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Fracture features of brittle coal under uniaxial and cyclic compression loads

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International Journal of Coal Science & Technology 2023年第1期10卷 60-72页

作者： shikang song Ting Ren Linming Dou Jian Sun Xiaohan Yang Lihai Tan Shaanxi Zhengtong Coal Industry Co. Ltd.Xianyang 713600China School of Civil Mining and Environmental EngineeringUniversity of WollongongWollongong 2522Australia State Key Laboratory of Coal Resources and SafeMining China University of Mining and TechnologyXuzhou 221116China School of Energy and Safety Engineering Anhui Universityof Science and TechnologyHuainan 232001China School of Civil Engineering The University of QueenslandBrisbane 4072Australia

Under the efects of complex geological and stress environments,burst hazards continue to be a major challenge for underground space utilization and deep resources exploration as its occurrence can lead to personnel causalities,equipment damage and structural *** the stress path experienced by in-situ coal body,cyclic loading appears in quite various forms for instance shearer cutting,overlying strata breakage,hydro-fracturing and blasting,during tunnel,mining and underground space utilizing *** stability of the underground coal body subject to periodic loading/unloading stress is extremely important for maintain the function of designed engineering structure for waste storage,safe mining,roadway development,gas recovery,carbon sequestration and so *** mechanical properties of hard rock subject to cyclic fatigue loads has been intensively investigated by many researchers as the rock burst induced by supercritical loads has long been a safety risk and engineering problems for civil and tunneling engineering under deep *** recently,the mechanical properties of coal samples under cyclic fatigue loads is investigated from the aspect of hysteresis,energy dissipation and irreversible damage as the burst hazards of brittle coal is rising in many ***,the crack propagation and fracture pattern of brittle coal need more research to understand the micro mechanism of burst incubation subject to cyclic fatigue loads as brittle coal can store more elastic strain energy and rapidly release the energy when its ultimate strength once *** research studied the internal crack status corresponding to diferent cyclic fatigue loading stage of brittle coal *** AE monitoring was applied during the uniaxial and cyclic loading process of brittle coal samples to record the crack intensity of samples at diferent loading *** damage evolution curve corresponding to loading status was then *** fracture pattern

关键词： Fracture Crack Coal burst Acoustic emission Computed tomography

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青岛前海区域宏观地下空间形态演化机制

城市建筑 2024年第3期21卷 47-50页

作者：邵峰史平阳李少轩辛武唐宋世康青岛理工大学建筑与城乡规划学院山东地下空间标准化研究院有限公司青岛北洋建筑设计有限公司

随着城市的不断发展,环境、交通等问题日益突出,地下空间作为缓解城市问题的重要手段而日益得到重视。前海区域作为青岛近代城市建设的起点,在百年的发展过程中进行了大量的地下空间实践,为推动城市发展提供了重要动力,但也存在着规划... 详细信息

随着城市的不断发展,环境、交通等问题日益突出,地下空间作为缓解城市问题的重要手段而日益得到重视。前海区域作为青岛近代城市建设的起点,在百年的发展过程中进行了大量的地下空间实践,为推动城市发展提供了重要动力,但也存在着规划混乱、功能滞后等问题。为提高青岛地下空间可持续发展水平,通过分析不同要素构成的宏观地下空间形态的发展动力与演化过程,归纳前海区域宏观地下空间形态的演化轨迹,提出宏观地下空间形态的构成要素,以期为地下空间的开发利用提供理论机制,并为其他城市的地下空间发展提供实践参考。

关键词：地下空间空间形态演化机制宏观

自然与饱水状态下砂岩压缩破坏力学特性及声发射特征

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煤田地质与勘探 2022年第2期50卷 98-105页

作者：张寅李哲宋士康赵毅李皓辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 陕西正通煤业有限责任公司陕西咸阳712000

为研究自然与饱水状态下不同粒径砂岩损伤破坏过程中的力学特性和声发射特征,对自然和饱水状态下3种粒径砂岩进行单轴压缩试验和声发射试验,研究其单轴应力状态下力学特性和声发射特征。试验结果表明:在自然状态下,粗粒砂岩平均抗压强度... 详细信息

