而更易失稳、诱发冲击地压事故,深入研究采动卸荷下含瓦斯煤岩力学特性及伴随出现的声发射信号规律,是揭示深部高瓦斯煤层冲击地压发生机理... 详细信息

新掘未支护或回采工作面前方巷道受开采扰动具有沿垂向急剧升高而径向迅速降低的典型受载特点,而更易失稳、诱发冲击地压事故,深入研究采动卸荷下含瓦斯煤岩力学特性及伴随出现的声发射信号规律,是揭示深部高瓦斯煤层冲击地压发生机理并形成科学、有效的预警体系的基础。运用物理实验方法,基于自主研发的含瓦斯煤岩真三轴测试系统,开展垂向加荷–径向单面卸荷路径下含瓦斯煤岩受载实验,并监测全历程出现的声发射信号,分析卸荷速率、瓦斯压力对煤岩力学特性及声发射信号影响规律,引入统计分形理论开展煤岩碎块分布筛分统计,结果表明:单面卸荷路径下含瓦斯煤岩应力–应变关系具有弹性、非线性增长和软化的典型3阶段特征,高卸荷速率和瓦斯压力,降低了煤岩强度、峰值应变量,但使峰后阶段应力降模量增大,而随着初始围压升高使得该特征呈反向变化。试样破坏后表现为由卸荷面指向内部的典型多剪切带与层状块体交替出现的“洋葱皮”式破坏形式,且卸荷速率越高,形成的贯穿裂隙越多、剪切带内糜棱状粉末减少而碎块尺度增大,相应的统计分形维数越低,而较高的初始围压和瓦斯压力使煤岩塑性特征增加而分形维数升高。三向应力状态与瓦斯的存在使煤岩受载具有塑性特点而伴随出现的声发射信号更加密集、连续,单面卸荷形成的渐进性破坏过程导致声发射具有明显的信号激增现象和最高值脉冲信号出现,次高值信号产生于应力峰值,随卸荷速率、瓦斯压力升高,两高值信号幅值增加且最值信号出现提前,声发射能量累计量“阶梯”增长现象愈发明显但累计总量逐渐降低。高瓦斯压力、初始围压及卸荷速率使煤岩破坏后具有更多盈余能,在实际工程中,高瓦斯压力、地应力使新掘巷道或支护失效围岩径向应力迅速降低并发生渐进性破坏而形成断续结构,易受高静载或冲击扰动致整体结构失效,且该部分“富能”围岩会在盈余能推动下发生块体弹射、倾出而形成动力灾害。

关键词：含瓦斯煤岩单面卸荷力学特性声发射盈余能

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岩体中应力波传播衰减规律研究进展

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辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2024年第5期43卷 581-592页

作者：肖晓春刘坤龙张文萍辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学辽宁省矿山环境与灾害力学重点实验室辽宁阜新123000

为揭示地质构造变化或爆破等产生的应力波在不同影响因素条件的衰减机制,学者们借助位移不连续法和等效连续介质法等理论方法,针对完整传播过程的入射、传播和透射3个不同阶段,开展了应力波传播衰减规律影响的研究。研究结果表明波形、... 详细信息

为揭示地质构造变化或爆破等产生的应力波在不同影响因素条件的衰减机制,学者们借助位移不连续法和等效连续介质法等理论方法,针对完整传播过程的入射、传播和透射3个不同阶段,开展了应力波传播衰减规律影响的研究。研究结果表明波形、岩体性质和节理性质均会对其衰减特性产生显著影响。总结以上研究方法,讨论各方法之间的联系和异同点,在此基础上提出亟待解决的问题和研究方向,为充分了解应力波传播过程中的衰减变化规律、完善波动理论和提高实际工程安全性提供参考。

关键词：岩体应力波衰减特性节理裂隙力学特性

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高温作用下油页岩热解性、裂隙演化与渗流规律研究

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煤炭科学技术 2023年第S2期51卷 175-182页

作者：丁鑫高菲彤崔景智杜牧辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学辽宁省矿山环境与灾害力学重点实验室辽宁阜新123000

