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加载速率影响下含雁行裂纹-钻孔煤体变形破坏特征研究

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岩石力学与工程学报 2024年第3期43卷 573-586页

作者：潘红宇冯高远纪翔李佳航季冰张天军西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054

为研究加载速率影响下瓦斯抽采钻孔孔周煤体变形破坏特征,开展不同加载速率下含雁行裂纹-钻孔复合缺陷煤样单轴压缩试验,结合数字图像相关技术,分析不同加载速率下复合缺陷煤样的力学特性、破坏模式与表面变形场演化规律。通过计算机视... 详细信息

为研究加载速率影响下瓦斯抽采钻孔孔周煤体变形破坏特征,开展不同加载速率下含雁行裂纹-钻孔复合缺陷煤样单轴压缩试验,结合数字图像相关技术,分析不同加载速率下复合缺陷煤样的力学特性、破坏模式与表面变形场演化规律。通过计算机视觉技术,进一步研究加载速率影响下钻孔破坏和雁行裂纹扩展特征,揭示含复合缺陷煤样变形破坏的加载速率效应。结果表明:(1)雁行裂隙-钻孔复合缺陷试样在不同加载速率作用时表现出低加载速率下高强度、高加载速率下低强度的特性,0.2 mm/min为试样的临界加载速率,在临界加载速率处试样的峰值应力、峰值应变、弹性模量的变化趋势发生改变。(2)不同加载速率下试样均呈现渐进性破坏特征,破坏形式以张拉剪切混合破坏为主,随着加载速率增加拉伸作用逐渐占到主导地位。在雁行裂隙诱导下,低加载速率时表现为沿着新生裂隙与雁行裂隙形成贯通面发生剪切错动破坏,高加载速率时表现为沿着新生裂隙水平张开发生拉伸破坏。(3)引入钻孔张缩量C来定量表征钻孔变形程度。在低加载速率下钻孔张开,C>1,随加载速率增加C逐渐降低,在高加载速率下钻孔先张开然后迅速塌缩,最终C<1。(4)雁行裂隙在加载作用下发生逆时针方向错动与张开,变形主要集中在不稳定裂隙扩展阶段。随着加载速率的增加,雁行裂隙错动量与张开量均显著增加,且试样受张拉效应增强,张开变形比例逐渐高于错动变形比例。

关键词：岩石力学加载速率抽采钻孔雁行裂纹钻孔变形裂隙扩展

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游戏化思维与古籍传承性保护

古籍保护研究 2024年第2期 242-248页

作者：潘红宇天津师范大学历史文化学院天津师范大学古籍保护研究院

为了使古籍的传承性保护具有趣味化和沉浸式的体验,让更多的群体能够参与到古籍的传承性保护中来,本文以古籍传承性保护的游戏化思维为切入点,对游戏化思维在古籍传承性保护领域内应用的可行性进行研究和探讨。在此基础上,结合《典籍里... 详细信息

为了使古籍的传承性保护具有趣味化和沉浸式的体验,让更多的群体能够参与到古籍的传承性保护中来,本文以古籍传承性保护的游戏化思维为切入点,对游戏化思维在古籍传承性保护领域内应用的可行性进行研究和探讨。在此基础上,结合《典籍里的中国》分析已有的古籍传承性保护内游戏化思维应用的实例,以供学界参考。

关键词：古籍保护传承性保护文化传承游戏化思维

含双圆孔煤样渐进性破坏的孔周表面变形及裂隙演化特征

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煤炭学报 2024年第8期49卷 3468-3483页

作者：张航张天军纪翔季冰纪丙楠庞明坤潘红宇西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室陕西西安710054

瓦斯预抽钻孔和防冲卸压钻孔协同布置能够一体化防治矿井冲击地压和瓦斯复合灾害,但密集布孔可能会诱发串孔、塌孔等,影响矿井瓦斯抽采效率。为了探究这类双钻孔结构煤岩体受压破坏过程中孔周表面变形及其裂隙演化规律,利用煤岩变形破... 详细信息

