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含水煤岩变形破坏过程中瓦斯运移规律的实验研究

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煤炭学报 2012年第S1期37卷 115-119页

作者：肖晓春潘一山吕祥锋罗浩李忠华辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000

配合自制煤岩三轴流固耦合夹持装置,采用实验方法对煤岩变形破裂过程中瓦斯运移规律进行研究。实验结果表明:煤岩破裂前后,瓦斯解吸量、解吸速率以及渗透率的差异较大,在弹性压密到强化阶段,瓦斯解吸规律基本遵循Langmuir等温吸附规律... 详细信息

配合自制煤岩三轴流固耦合夹持装置,采用实验方法对煤岩变形破裂过程中瓦斯运移规律进行研究。实验结果表明:煤岩破裂前后,瓦斯解吸量、解吸速率以及渗透率的差异较大,在弹性压密到强化阶段,瓦斯解吸规律基本遵循Langmuir等温吸附规律。在煤岩破裂阶段,瓦斯解吸量和解吸速率都急剧增大,瓦斯渗透率的变化表现为少许滞后于应变的特点;在瓦斯压力较低的情况下,煤岩渗透性能受含水饱和度的影响显著,破裂后气测渗透率值比压密阶段高近6倍,含水饱和度增大后,煤岩破裂前后气测渗透率变化规律大致相同,虽然增大了煤岩孔隙压力,但煤岩变形破裂全过程中测定的气测渗透率反而降低。

关键词：煤岩瓦斯流动瓦斯动力灾害吸附解吸

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煤岩本构关系与冲击倾向指标的力学分析

地下空间与工程学报 2020年第5期16卷 1371-1382页

作者：丁鑫肖晓春潘一山吕祥锋吴迪辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 绍兴文理学院土木工程学院岩石力学与地质灾害实验中心浙江绍兴312000 辽宁大学环境学院辽宁沈阳110136 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

深入研究不同冲击倾向煤岩力学行为演化机制对认识和防治冲击地压具有重要的科学意义与工程价值。以弹塑性力学、岩石力学相关理论为基础,综合分析现有研究成果认为煤岩对外载荷的弹、塑性力学响应是其具有冲击倾向特征的本质原因,将煤... 详细信息

深入研究不同冲击倾向煤岩力学行为演化机制对认识和防治冲击地压具有重要的科学意义与工程价值。以弹塑性力学、岩石力学相关理论为基础,综合分析现有研究成果认为煤岩对外载荷的弹、塑性力学响应是其具有冲击倾向特征的本质原因,将煤岩峰值前塑性应变与弹性应变的比值定义为峰前损伤系数(K),以Scott模型为基础建立了煤岩本构关系,揭示了煤岩具有不同冲击倾向性的深层原因是损伤形成在受载过程的分布差异。推导了弹性能指数、冲击能量指数、峰后切线应力降模量和平均应力降模量的理论表达,随K值越小煤岩峰后盈余能越大,其冲击倾向特征越明显;将实测结果与理论值对比,弹性能指数理论值与实测结果吻合程度较高,而冲击能指数相对较低,但理论值对煤岩冲倾向性分类结果与实测值基本一致,总体上能对煤岩冲击倾向特征较好的描述。

关键词：冲击地压冲击倾向性煤岩本构关系力学分析

煤岩破裂过程声发射时-频信号特征与演化机制

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煤炭学报 2019年第10期44卷 2999-3011页

作者：丁鑫肖晓春吕祥锋赵同彬尹延春宋义敏杨小彬潘一山辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 山东科技大学矿业与安全工程学院山东青岛266590 北方工业大学土木工程学院北京100144 中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100083 辽宁大学环境学院辽宁沈阳110136

掌握声发射信号时-频域特征及其与煤岩力学性质间的本质联系是利用该方法预测、预警煤岩失稳的基础。以具有不同夹矸和原始裂隙煤岩压缩破坏声发射监测试验为基础,引入小波变换方法,结合数字信号分析、岩石力学等相关理论深入分析煤岩... 详细信息

掌握声发射信号时-频域特征及其与煤岩力学性质间的本质联系是利用该方法预测、预警煤岩失稳的基础。以具有不同夹矸和原始裂隙煤岩压缩破坏声发射监测试验为基础,引入小波变换方法,结合数字信号分析、岩石力学等相关理论深入分析煤岩破坏过程声发射时-频信号演化规律,构建了裂纹扩展释放弹性能引起应力波的振幅、频率力学表达。结果表明:受所含弱夹矸或裂隙增加影响煤岩强度、弹性模量降低,峰后软化特征明显,声发射存在由低幅振荡向高幅脉冲转化的信号激增点,强度越高,能量信号幅值显著提高、累积总能量越多,波形幅值增加,信号波形两相邻波峰间隔时间增长,夹杂的小幅振荡波越少;db5和sym2小波基函数分别与激增点、峰值点时域波形相似度最高,更适用于煤岩声发射信号研究;试验所用煤岩声发射信号主频带为0~70 kHz,煤岩强度越低信号频率分布越宽泛,随所受应力升高信号频带分布范围逐渐向主频移动。弹性模量和裂纹扩展速率共同确定了应力波振幅的变化范围,裂纹尺寸决定了振幅和频率的变化趋势,裂纹扩展速率是决定应力波频率的关键参量,进而3个参量共同影响声发射信号时-频特征。试验结果建立了裂纹表征参量与声发射信号频率、幅值的定性描述,为提高声发射信号监测准确性提供了理论基础,开展该理论的定量化应用是后续研究工作的重点。

