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Study on creep deformation and energy development of underground surrounding rock under four‐dimensional support

Deep Underground Science and Engineering 2024年第1期3卷 25-38页

作者： zhanguo ma Junyu Sun Peng Gong Pengfei Yan Nan Cui Ruichong Zhang School of Mechanics and Civil Engineering China University of Mining and TechnologyXuzhouChina State Key Laboratory of Intelligent Construction and Healthy Operation and maintenance of Deep Underground Engineering China University of Mining and TechnologyXuzhouChina Department of Mining Engineering Colorado School of MinesGoldenUSA

There is an urgent need to develop optimal solutions for deformation control of deep high‐stress roadways,one of the critical problems in underground *** previously proposed four‐dimensional support(hereinafter 4D support),as a new support technology,can set the roadway surrounding rock under three‐dimensional pressure in the new balanced structure,and prevent instability of surrounding rock in underground ***,the influence of roadway depth and creep deformation on the surrounding rock supported by 4D support is still *** study investigated the influence of roadway depth and creep deformation time on the instability of surrounding rock by analyzing the energy *** elastic strain energy was analyzed using the program redeveloped in *** numerical simulation results indicate that the combined support mode of 4D roof supports and conventional side supports is highly applicable to the stability control of surrounding rock with a roadway depth exceeding 520 *** the increase of roadway depth,4D support can effectively restrain the area and depth of plastic deformation in the surrounding ***,4D support limits the accumulation range and rate of elastic strain energy as the creep deformation time increases.4D support can effectively reduce the plastic deformation of roadway surrounding rock and maintain the stability for a long deformation period of 6 *** confirmed by in situ monitoring results,4D support is more effective for the long‐term stability control of surrounding rock than conventional support.

关键词： coal mines elastic strain energy four‐dimensional support large roadway depth long‐term stability control plastic deformation surrounding rock

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石灰岩微波致裂规律研究

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地下空间与工程学报 2024年第4期20卷 1191-1209页

作者：古傲林马占国文佳豪李阳陈达中国矿业大学力学与土木工程学院江苏徐州221008 浙江大学航空航天学院杭州310058 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点试验室江苏徐州221008 中国建设基础设施有限公司北京100089

为探求微波激励对坚硬石灰岩力学特性与致裂效果的影响,选取徐州地区典型石灰岩进行微波处理和单轴压缩试验,并建立二相岩模型开展数值试验,分析石灰岩的损伤程度随微波激励功率、时间的变化规律。结果表明:微波激励对石灰岩力学性质的... 详细信息

为探求微波激励对坚硬石灰岩力学特性与致裂效果的影响,选取徐州地区典型石灰岩进行微波处理和单轴压缩试验,并建立二相岩模型开展数值试验,分析石灰岩的损伤程度随微波激励功率、时间的变化规律。结果表明:微波激励对石灰岩力学性质的改变包括在两成分的交界面由温度应力引起细小裂缝,此外,微波功率恒定时,两成分交界面的温度增长梯度、应力增长梯度均与处理时间呈负相关;压缩破岩的最佳微波激励功率和时间为3.0 kW/m^(3)的微波处理岩石10 min;随着载荷作用点距中轴线的距离增加,各激励功率下的断裂应力曲线不断收缩,不同激励功率的效率趋于一致;3.0 kW/m^(3)作为岩石受微波激励的裂缝增长关键功率节点,对岩样不同区域裂缝增长梯度影响显著。研究结果可为坚硬石灰岩致裂工作提供参考。

关键词：石灰岩微波破岩单轴压缩微波激励最佳处理时间最佳处理功率

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基于压裂液自发吸入模型的页岩气压裂液滤失定量预测

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天然气工业 2024年第2期44卷 92-98页

作者：王琳琳蔺小博冷静怡周长静马占国肖元相中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院中国石油长庆油田公司油气工艺研究院巴黎高科路桥学院

非常规油气资源开发常使用水力压裂技术提高单井产量,然而压裂现场数据表明,大量压裂液会滞留在地层中导致压裂液的返排率较低,将对储层和地下水环境造成一定影响。为进一步研究压裂液滤失机理并准确预测压裂液滤失量,首先建立了由毛细... 详细信息