瓦斯预抽钻孔和防冲卸压钻孔协同布置能够一体化防治矿井冲击地压和瓦斯复合灾害,但密集布孔可能会诱发串孔、塌孔等,影响矿井瓦斯抽采效率。为了探究这类双钻孔结构煤岩体受压破坏过程中孔周表面变形及其裂隙演化规律,利用煤岩变形破坏数字图像观测系统对含双圆孔煤样开展单轴压缩条件下的3D-DIC观测实验,获取了不同应力状态下试样表面变形的时间序列图像,通过三维表面重构技术和VIC^(3D)分析处理软件计算得到了试样表面三维全场变形,根据应变场分析结果结合统计指标分析法对应力应变曲线进行了5个变形阶段划分,精细化表征了孔周表面变形和裂隙演化特征。研究结果表明:单轴压缩下含双圆孔煤样应变场灰度整体向高灰度级方向移动,应变场灰度直方图谱峰占比以应力峰值为界先缓慢变化再快速变化;试样孔周径向位移曲线呈现出“从”字型,环向位移曲线呈现出“人”字型,且左孔H_(1)孔周始终沿逆时针方向加速移动,右孔H_(2)孔周始终沿顺时针方向加速移动;孔周裂隙以逆时针错动为主,并伴随着少数裂隙的顺时针错动;应变局部化带外区在加载峰值前主要体现为能量累积,加载峰值后主要表现为能量释放,同时也伴随着部分能量调整转移造成的能量累积;在试样加载过程中,应力场环境、裂隙端部几何形状以及裂隙长度不断发生变化,造成裂隙尖端的应力强度因子K_(Ⅰ)减小,存在阻碍裂隙扩展的作用。

关键词：渐进性破坏裂隙演化孔周位移裂隙张开错动应变能演化

CO致裂钻孔瓦斯径向non-Darcy渗流影响因素研究

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煤炭学报 2024年

作者：张天军朱诗鹏庞明坤武晋宇刘荣涛韩明睿潘红宇西安科技大学安全科学与工程学院

CO2致裂作为提升低透煤层瓦斯抽采效率的关键技术手段，其核心机制在于通过将高压CO2注入煤层，诱导煤体内部产生裂隙网络，从而大幅度提升煤层的透气性。CO2致裂技术实施后，致裂孔孔周煤体内形成了大量的宏观裂隙扩展，形成特殊的“... 详细信息

CO2致裂作为提升低透煤层瓦斯抽采效率的关键技术手段，其核心机制在于通过将高压CO2注入煤层，诱导煤体内部产生裂隙网络，从而大幅度提升煤层的透气性。CO2致裂技术实施后，致裂孔孔周煤体内形成了大量的宏观裂隙扩展，形成特殊的“环状”孔-裂隙结构，这些孔-裂隙网络构成了孔周瓦斯流动的主要通道。为了深入研究此类“环状”孔-裂隙结构煤体的瓦斯渗流特性，设计构建了LFTD1812-3型瓦斯径向渗流试验系统，以不同粒径组合的“环状”煤样为研究对象，开展了系列瓦斯渗流实验。试验结果表明：1)初始阶段，孔周煤体渗透率随着瓦斯压力的增加有所下降，随后逐渐趋于稳定，在此过程中，破碎区的渗透率普遍高于裂隙区，且随着煤体破坏程度的加深，煤体内流体流动通道持续增多和改善，进一步验证了CO2致裂技术的有效性。2)非达西流因子β与煤体渗透率存在显著的关联性，随着β值的增大，渗透率降低，这与非达西流因子β与煤体孔隙/裂隙结构复杂性的正相关关系一致。原因在于，孔隙率变化较小的情况下（φ≤0.01），由较小粒径（d≤0.4mm）组成的煤样，其非Darcy流因子从1.28×105最终减小到1.4×104；而由较大粒径（0.6≤d≤1.0mm）组成的煤样，非Darcy流因子从2.6×104最终减小到7.5×103，表明较小粒径所组成试样的非Darcy流现象更为显著。3)试样粒径的组合方式对其渗透率具有显著影响，粒径越大导致其孔隙空间越大，组合试样渗透率越大。在“环状”组合试样中，当外环粒径保持不变而内环粒径增大时，渗透率呈上升趋势。由较小粒径（0～0.2mm）组成的外环与由较大粒径（0.4～0.6mm）组成的外环相比，后者的渗透率显著大于前者，且增长趋势更为显著。4)随着有效应力的增加，钻孔周围煤体的渗透率呈现下降趋势，且遵循负指数规律，这种关系可以表示为k=a σ-b，钻孔破碎区，随着有效应力的增大，渗透率的下降趋势相对缓和。此外，有效应力的变化同时会影响到煤体内部的应力平衡状态，进而促使孔周煤体裂隙扩展，煤层透气性将得到进一步提升。基于以上结论，在CO2致裂技术实施过程中，可依据致裂钻孔孔周煤体的瓦斯渗流特征参数，精准确定钻孔的致裂半径，并据此为CO2致裂钻孔间距的合理布置提供理论指导，进而实现低透煤层瓦斯的高效抽采。