关键词：声发射煤岩破坏小波时-频变换裂纹扩展应力波

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含瓦斯煤岩真三轴多参量试验系统研制及应用

岩土力学 2018年第S2期39卷 451-462页

作者：肖晓春丁鑫潘一山吕祥锋吴迪王磊樊玉峰辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁大学环境学院辽宁沈阳110136 北京市市政工程研究院北京100037

以深部日趋严重的煤岩体冲击-突出复合灾害为研究背景,紧密围绕多场条件下的煤岩流(瓦斯)-固耦合力学行为演化机制这一关键科学问题,充分考虑深部煤岩真三向应力环境与受载特点,自主研发了含瓦斯煤岩真三轴多参量试验系统,以期厘清煤岩... 详细信息

以深部日趋严重的煤岩体冲击-突出复合灾害为研究背景,紧密围绕多场条件下的煤岩流(瓦斯)-固耦合力学行为演化机制这一关键科学问题,充分考虑深部煤岩真三向应力环境与受载特点,自主研发了含瓦斯煤岩真三轴多参量试验系统,以期厘清煤岩受载、破坏过程力学行为、声发射与电荷感应信号时空演化规律,掌握冲击-突出复合灾害孕育力学机制,建立科学的灾害防控手段。该试验系统主要由加/卸荷系统、载荷-位移监测系统、气体环境施加与监测系统、电控系统、声发射监测系统、电荷感应信号监测系统6个子系统组成,具有高应力、真三向、多尺寸、高精度、稳定性强、多参量、多加/卸荷路径等特点。利用该系统初步开展了瓦斯压力、侧压比与卸荷路径影响的煤岩三轴受载试验,并对全应力-应变曲线及声发射、电荷感应信号变化规律分析。结果表明,瓦斯气体影响了煤岩强度、峰后残余强度及延性特征,随侧压比值降低煤岩各向异性特征逐渐弱化,在应力较小方向具有较大的应变量,侧压比与加/卸荷路径是影响煤岩力学行为的重要应力环境因素。该系统为后续开展含瓦斯煤岩力学行为时空演化规律研究提供了试验基础。

关键词：含瓦斯煤岩真三轴试验系统流-固耦合侧压比声-电荷信号监测

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煤矿冲击地压巷道三级支护理论与技术

煤炭学报 2020年第5期45卷 1585-1594页

作者：潘一山齐庆新王爱文肖永惠陈建强吕祥锋徐连满代连朋辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁大学辽宁沈阳110036 辽宁工程技术大学冲击地压研究院辽宁阜新123000 煤炭科学研究总院深部开采与冲击地压防治研究院北京100013 神华新疆能源有限责任公司新疆乌鲁木齐830027 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 东北大学深部金属矿山安全开采教育部重点实验室辽宁沈阳110819

建立了冲击地压巷道“应力-围岩-支护”力学模型,得到了考虑巷道支护作用下冲击地压启动应力条件为远场应力大于临界应力,停止的能量条件为近场围岩吸收能量和支护吸收能量大于远场释放能量。基于巷道围岩与支护体动力响应分析发现,冲... 详细信息

建立了冲击地压巷道“应力-围岩-支护”力学模型,得到了考虑巷道支护作用下冲击地压启动应力条件为远场应力大于临界应力,停止的能量条件为近场围岩吸收能量和支护吸收能量大于远场释放能量。基于巷道围岩与支护体动力响应分析发现,冲击地压发生过程中围岩阻尼特性、锚固岩体的抗冲击吸能特性及巷内支护体的阻尼及刚度对冲击载荷作用下巷道围岩的稳定性具有重要影响。提出巷道冲击地压防冲支护应从静-动力学两个角度,同时考虑“启动—破坏—停止”全过程。①在冲击启动前,依据冲击启动的应力条件降低煤体应力,减少弹性能积聚,提高支护阻力,增加启动难度;②依据冲击停止的能量条件,在冲击过程中,通过改变煤岩体结构与介质属性,吸收或消耗冲击能;③在冲击应力波传播的末端,通过提高巷内支护结构阻尼吸收剩余冲击能,减弱冲击应力波对巷道支护结构的破坏。提出冲击地压巷道支护结构应具有让压可缩与吸能特性,防冲支护应根据冲击地压能量特性进行分级设计。研发了吸能锚杆索、吸能O型棚、吸能液压支架等吸能支护装备,利用吸能构件的结合及功能互补特性建立了三级吸能支护体系,三级吸能支护系统具有径向让位、环向可缩以及轴向稳定特性,实现了冲击地压巷道三维立体吸能支护。