为研究自然与饱水状态下不同粒径砂岩损伤破坏过程中的力学特性和声发射特征,对自然和饱水状态下3种粒径砂岩进行单轴压缩试验和声发射试验,研究其单轴应力状态下力学特性和声发射特征。试验结果表明:在自然状态下,粗粒砂岩平均抗压强度为54.23 MPa,中粒砂岩为53.56 MPa,细粒砂岩为59.46 MPa;饱水后,粗粒砂岩平均抗压强度为35.62 MPa;中粒砂岩为31.79 MPa,细粒砂岩为29.10 MPa。饱水后,粗粒砂岩、中粒砂岩和细粒砂岩的弹性模量分别降低19.6%、32.7%和33.7%;泊松比分别增加9.6%、10.4%和19.5%。所有试样各阶段声发射能量曲线变化趋势与各阶段受力破坏程度具有较高的一致性,声发射能量峰值都出现在应力峰值附近,其中饱水后弹性变形阶段声发射总能量发生不同程度的减少,粗粒砂岩为67.4%,中粒砂岩为32.4%,细粒砂岩为29.3%。饱水试样损伤演化阶段较自然状态声发射总能量发生明显下降,粗粒砂岩最为明显,降幅为73.5%,中粒砂岩为36.0%,细粒砂岩为62.0%。饱水后失稳破裂阶段声发射能量值较自然状态依旧出现不同程度的减少,粗粒砂岩为30.7%,中粒砂岩为29.5%,细粒砂岩为38.3%。砂岩饱水后力学特性与声发射特征变化是试样微观结构变化在宏观层面的体现;用砂岩单轴破坏过程中声发射能量峰值可以很好地表征砂岩脆性,将为岩石脆性研究提供新的思路。

关键词：砂岩单轴压缩力学特性声发射特征脆性饱水

遗留煤柱扰动下服务巷道变形破坏机理及防冲技术

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煤矿安全 2022年第12期53卷 68-75页

作者：魏辉宋世康李杰山西工程技术学院山西阳泉045000

针对大面积遗留煤柱下伏煤层开采时出现的应力集中、巷道围岩变形、冲击破坏及支护困难等问题,采用理论分析和数值模拟对河北某矿上覆5煤层遗留煤柱扰动下8、9煤层应力分布规律及下伏巷道开挖稳定性进行了对比分析。研究表明:遗留煤柱... 详细信息

针对大面积遗留煤柱下伏煤层开采时出现的应力集中、巷道围岩变形、冲击破坏及支护困难等问题,采用理论分析和数值模拟对河北某矿上覆5煤层遗留煤柱扰动下8、9煤层应力分布规律及下伏巷道开挖稳定性进行了对比分析。研究表明:遗留煤柱承载上覆载荷后应力根据煤柱宽度由中部向两侧依次呈现出“双峰形”、“马鞍形”、“梯形”及“单峰形”分布形态,且在不规则部分应力集中程度更高,对底板煤层的扰动范围影响较大;遗留煤柱应力峰值最大值52MPa,应力传递至下伏煤层达到44 MPa,为原始应力的2.2倍,服务巷道开挖后应力为37 MPa,是原始应力1.8倍,增加了巷道围岩破坏程度和冲击地压危险性。通过加强支护和巷道围岩卸压等方式对遗留煤柱下伏服务巷道进行围岩控制,以保证残留煤柱内服务巷道的安全稳定运行。

关键词：遗留煤柱底板应力防冲技术扰动影响数值模拟

冲击地压频发区矿震破裂机制与震源参量响应规律

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煤炭学报 2022年第2期47卷 722-733页

作者：曹安业陈凡刘耀琪窦林名王常彬杨旭白贤栖宋士康中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室辽宁大连116024 中国矿业大学计算机科学与技术学院江苏徐州221116 陕西正通煤业有限责任公司陕西咸阳712000