非常规油气资源开发常使用水力压裂技术提高单井产量,然而压裂现场数据表明,大量压裂液会滞留在地层中导致压裂液的返排率较低,将对储层和地下水环境造成一定影响。为进一步研究压裂液滤失机理并准确预测压裂液滤失量,首先建立了由毛细管力作用引起的压裂液自发吸入模型,然后对压裂液滤失量进行定量计算,并在现场进行了验证。最后,引入无量纲吸入率参数分析了控制压裂液滤失的关键因素。研究结果表明:(1)页岩气水平井压裂施工中大约50%~95%的压裂液通过基质吸入,压裂液吸入量仅与吸入率参数、裂缝面积和吸收时间有关;(2)当润湿相黏度与非润湿相黏度之比超过阈值时,吸入率参数主要由岩石的孔径分布参数决定,流体黏度的影响非常有限;(3)当孔径分布参数介于0.5~0.7时,吸入率参数达到相对较高的值,即更多的压裂液被吸收到地层中;(4)当润湿相黏度与非润湿相黏度之比大于10,孔径分布参数小于0.8时,优化后的自吸模型具有较大的适用性;(5)由毛细管力机理引起的压裂液滤失量与实际储层观察到的滤失量相近,可认为页岩储层有足够的存储滤失液的能力,不会影响地下水层中的饮用水。结论认为,建立的压裂液自发吸入模型,能够准确预测页岩气水平井压裂液滤失量,为非常规油气的生产及环境保护提供了技术支撑。

关键词：页岩气藏毛细管力滤失自发吸入吸入率参数流体黏度孔径分布参数

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复杂敏感环境城区隧道爆破振动及噪声控制技术

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爆破器材 2024年第2期53卷 50-55页

作者：种玉配李治国马占国刘书奎中铁隧道局集团特种高新技术有限公司上海201306 中铁隧道局集团有限公司广东广州511400 中国矿业大学力学与土木工程学院江苏徐州221116

为了避免和减少隧道爆破振动及噪声对复杂敏感环境城区的影响,以珠海板障山新增隧道为例,采用数值模拟和现场爆破试验的方法,对不同掏槽眼延期时间下既有隧道迎爆侧进行爆破振动监测。发现掏槽眼延期时间4 ms时,既有隧道迎爆侧爆破振速... 详细信息

为了避免和减少隧道爆破振动及噪声对复杂敏感环境城区的影响,以珠海板障山新增隧道为例,采用数值模拟和现场爆破试验的方法,对不同掏槽眼延期时间下既有隧道迎爆侧进行爆破振动监测。发现掏槽眼延期时间4 ms时,既有隧道迎爆侧爆破振速最小。同时,针对隧道进口段周边建筑物繁多、爆破噪声大、飞石迸溅的问题,进行了炮孔封堵和防飞石的试验。设计发明了一种新型炮孔堵塞装置,在装药量增大情况下,爆破噪声能够控制在允许范围内。在洞口采用联合防护门帘,减少了飞石迸溅的风险。可为复杂敏感环境城区隧道爆破振动和噪声控制提供参考。

关键词：敏感环境爆破振动爆破噪声电子雷管

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致密灰岩水平井复合缝网加砂压裂技术研究与矿场实践

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中国石油勘探 2024年第3期29卷 159-169页

作者：古永红周长静马占国肖元相何平曹庾杰杨尚儒低渗透油气田勘探开发国家工程实验室中国石油长庆油田公司油气工艺研究院陕西省西安市710018

鄂尔多斯盆地太原组石灰岩资源丰富,是长庆油田天然气勘探开发的重要接替领域。但由于储层致密、厚度薄、酸岩反应速率快等因素,以往多种酸压工艺均未能获得产量突破。为此,转变增产技术思路,强化裂缝扩展规律实验研究、压裂液及关键材... 详细信息

鄂尔多斯盆地太原组石灰岩资源丰富,是长庆油田天然气勘探开发的重要接替领域。但由于储层致密、厚度薄、酸岩反应速率快等因素,以往多种酸压工艺均未能获得产量突破。为此,转变增产技术思路,强化裂缝扩展规律实验研究、压裂液及关键材料研发配套、体积压裂模式精细刻画,形成“多段少簇密集造缝、酸压—加砂双元复合”为一体的水平井复合缝网加砂压裂技术。通过开展大露头压裂物理模拟实验,结合储层地质特点及岩石力学特征,明确储层高脆性、低两向水平主应力差、微裂缝发育特征,采用体积压裂工艺能够实现复杂缝网改造;集“深度酸压+大规模加砂”双重技术优势,构建“水力缝网+酸蚀裂缝”相结合的高导流裂缝流动通道,结合水平井密切割压裂大幅提高裂缝改造体积;针对石灰岩高杨氏模量、高破裂压力、高裂缝延伸压力、低裂缝宽度的三高一低特征,通过提高套管承压等级、差异化裂缝铺砂设计,形成多尺度小粒径连续加砂模式,解决了高杨氏模量储层加砂难问题;基于基质、壁面、裂缝三级伤害评价,研发低伤害变黏滑溜水体系,实现高杨氏模量储层造缝、成网、携砂需求。现场试验4口井,平均单井产量为59.7×10^(4)m^(3)/d,较酸压直井提高5~20倍以上,增产效果显著。目前,水平井复合缝网加砂压裂技术已成为太原组石灰岩水平井储层改造的主体技术,为该类气藏的勘探突破及有效开发提供了有力的技术保障。

