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刚-柔-刚支护防治冲击地压理论解析及实验研究

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岩石力学与工程学报 2012年第1期31卷 52-59页

作者：吕祥锋潘一山中国科学院力学研究所北京100190 辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000

冲击波在巷道围岩-多孔金属材料-钢支护构成的刚-柔-刚(R-F-R)支护结构的传递过程可简化为一维应力波在结构中传播问题,通过对R-F-R支护结构防治冲击地压理论分析,得到岩块冲击多孔金属材料-钢支护结构时多孔金属材料对冲击波压力的衰... 详细信息

冲击波在巷道围岩-多孔金属材料-钢支护构成的刚-柔-刚(R-F-R)支护结构的传递过程可简化为一维应力波在结构中传播问题,通过对R-F-R支护结构防治冲击地压理论分析,得到岩块冲击多孔金属材料-钢支护结构时多孔金属材料对冲击波压力的衰减情况以及多孔金属材料厚度、密度对冲击波压力衰减的影响。采用落锤冲击实验方法,对3种类型支护结构进行冲击实验研究,分析冲击波在R-F-R支护结构中的传播和衰减规律,实验结果表明,R-F-R支护结构具有良好的缓冲和吸能作用。理论计算与冲击实验结果对比可知,计算结果表明钢板冲击R-F-R支护结构时作用在钢支架表面的冲击波压力为钢板直接冲击钢支架时的30.7%,钢板冲击R-F-R支护结构时可吸收能量值约为总能量的94.8%;冲击实验结果表明,作用在R-F-R结构钢支架表面的冲击波压力为钢板直接冲击钢支架时的50%左右,钢板冲击R-F-R支护结构时吸收能量值约为总能量的70%以上。

关键词：采矿工程刚-柔-刚支护结构应力波传播实验研究

爆炸冲击载荷作用下吸能支护巷道变形规律研究

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岩土工程学报 2011年第8期33卷 1222-1226页

作者：吕祥锋潘一山李忠华代树红辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000

利用低能爆炸加载方式,采用相似材料模拟试验方法,借助数字散斑光测手段(DSCM),研究高速冲击载荷作用下吸能支护巷道变形规律。试验结果表明,巷道顶板首先出现微裂缝,顶板向下位移约为0.6 mm,顶板岩层与煤层交界处无错动现象,冲击波重... 详细信息

利用低能爆炸加载方式,采用相似材料模拟试验方法,借助数字散斑光测手段(DSCM),研究高速冲击载荷作用下吸能支护巷道变形规律。试验结果表明,巷道顶板首先出现微裂缝,顶板向下位移约为0.6 mm,顶板岩层与煤层交界处无错动现象,冲击波重复作用使得模型顶面出现贯通裂缝,但巷道及周围岩体并无破坏,说明吸能支护可吸收大量冲击能,从而有效降低对巷道的冲击破坏。通过模拟试验结果可知,采用吸能支护可大大降低巷道的破坏程度,对于采矿工程安全生产具有实际意义,同时为巷道支护提供一种新方法。

关键词：爆炸载荷吸能支护巷道变形数字散斑相关法(DSCM) 相似模拟试验

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高速冲击作用下锚杆支护巷道变形破坏研究

煤炭学报 2011年第1期36卷 24-28页

作者：吕祥锋潘一山李忠华代树红辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000

以波动冲击理论为基础,利用低能爆炸载荷模拟冲击地压能急剧释放,采用数字散斑光测方法(DSCM),对锚杆支护巷道变形破坏进行相似模拟研究。试验结果表明,在高速冲击载荷作用下,巷道顶板及模型顶板分别出现竖向和横向裂缝,且顶板有明显下... 详细信息

以波动冲击理论为基础,利用低能爆炸载荷模拟冲击地压能急剧释放,采用数字散斑光测方法(DSCM),对锚杆支护巷道变形破坏进行相似模拟研究。试验结果表明,在高速冲击载荷作用下,巷道顶板及模型顶板分别出现竖向和横向裂缝,且顶板有明显下沉,位移约为2.5 mm,进而巷道顶板岩层与锚网脱离、塌落。试验结果也说明锚杆支护方法适用于弱冲击地压等级的巷道支护,对于强冲击巷道支护可采取增设柔性吸能材料或加固措施。

关键词：锚杆支护巷道破坏冲击载荷数字散斑相关法(DSCM) 相似模拟试验

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抗爆缓冲材料动态力学特性及微观破裂分析

岩石力学与工程学报 2012年第A01期31卷 2821-2828页

作者：吕祥锋潘一山肖晓春中国科学院力学研究所北京100190 辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221008

采用准静态、落锤冲击和分离式霍普金森压杆(SHPB)试验研究方法,借助电镜扫描(SEM)手段,对泡沫Al、Al-Si12基、Al-Si6基、泡沫Mg及Al–纤维和Al–稀土闭孔泡沫材料进行吸能特性试验研究,并讨论其微观破坏特征。准静态试验结果表明,基体... 详细信息