矿震是冲击地压孕育及诱发的重要影响因素,研究矿震震源破裂机制对完善冲击地压致灾机理至关重要。为有效分析矿震震源破裂机制与震源参量响应特征,基于相对矩张量反演原理提出以震源群为单位反演矿震震源机制,并针对煤矿应用背景构建... 详细信息

矿震是冲击地压孕育及诱发的重要影响因素,研究矿震震源破裂机制对完善冲击地压致灾机理至关重要。为有效分析矿震震源破裂机制与震源参量响应特征,基于相对矩张量反演原理提出以震源群为单位反演矿震震源机制,并针对煤矿应用背景构建了反演矩阵,推导了反演所需最低射线数与震源数条件,优化了矿震震源破裂类型判识方法,提高了反演精度与效率,统计分析了褶皱构造区、深埋断层构造区以及高应力大巷煤柱区等3个冲击地压频发区矿震破裂机制与震源参量的响应规律。结果表明:矿震震源参量与破裂机制与其地质构造情况、震源层位以及应力环境等相关。褶皱构造区顶板型强矿震以拉张破裂占主导,煤体中强矿震以剪切破裂占主导,拉张型与剪切型矿震的震源破裂强度与应力调整程度差异较小,而拉张型矿震的扰动规模更大;深埋断层构造区拉张型矿震具有更强的破裂强度,剪切型矿震具有更大的扰动规模;高应力大巷煤柱区矿震震源类型以剪切破裂为主导,煤柱(体)极易在顶底板的夹持下沿应力优势方向发生连续性剪切破坏,剪切型矿震震源参量平均值(除视应力)明显高于拉张型矿震,表明剪切型矿震时冲击危险性显著高于拉张型矿震。不同条件下震源参量与破裂机制响应特征可为强矿震的精准判识和力学机制研究提供参考。

关键词：冲击地压矿震震源机制震源参量响应规律

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煤矿冲击矿压机理、监测预警及防控技术研究

工程地质学报 2021年第4期29卷 917-932页

作者：窦林名周坤友宋士康曹安业崔恒巩思园马小涛中国矿业大学深部煤炭资源开采教育部重点实验室徐州221116 中国矿业大学矿业工程学院徐州221116 陕西正通煤业有限责任公司咸阳712000 淄博矿业集团有限责任公司淄博255000

随开采深度不断增加,煤矿冲击矿压灾害形势严峻,冲击矿压机理、监测预警技术及防控技术的研究对于煤矿安全生产至关重要。论文系统总结了团队多年来研究成果及进展,提出了动静载叠加诱冲机理,基于动静载力源和能量主体划分了冲击矿压类... 详细信息

随开采深度不断增加,煤矿冲击矿压灾害形势严峻,冲击矿压机理、监测预警技术及防控技术的研究对于煤矿安全生产至关重要。论文系统总结了团队多年来研究成果及进展,提出了动静载叠加诱冲机理,基于动静载力源和能量主体划分了冲击矿压类型。提出了冲击危险"应力-震动-能量"三场耦合监测原理,建立了冲击危险应力场-震动场-能量场三场多参量综合监测预警技术体系,并构建了多参量带权重的时空预警模型,基于大数据和云平台技术,开发了冲击矿压风险智能判识与多参量监测预警云平台,实现冲击危险监测数据与防治措施信息的融合,提高了冲击危险监测预警效能,提出了冲击危险强度弱化减冲原理和巷道围岩强弱强结构原理,并给出了基于动静载的冲击矿压分类监测预警和防治方案。研究成果有力推动了冲击矿压研究进展,可为深部冲击矿压防治提供重要指导。

关键词：冲击矿压动静载叠加三场耦合监测云平台强度弱化减冲强弱强结构

导苗管式栽植机的试验研究(Ⅰ) 中国玉米育苗栽植机械化的现状与问题

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农业工程学报 1998年第1期14卷 103-107页

作者：封俊顾世康曾爱军宋卫堂刘亚佳胡鸿烈中国农业大学

玉米育苗栽植是提高复种指数或抵御苗期低温冷害，从而提高玉米产量的有效途径，而实现玉米育苗栽植机械化是推广这一农业技术的关键。文中着重分析了我国玉米育苗栽植机械化的现状，指出了目前存在的主要问题及其解决办法，认为只要将... 详细信息