关键词：鄂尔多斯盆地太原组致密灰岩酸压高杨氏模量水平井缝网加砂压裂

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拉拔过程中全长灌浆锚固系统能量演化规律

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工程建设 2024年第9期56卷 1-7页

作者：刘秀军马占国付文光中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室深圳市勘察测绘院(集团)有限公司深圳市工勘岩土集团有限公司

锚固系统的拔出破坏实质上是能量驱动的失稳破坏，能量演化规律能充分反映锚固系统的承载性状和失效破坏过程。为了揭示循环荷载作用下全长灌浆锚固系统变形破坏过程中的能量转化机制及损伤劣化过程，文章基于热力学第一定律，给出了锚... 详细信息

锚固系统的拔出破坏实质上是能量驱动的失稳破坏，能量演化规律能充分反映锚固系统的承载性状和失效破坏过程。为了揭示循环荷载作用下全长灌浆锚固系统变形破坏过程中的能量转化机制及损伤劣化过程，文章基于热力学第一定律，给出了锚固系统在拉拔过程中的输入能、弹性能、耗散能、阻尼能以及损伤能等能量计算公式，并结合某项目全长灌浆锚索的现场拉拔试验，系统地研究了拉拔过程中全长灌浆锚固系统内部的能量演化规律。研究结果表明：1)随着循环次数和拉拔荷载的增加，输入能、弹性能、阻尼能以及损伤能均在逐渐增加，当拉拔荷载接近于极限抗拔力时，损伤能会呈现出急速增加的现象；2)在拉拔过程中，弹性能的变化幅度较小，其占比始终维持在50%左右；3)阻尼能和损伤能的演化是一个“此消彼长”的过程，阻尼能的占比曲线呈倒“U”型，其占比总体来说维持在20%以下，而损伤能的占比曲线大体呈“U”型，且其随着荷载比的变化幅度相对较为明显；4)全长灌浆锚固系统在拉拔过程中会产生较大的塑性损伤能，该过程实际上是不断损伤、刚度逐渐劣化的过程。本文成果对全长灌浆锚固系统的设计、施工、检验及监测预警具有一定借鉴意义。

关键词：全长灌浆锚固系统拉拔试验滞回曲线能量演化规律热力学第一定律

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钢板加固螺栓球节点力学性能试验研究

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建筑结构 2024年第3期54卷 15-20,30页

作者：宫志群丁北斗马占国张峰赵胤琦张亮亮中国建设基础设施有限公司北京100029 中建华东投资有限公司徐州221005 中国矿业大学江苏省土木工程环境灾变与结构可靠性高校重点实验室徐州221116 中建市政工程有限公司北京100071

针对螺栓球节点高强螺栓漏拧、少拧的情况,实际工程中常采用焊接钢板加固螺栓球节点来保障螺栓球节点承载力。为探究钢板加固螺栓球节点的破坏形式及极限承载力规律,对三组高强螺栓拧入深度0.5d(d为螺栓直径)螺栓球节点采用钢板加固并... 详细信息

针对螺栓球节点高强螺栓漏拧、少拧的情况,实际工程中常采用焊接钢板加固螺栓球节点来保障螺栓球节点承载力。为探究钢板加固螺栓球节点的破坏形式及极限承载力规律,对三组高强螺栓拧入深度0.5d(d为螺栓直径)螺栓球节点采用钢板加固并进行受拉承载力试验。试验结果表明,钢板加固螺栓球节点虽能提高节点的承载力,但试件高强螺栓和钢板变形很难协调,共同受力不理想,易发生局部破坏。故对原有加固方法进行改进,并进行加固后螺栓球节点拉伸破坏试验。结果表明,改进后的钢板加固螺栓球节点力学性能得到很好的提升,可为螺栓节点加固提供保障。

关键词：螺栓球节点高强螺栓假拧节点加固

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Experimental study of the dynamic mechanical responses and failure characteristics of coal under true triaxial confinements