采用准静态、落锤冲击和分离式霍普金森压杆(SHPB)试验研究方法,借助电镜扫描(SEM)手段,对泡沫Al、Al-Si12基、Al-Si6基、泡沫Mg及Al–纤维和Al–稀土闭孔泡沫材料进行吸能特性试验研究,并讨论其微观破坏特征。准静态试验结果表明,基体材料不同,应力–应变曲线和吸能性能关系差异较大,抗压强度值最大为5 MPa左右。落锤冲击应力–应变和吸能特性试验结果说明,冲击载荷作用下材料抗压强度提高较大,最高可达15 MPa,吸能值最大达29 J。SHPB试验结果得出缓冲吸能性能良好的泡沫材料参数以密度为0.35～0.70 g/cm3,孔隙度为65%～87%,孔径为1.0～4.0 mm为宜。静态与冲击试验微观破坏结果均说明泡沫Al材料具有明显的撕裂痕迹,表现出韧性断裂特征。与准静态试验结果相比,冲击速度增大后,材料强度和吸能性能得到更好发挥,泡沫Al材料吸能值最大,变形空间较大,更适合用于防冲吸能支护材料。相似模拟试验结果表明,锚杆支护、U型钢支护巷道都存在不同程度的冲击变形或破坏,防冲支护巷道发生冲击后整体性较好。

关键词：采矿工程闭孔泡沫金属材料动态力学特性吸能性能微观破裂形貌防冲支护

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热采井套损数值仿真及防控研究

热采井套损数值仿真及防控研究

作者：吕祥锋武汉工业学院

学位级别：硕士

稠油热采大大提高了油田的产量,但注入的高温蒸汽使得套管承受较大的热应力,而降低了套管的使用寿命,尤其对热采水平井弯管段的影响最为明显。在稠油热采过程中,套管的受力环境十分复杂,与储层温度场、应力场的耦合作用紧密相关,正是这... 详细信息

稠油热采大大提高了油田的产量,但注入的高温蒸汽使得套管承受较大的热应力,而降低了套管的使用寿命,尤其对热采水平井弯管段的影响最为明显。在稠油热采过程中,套管的受力环境十分复杂,与储层温度场、应力场的耦合作用紧密相关,正是这种复杂的多场耦合作用,使得套管产生应力集中而导致损坏。因此,从油藏温度场与应力场耦合作用的角度,分析热采油田生产中出现的套损问题,具有十分重要的理论意义和应用价值。本文基于油藏温度场、应力场的热固耦合理论,通过对热采井弯管段套管应力的数值分析,得出了热应力、不同地质构造及不同筛管悬挂高度对弯管段套管应力的影响规律。计算结果可为分析热采油田套管受力及套损原因,防治套管损坏提供基本理论依据。主要的工作包括: (1)通过对大量现场资料的调研,得出了热采油田套损极易发生在弯管段,提出了具体研究对象及其研究方法;(2)建立套管-水泥环-围岩的有限元模型,通过数值模拟,将套管-水泥环-围岩三材料复合单元等效为一种材料的单元,并给出合理的等效计算方法;(3)利用二次单元方法,对单井弯管段套管周围地层内的温度场和应力场进行耦合分析,研究蒸汽注入后由于温度场变化及不同地质构造所引起的套管应力的再分布情况;(4)对复杂地层条件下筛管不同悬挂高度时温度场和应力场进行耦合分析,研究蒸汽注入后温度场变化时,筛管不同悬挂高度对套管应力的再分布情况;(5)通过对热采井弯管段温度场和应力场的耦合分析,得出套损与温度场变化、地质构造及筛管不同悬挂高度等的关系,可为分析热采油田套损原因及套管保护提供技术支持。

关键词：热采水平井热固耦合弯管应力套损数值分析防控措施

同方学位论文库评论

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固结作用黏土与重塑土剪切破坏特性实验研究

科学技术与工程 2014年第13期22卷 267-271页

作者：吕祥锋北京市市政工程研究院北京100037

实验材料和配比对模型实验规律影响很大,配制合理的强度参数和选取准确的材料配比是至关重要的。利用直剪实验装置,研究固结条件下黏土与重塑土剪切破坏特性,得到不同材料和配比试样剪切破坏特征及对剪切强度参数的影响规律,确定合理的... 详细信息

实验材料和配比对模型实验规律影响很大,配制合理的强度参数和选取准确的材料配比是至关重要的。利用直剪实验装置,研究固结条件下黏土与重塑土剪切破坏特性,得到不同材料和配比试样剪切破坏特征及对剪切强度参数的影响规律,确定合理的抗剪强度参数材料配比,为进一步研究模型实验规律提供科学依据。