玉米育苗栽植是提高复种指数或抵御苗期低温冷害，从而提高玉米产量的有效途径，而实现玉米育苗栽植机械化是推广这一农业技术的关键。文中着重分析了我国玉米育苗栽植机械化的现状，指出了目前存在的主要问题及其解决办法，认为只要将农业栽培技术与农业机械很好地结合起来。

关键词：玉米育苗栽植机械化栽植机

高承压水与深部应力耦合作用下顶板运移及应力显现规律

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煤矿安全 2023年第4期54卷 169-174页

作者：宋士康 REN Ting 冯海龙窦林名孙炳清张涛任康江陕西正通煤业有限责任公司陕西咸阳712000 伍伦贡大学土木采矿与环境工程学院澳大利亚新南威尔士州2522 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116

基于彬长矿区高家堡矿4^(#)煤深部工作面上方存在洛河组砂岩含水层的地质条件,探讨了含水层与动力灾害孕育的关系,介绍了彬长矿区4^(#)煤上方顶板含水层的形成原因和赋存状况;基于工作面涌水量数据,考证了工作面支架阻力与涌水量变化之... 详细信息

基于彬长矿区高家堡矿4^(#)煤深部工作面上方存在洛河组砂岩含水层的地质条件,探讨了含水层与动力灾害孕育的关系,介绍了彬长矿区4^(#)煤上方顶板含水层的形成原因和赋存状况;基于工作面涌水量数据,考证了工作面支架阻力与涌水量变化之间关系,阐述了涌水量变化与微震频次之间的时空关联特征,解释了微震与涌水之间时空关联及其产生机理。强调了工作面微震-涌水日报对防冲和防治水的重要意义;阐述了涌水增加后承压水运动在工作面产生的动静载,提出应重点关注水量突增后工作面的动力灾害危险。

关键词：动力灾害承压含水层顶板运移应力显现微震

深部巷道群高静载低扰动冲击矿压发生机制及防治技术

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煤炭技术 2022年第10期41卷 15-18页

作者：褚佳琪李家卓郝喜庆田利华宋士康郭鹏慧解文豪安徽理工大学矿业工程学院安徽淮南232001 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 合肥国家综合科学中心能源研究所合肥230031 枣庄矿业集团高庄煤业有限公司山东枣庄277599 山东能源淄矿集团正通煤业公司陕西咸阳713600

针对深部巷道群高静载低扰动下突发性冲击矿压的难题,以某煤矿一盘区大巷为工程背景,通过力学分析和数值模拟研究了深部巷道群高静载低扰动诱发冲击矿压的发生机制。结果表明:大巷之间相互影响,导致巷道间煤柱区域应力叠加,高能量积聚... 详细信息

针对深部巷道群高静载低扰动下突发性冲击矿压的难题,以某煤矿一盘区大巷为工程背景,通过力学分析和数值模拟研究了深部巷道群高静载低扰动诱发冲击矿压的发生机制。结果表明:大巷之间相互影响,导致巷道间煤柱区域应力叠加,高能量积聚在巷道顶底板内;巷道围岩蠕变使得围岩的长期强度降低,引起诱发冲击矿压的临界应力值降低,进而高静载水平下较小的动载扰动即可使叠加应力达到岩体承载极限,在能量达到岩体破坏的最小所需能量时,岩石产生自发性破坏,破坏后巷道围岩系统中的弹性余能转化为动能,造成巷道群冲击矿压发生。根据一盘区巷道群应力和能量分布区域和集中程度,采用大直径钻孔卸压和爆破卸压措施后,降低了应力和能量集中水平,卸压效果明显。

关键词：高静载低扰动冲击矿压蠕变能量