关键词：巷道冲击地压启动应力条件停止能量条件三级支护

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大粒径石块分布对土石混合体稳定性的影响

科学技术与工程 2020年第31期20卷 12962-12967页

作者：杨小彬侯鑫裴艳宇阚李浩吕祥锋中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100083 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

为探究大粒径石块分布对土石混合体稳定性的影响,通过图像处理技术获取土石混合体模型,并在此模型基础上,建立了大粒径石块处于不同位置和角度的物理模型。利用有限元软件ABAQUS进行解算分析,得出:①大粒径石块集中在模型上部区域时,塑... 详细信息

为探究大粒径石块分布对土石混合体稳定性的影响,通过图像处理技术获取土石混合体模型,并在此模型基础上,建立了大粒径石块处于不同位置和角度的物理模型。利用有限元软件ABAQUS进行解算分析,得出:①大粒径石块集中在模型上部区域时,塑性区主要分布在模型下半部分,土石混合体强度较高,稳定性较好;大粒径石块集中在模型下部区域时,土石混合体强度低、稳定性较差;大粒径石块集中区阻碍了土石混合体塑性破坏的发展,且分布位置不同起到的承载能力不同。②土石混合体强度及稳定性随大粒径石块长轴倾角增大呈现出先减小后增大趋势,在大粒径石块长轴倾角处于45°~60°时,模型强度最小、稳定性最差,这与摩尔-库伦强度准则中所描述的剪切滑移面角度一致。研究结果可为露天矿边坡及各类人造土石坝体的稳定性设计提供参考。

关键词：土石混合体大粒径石块位置和角度稳定性 ABAQUS

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交通运营关键设备生态预警因素研究

人民交通 2018年第12期 58-59页

作者：罗远哲赵永忠吕祥锋北京科技大学计通学院北京市市政工程研究院

随着我国经济的发展,道路交通已经成为我国的经济大动脉,我国也建成了非常丰富发达的的交通经济网络。其中高速公路在我国交通系统中扮演着不可忽视的作用,极大地促进了我国经济的繁荣和发展。本文对交通施工和运营阶段的生态风险评价... 详细信息

随着我国经济的发展,道路交通已经成为我国的经济大动脉,我国也建成了非常丰富发达的的交通经济网络。其中高速公路在我国交通系统中扮演着不可忽视的作用,极大地促进了我国经济的繁荣和发展。本文对交通施工和运营阶段的生态风险评价进行分析和建模,同时对工程实例进行运用研究。

关键词：交通运营关键设备生态预警

断层作用下深部开采诱发冲击地压相似试验研究

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岩土力学 2014年第9期35卷 2486-2492页

作者：王爱文潘一山李忠华刘春生韩荣军吕祥锋卢红旗辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学冲击地压研究院辽宁阜新123000 义马煤业集团股份有限公司河南义马472300

以典型断层型冲击地压矿井为例,采用相似材料模拟试验方法,基于覆岩空间结构失稳与断层活化耦合致灾原理,分析了巨型逆冲断层下盘煤层开采采场覆岩运动过程、工作面倾向支承压力及断层面的应力变化规律,研究了巨型逆冲断层影响下巨厚坚... 详细信息

以典型断层型冲击地压矿井为例,采用相似材料模拟试验方法,基于覆岩空间结构失稳与断层活化耦合致灾原理,分析了巨型逆冲断层下盘煤层开采采场覆岩运动过程、工作面倾向支承压力及断层面的应力变化规律,研究了巨型逆冲断层影响下巨厚坚硬顶板易冲击煤层冲击地压显现特征。试验结果表明:煤层开采诱发巨型逆冲断层冲击灾变过程分为3阶段:第1阶段,受煤层采动影响,上覆岩层发生空间运动,煤体中形成明显高应力集中区;第2阶段,覆岩多层空间结构演化诱发断层活化,断层活化导致空间结构外部岩体回转,给空间结构施加外部载荷,造成空间结构失稳加剧,煤岩体的应力激增,影响范围扩大;第3阶段,断层滑移释放能量,提供动载荷。根据应力监测数据变化规律,划分了逆冲断层的明显影响区域,研究结果为断层影响下煤层开采的防冲策略与设计提供可靠依据。

关键词：巨型逆冲断层深部煤层断层活化冲击灾变相似试验

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导硕博团队下研究生培养模式创新研究分析

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