关键词：固结重塑土剪切面抗剪强度参数实验研究

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煤岩稳定性与变形局部化演化关联性实验研究

岩石力学与工程学报 2021年第12期40卷 2466-2476页

作者：吕祥锋朱晨利宋义敏许海亮安栋北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 北方工业大学土木工程学院北京100144

采用单轴压缩实验方法开展煤试件变形破坏全过程的稳定性与变形局部化演化关联性研究,选取一种煤作为试件,以数字散斑相关方法观测试件变形局部化演化规律,分析变形局部化带的拉伸位移及速率、滑动位移及速率演化,变形局部化带剪应力位... 详细信息

采用单轴压缩实验方法开展煤试件变形破坏全过程的稳定性与变形局部化演化关联性研究,选取一种煤作为试件,以数字散斑相关方法观测试件变形局部化演化规律,分析变形局部化带的拉伸位移及速率、滑动位移及速率演化,变形局部化带剪应力位移演化关系,以及变形过程中的围岩能量演化。研究结果表明:(1)煤岩变形破坏过程中,煤岩承载力的降低是由煤岩变形局部化带的拉伸位移和滑动位移突变引起;(2)煤岩宏观上整体稳定性既和变形局部化带等效刚度有关,也和变形局部化带的剪应力降幅有关;(3)在试件失稳过程中,发现围岩变形能释放与应力释放具有非同步性现象,即应力释放滞后于围岩的变形能释放。

关键词：采矿工程煤岩失稳数字散斑相关方法变形局部化变形能密度

深部煤岩体保护层开采上覆岩层应力释放与转移特征的实验研究

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实验力学 2013年第3期28卷 340-346页

作者：吕祥锋王振伟王爱文西南石油大学土木工程与建筑学院四川成都610500 中国科学院力学研究所北京100190 中国煤炭科工集团沈阳研究院辽宁抚顺113122 辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000

煤层群保护层合理开采及了解其上覆岩层应力释放和转移特征是考察保护层开采效果的重要途径。对煤层群保护层开采卸压机制进行了分析,得出间隔保护层开采卸压方式可使上、下被保护层双向卸压重叠(即保护层开采上、下双向应力释放,开采... 详细信息

煤层群保护层合理开采及了解其上覆岩层应力释放和转移特征是考察保护层开采效果的重要途径。对煤层群保护层开采卸压机制进行了分析,得出间隔保护层开采卸压方式可使上、下被保护层双向卸压重叠(即保护层开采上、下双向应力释放,开采影响范围相互叠加),煤层卸压效果较好。采用相似材料模拟和数值计算相结合的研究方法,对煤层群保护层开采卸压过程进行研究,分析保护层开采上覆岩层及被保护层应力释放与转移特征。研究结果表明,应力的积聚、释放和转移过程也伴随着岩层的变形,应力呈现出"增加-减小-再增大-再降低-平稳"过程,其变形呈现出"增加-急剧减小-再增加-平稳"的过程;相似模拟实验结果与数值计算结果具有较好的一致性,说明间隔保护层开采卸压方式可使上、下被保护层双向卸压重叠,是煤层群开采中较合理的卸压方式。

关键词：煤层群间隔式保护层开采被保护层应力释放与转移实验研究

动载作用下岩-强/软阻隔层-煤组合承载体应力波传播衰减规律及能量耗散的特征

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Journal of Central South University 2023年第1期30卷 276-288页

作者：吕祥锋林鑫欧阳韦王年近张福荣 School of Civil and Resource Engineering University of Science and Technology BeijingBeijing 100083China Powerchina Roadbridge Group Co. Ltd.Beijing 100048China

冲击地压应力波的主动衰减方法一直是煤炭巷道安全防治的重要研究难题。文章从不同强度的传播介质角度出发,提出岩-强/软阻隔层-煤的新型阻隔结构,采用动力冲击试验方法,分析煤岩体在阻隔层影响下的应力波传播衰减规律、能量耗散特征及... 详细信息

冲击地压应力波的主动衰减方法一直是煤炭巷道安全防治的重要研究难题。文章从不同强度的传播介质角度出发,提出岩-强/软阻隔层-煤的新型阻隔结构,采用动力冲击试验方法,分析煤岩体在阻隔层影响下的应力波传播衰减规律、能量耗散特征及表观破坏程度。研究结果表明,阻隔层能够对应力波波峰的表现形态产生影响,阻隔层强度越强,反射应力波波峰处的浮动震荡越明显,阻隔层强度越弱,透射应力波峰处浮动震荡越大,且出现明显的“双峰”现象;阻隔层能够降低应力波的循环“拉伸-压缩”频率,降低应力波破坏程度;强阻隔层影响下的煤岩体吸能能力提高约10%,软阻隔层可提高试样达到吸能峰值的速率。

关键词：动载作用阻隔结构应力波衰减规律能量耗散特征