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International Journal of Mining Science and Technology 2023年第6期33卷 761-772页

作者： zhanguo ma Pengfei Yan Shixing Cheng Peng Gong Fuzhou Qi Jianguo Wang State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering China University of Mining and TechnologyXuzhou 221116China School of Mechanics and Civil Engineering China University of Mining and TechnologyXuzhou 221116China

Investigations on the dynamic mechanical properties and failure mechanisms of coal under in-situ stress is essential for the prevention of dynamic disasters in deep coal ***,a modified true triaxial Hopkinson bar was employed to explore the dynamic mechanical behaviors of coal at different confining pressures(0–20 MPa)and strain rates(40–220 s^(-1)).The results show that the dynamic peak stress is positively correlated with lateral static pre-stressσy andσz,but negatively correlated with axial static prestressσ*** approximate strain rates,increasing the lateral static pre-stress facilitates increasing the dynamic peak stress,but the minimum lateral static pre-stress is the primary factor limiting a significant increase in dynamic peak stress of ***,the dynamic differential stress is linearly related to the logarithm of strain rate,and the peak strain varies linearly with strain ***,there is no significant correlation between confining pressure and peak ***,X-ray CT images and photographic fracture observations of coal samples show the failure patterns under uniaxial and triaxial conditions are splitting failure and shear failure,*** device provides a viable approach for fully comprehending the dynamic mechanical behaviors of rock-like material in complex stress conditions.

关键词： Coal True triaxial SHPB test Dynamic mechanical properties Failure characteristics

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Growth characteristics of spherical titanium oxide nanoparticles during the rapid gaseous detonation reaction

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Particuology 2016年第3期14卷 102-107页

作者： Ning Luo Hongwen Jing zhanguo ma Yingchao Wang Guilei Sun Weidong Liu State Key Laboratory for Geo-mechanics and Deep Underground Engineering School of Mechanics and Civil Engineering China University of Mining and Technology Xuzhou 221116 China Laboratory for Precision and Nano Processing Technologies School of Mechanical and Manufacturing Engineering The University of New South Wales Sydney 2052 Australia Department of Safety Engineering China Institute of Industrial Relations Beijing 100048 China

The nanosize grain growth characteristics of spherical single-crystal titanium oxide （TiO2） during the rapid gaseous detonation reaction are discussed. Based on the experimental conditions and the Chapman-Jouguet theory, the Kruis model was introduced to simulate the growth characteristics of spherical TiO2 nanoparticles obtained under high pressure, high temperature and by rapid reaction. The results show that the numerical analysis can satisfactorily predict the growth characteristics of spherical TiO2 nanoparticles with diameters of 15-300 nm at different affecting factors, such as concentration of particles, reaction temperature and time, which are in agreement with the obtained experimental results. We found that the increase of the gas-phase reaction temperature, time, and particle concentration affects the growth tendency of spherical nanocrystal TiO2, which provides effective theoretical support for the controllable synthesis of multi-scale nanoparticles.

关键词： Gaseous phase detonation chemistry Chapman-Jouguet theoryKruis model Particle growth characterization

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Roadway deformation during riding mining in soft rock

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International Journal of Mining Science and Technology 2012年第4期22卷 539-544页

作者： Zhao Guozhen ma zhanguo Zhu Qinghua mao Xianbiao Feng Meimei State Key Laboratory of Geomechanics and Deep Underground Engineering China University of Mining&TechnologyXuzhou 221008China School of Mechanics and Civil Engineering China University of Mining&Technology Xuzhou 221008China Zhangshuanglou Mine of Xuzhou Mine Group Xuzhou 221616China

"Riding mining" is a form of mining where the working face is located above the roadway and advances parallel to *** mining in deep soft rock creates a particular set of problems in the roadway that include high stresses,large deformations,and support *** we describe a study of the rock deformation mechanism of a roadway as observed during riding mining in deep soft *** analysis,numerical simulations,and on site monitoring were used to examine this *** stress in the rock and the visco-elastic behavior of the rock are *** time data,recorded over a period of 240 days,were taken from a 750 transportation *** distributions in the rock surrounding the roadway were studied by comparing simulations to observations from the *** rock stress shows dynamic behavior as the working face *** pressure increases and then drops after peaking as the face *** elastic and plastic deformation of the surrounding rock *** deformation provides a mechanism by which stress in the rock relaxes due to material flow.A way to rehabilitate the roadway is suggested that will help ensure mine safety.

关键词： Soft rock roadwayDeformation mechanismPartition broken rockViscoelastic-plastic analysis

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