我国油页岩资源丰富,受热后其内部以干酪根为主的有机物转化为页岩油,有望弥补石油资源短缺的能源结构“短板”。探索受热解终温与高温作用时长影响下,油页岩内部孔隙、裂隙演化与流体运移规律对推进我国油页岩原位商业化开采具有重要... 详细信息

我国油页岩资源丰富,受热后其内部以干酪根为主的有机物转化为页岩油,有望弥补石油资源短缺的能源结构“短板”。探索受热解终温与高温作用时长影响下,油页岩内部孔隙、裂隙演化与流体运移规律对推进我国油页岩原位商业化开采具有重要的科学价值。以油页岩为研究对象,考虑多个热解终温和受热时长影响,运用物理试验方法并引入电子显微镜观测技术(SEM),开展油页岩试样热解及气体渗流试验,研究其热解性、孔裂隙演化规律及渗透率规律。结果表明:随着试样所受热解温度升高,油页岩内部以干酪根为主的有机物热解率呈指数函数增大,受热对油页岩内部结构重塑既存在有机物热解产生的孔洞,也有无机质非均匀变形形成的裂纹;二值化处理的电子扫描结果显示,原本呈离散性斑点状分布的热解区相互联通而深色面积不断扩大,热解与非热解区域物质的不均匀变化在二者交界区域产生裂隙,热解过程具有“小尺度非连续状裂隙—贯穿型分布裂隙—贯穿型主裂隙”的发育过程,提高了油页岩储层内部的裂隙率;受滑脱效应影响,热解后的油页岩试样渗透率随注气压力升高均呈指数函数规律降低,渗透率随着受热温度升高近似呈“S”型增大,其规律几乎与“巴里坤油页岩热解的TG曲线”具有反向变化趋势,在450~500℃范围内油页岩内部有机质具有最高的热解效率且有效渗透能力增强。

关键词：油页岩高温热解细观观测孔裂隙演化渗透率

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基于质量寻优与归一化STA/LTA方法的微震P波到时拾取技术研究

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岩石力学与工程学报 2022年第8期41卷 1610-1625页

作者：赵扬锋王进铭潘一山王学滨赵伟樊艺辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁省矿山沉陷灾害防治重点实验室辽宁阜新123000 辽宁大学灾害岩体力学研究所辽宁沈阳110036

微震信号P波初至拾取是微震数据处理的关键步骤之一。为了实现微震信号P波初至到时的精确拾取,针对微震信号不同信道各时段受噪声污染程度不同的特点,使用归一化后的信噪比、信号的明显程度和信号初至起跳点的明显程度叠加的信噪指数代... 详细信息

微震信号P波初至拾取是微震数据处理的关键步骤之一。为了实现微震信号P波初至到时的精确拾取,针对微震信号不同信道各时段受噪声污染程度不同的特点,使用归一化后的信噪比、信号的明显程度和信号初至起跳点的明显程度叠加的信噪指数代替单一信噪比来量化微震信号的质量。以信噪指数作为判定条件选取质量较高的信号作为输入来提高P波到时准确度,设计一种基于质量寻优与归一化STA/LTA方法的微震P波初至到时拾取算法(QONSL方法)。为了验证该方法的可行性和有效性,分别对测试数据和阜新市五龙矿微震监测数据进行处理。对测试数据的处理结果表明,在量化微震信号的质量时,信噪指数比信噪比更准确,且信噪指数越大,到时拾取结果越接近准确到时。对阜新市五龙矿三分向数据处理结果表明,QONSL方法可以通过信噪指数快速锁定信号质量较高的信号通道并快速拾取微震P波初至到时,综合120个微震信号的到时拾取结果来看,与准确到时的误差保持在5 ms之内,将86个微震事件的到时误差控制在2 ms以内。与STA/LTA算法相比,QONSL算法拾取精度整体提升72%,整体误差范围波动减少75%。QONSL方法受噪声影响较小,具有较高的拾取效率和精度,可为煤层水力压裂、矿山动力灾害实时监测以及后续的微震自动高精度定位计算提供参考。

关键词：采矿工程微震 P波到时到时拾取信噪指数 STA/LTA QONSL方法

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