关键词：瓦斯抽采煤层增透瓦斯渗流有效应力渗透特性

酸化压裂煤体Weibull统计损伤本构关系的改进

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煤炭学报 2024年

作者：张天军宋宪峰庞明坤伍珊潘红宇陈宏娇西安科技大学安全科学与工程学院

酸化压裂技术是提高低透煤层透气性有效途径之一。酸液的腐蚀和劈裂作用是煤体软化和致裂的关键，为探究煤体在酸液侵蚀作用下的破坏机理，采用矿用酸基CO2泡沫压裂液（配方为NA:K-12=6:4，起泡剂浓度为0.6%，稠化剂浓度为0.6%）进行了... 详细信息

酸化压裂技术是提高低透煤层透气性有效途径之一。酸液的腐蚀和劈裂作用是煤体软化和致裂的关键，为探究煤体在酸液侵蚀作用下的破坏机理，采用矿用酸基CO2泡沫压裂液（配方为NA:K-12=6:4，起泡剂浓度为0.6%，稠化剂浓度为0.6%）进行了原煤试样的压裂液侵蚀试验，获取峰值应力、弹性模量、破坏形态和裂隙发育特征等参数，分析煤体酸化腐蚀过程，并构建了酸化压裂煤体的统计损伤本构模型。结果表明：1)增加压裂酸液侵蚀时间，煤体的玻璃介质性质会导致其物理结构重组，使得聚合物体系的自由体积增加，提高了煤岩的可压缩性和脆性。2)随着压裂液侵蚀时间增加，会加剧煤体孔隙裂隙内部矿物质的化学反应程度，导致煤体表面矿物质结晶析出量的增多，煤体的单轴抗压强度和弹性模量下降幅度增大，表明此配方下的侵蚀煤岩孔隙、裂隙内部连通性较好，煤岩致裂效果受侵蚀时间的影响更为显著，煤体脆性损伤表现明显。3)采用煤体强度Weibull分布规律，构建了饱和碳酸侵蚀煤体脆性强度的统计损伤本构关系，并通过对该模型关键参量E、m、F进行准确性验证，表明所建本构关系可准确表征低透煤层在酸化压裂作用下的受力-变形基本规律。以上研究结果对酸化压裂煤体致裂半径的确定提供理论计算依据，对压裂钻孔布置起重要指导作用。

关键词：损伤机制本构关系煤岩强度弹性模量 Weibull分布

裂隙分形维数对孔周煤体瓦斯非Darcy渗流特征参数的影响

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煤炭学报 2024年

作者：张天军伍珊庞明坤宋宪峰朱诗鹏潘红宇西安科技大学安全科学与工程学院

钻孔孔周煤体的裂隙分形维数可有效反映孔周煤体裂隙网络的几何特征，它影响着孔周裂隙煤体瓦斯非Darcy渗流特征。为了探究预抽钻孔孔周裂隙煤体瓦斯非Darcy渗流特征，制作了含有二到四条贯穿裂隙共五种几何特征的含孔煤样，运用孔周煤... 详细信息

钻孔孔周煤体的裂隙分形维数可有效反映孔周煤体裂隙网络的几何特征，它影响着孔周裂隙煤体瓦斯非Darcy渗流特征。为了探究预抽钻孔孔周裂隙煤体瓦斯非Darcy渗流特征，制作了含有二到四条贯穿裂隙共五种几何特征的含孔煤样，运用孔周煤体裂隙结构的分形维数量化表征孔周裂隙网络几何特征，并利用自主设计的瓦斯径向渗流系统开展孔周裂隙煤体侧限压缩径向渗流试验，模拟瓦斯在孔周裂隙煤体中的渗流过程，结合Forchheimer方程分析孔周裂隙煤体瓦斯径向渗流的非线性特征及其作用原理。结果表明：1)孔周裂隙煤体具有较好的分形特征，煤样孔周裂隙网络的二维分形维数D2在1.425～1.459之间，三维分形维数D3在2.425～2.459之间，孔周裂隙煤体分形维数的不同能够综合表征其表面裂隙率Rsc、裂隙交点个数Nj、裂隙条数Nseg、裂隙总长度Lsum、裂隙平均长度Lav和裂隙平均宽度e等基本几何指标的不同；2)气体在孔周裂隙煤体内的径向渗流受到局部粗糙度效应、流体内部的摩擦效应和曲折流效应这三重效应的影响，在同一压力梯度下，煤样孔周裂隙网络的分形维数越大，孔周裂隙网络中通过的流量越小；3)孔周裂隙煤体的渗流速度随压力梯度的增加而增加，且逐渐偏离线性，孔周裂隙煤体的渗流速度越大，非线性越明显；煤样孔周裂隙网络的分形维数越大，所能达到的最大渗流速度越小；4)随着孔周裂隙网络分形维数的增加，孔周裂隙煤体的渗透率降低，其关系式满足1011k= 4.6D32- 23.9D3+ 31.9，同时非Darcy流β因子增大；此外，非Darcy流β因子随渗透率k的增大而减小。结合以上结论，在顺煤层钻孔预抽瓦斯工作中，观测孔周煤体裂隙网络的分形维数，进而掌握孔周裂隙煤体的渗透率大小，对于预抽钻孔布孔参数的设计具有重要的理论指导意义。

关键词：预抽钻孔分形维数裂隙煤体非Darcy渗流 Forchheimer方程

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有效应力下连续级配煤体的渗透特性试验

煤炭学报 2024年第9期49卷 3872-3883页

作者：张磊杨世华武晋宇刘荣涛潘红宇张天军西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054

瓦斯抽采钻孔孔周煤体的应力变化是影响其渗透特性的重要因素之一。为研究瓦斯抽采孔周不同破碎程度的煤体渗透特性,采用连续级配法制备不同粒径区间的煤颗粒组合试样,开展不同Talbol幂指数n的三轴渗透试验,分析有效应力对破碎煤样孔隙... 详细信息

瓦斯抽采钻孔孔周煤体的应力变化是影响其渗透特性的重要因素之一。为研究瓦斯抽采孔周不同破碎程度的煤体渗透特性,采用连续级配法制备不同粒径区间的煤颗粒组合试样,开展不同Talbol幂指数n的三轴渗透试验,分析有效应力对破碎煤样孔隙结构和渗透特性的影响。结果表明:在加载过程中,轴向应力通过改变破碎煤体孔隙率从而影响渗透率,其随轴向应力升高呈幂指数降低。加载初期,轴向应力升高使得煤样体积压缩,其内部空隙闭合,引起孔隙率减小及渗透作用减弱,导致渗透率降低。当轴向应力加载到孔隙率趋于0.1时,煤样内部密实使得渗透率趋于稳定;破碎煤体Talbol幂指数n从0.1到1.0增大的过程中,渗透率k呈现出缓慢、线性、指数3个增长阶段,分别受低级粒径、粒径比例、高级粒径的影响。渗流速度受Talbol幂指数、压力梯度、围压和轴向应力的共同影响,但压力梯度的作用更为显著,表现出Talbol幂指数和压力梯度越大,围压和轴向应力越小,渗流速度越大,存在渗流速度的Talbol幂指数促进效应和渗流速度的轴向应力及围压抑制效应;有效应力能较好地表征渗流速度的轴向应力及围压抑制效应,不同Talbol幂指数的破碎煤体渗透率随着有效应力的增大总体上呈指数衰减,但Talbol幂指数增大对渗透率的促进作用逐步减弱,而有效应力对渗透率的抑制作用和幅值效应逐渐强化。有效应力与渗透率的关系方程参数变化存在与渗透率曲线对应的3个阶段。随着Talbol幂指数n增大,关系方程参数a逐渐减小,有效应力的抑制作用增强;而b逐渐增大,幅值效应逐渐强化。

关键词：连续级配渗透特性有效应力渗透率轴向应力

心率变异性与阻塞性睡眠呼吸暂停的临床研究进展

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中国心脏起搏与心电生理杂志 2024年

作者：吴长金姚江洪王金萍潘红宇丁宝栋三亚康复疗养中心

阻塞性睡眠呼吸暂停(obstructive sleep apnea,OSA)是一种常见的慢性睡眠呼吸障碍类型,因患病率高而被诊断比例低已经成为我国OSA临床工作面临的主要矛盾。因OSA诊断和筛查领域尚存在诸多未明确的问题,包括各种筛查诊断工具在OSA早发现... 详细信息

阻塞性睡眠呼吸暂停(obstructive sleep apnea,OSA)是一种常见的慢性睡眠呼吸障碍类型,因患病率高而被诊断比例低已经成为我国OSA临床工作面临的主要矛盾。因OSA诊断和筛查领域尚存在诸多未明确的问题,包括各种筛查诊断工具在OSA早发现及早诊断中的作用。OSA患者夜间发生周期性呼吸暂停和低氧血症,能引起心律失常和交感一迷走神经严重失衡,心率变异性(heart rate variability,HR V)是反映交感神经与副交感神经平衡的敏感指标且具有无创、方便、快捷等优点。因此HRV成为OSA的初筛重要指标之一。现就HRV参数及意义和在OSA中的研究应用进行综述。

关键词：心血管病学阻塞性睡眠呼吸暂停综述心率变异性自主神经正压通气

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金融时间序列模型