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流变扰动条件下红砂岩敏感邻域范围试验研究

煤炭学报 2024年

作者：王波田志银马世纪任永政高翔宇孙宏旭黄万朋王军山东建筑大学土木工程学院山东科技大学能源与矿业工程学院华北科技学院应急管理与技术学院

在扰动载荷作用下，处于“敏感邻域”内的流变岩体容易发生变形破坏，为深入研究围压对扰动“敏感邻域”范围的影响规律，以红砂岩为研究对象，使用RRTS-IV型岩石流变扰动效应试验系统，对不同围压和轴压作用下的流变岩体进行扰动冲击... 详细信息

在扰动载荷作用下，处于“敏感邻域”内的流变岩体容易发生变形破坏，为深入研究围压对扰动“敏感邻域”范围的影响规律，以红砂岩为研究对象，使用RRTS-IV型岩石流变扰动效应试验系统，对不同围压和轴压作用下的流变岩体进行扰动冲击试验，观察轴向扰动应变随轴压的变化规律，并分析不同围压条件下“敏感邻域”的变化情况，利用核磁共振分析系统，对比分析流变岩体在不同围压条件下，处于敏感区和非敏感区的流变岩体在扰动前后的孔隙率、T2谱曲线、谱峰面积和孔径分布的变化规律。试验结果表明:(1)当围压保持恒定，轴向扰动应变值随轴压的增大呈现出先降后升的非线性趋势，且当作用于流变岩体上的轴压越接近于该围压条件下的长期强度时，动态扰动所产生的轴向扰动应变值越大。(2)处于不同围压条件下流变岩体，会存在一个敏感过渡点(σm)，它决定了流变岩体对动态扰动的敏感程度。当σ1＜σm时，流变岩体的敏感程度随轴压的增大而减小，当σ1≥σm时，流变岩体的敏感程度随轴压的增大而增大，并根据流变岩体的敏感程度不同划分出3个敏感区域：R1非敏感区、R2敏感区和R3蠕变破坏区。(3)确定了敏感邻域的范围(Δσ)应介于长期强度(σP)与敏感过渡点强度(σm)两者之间，并通过计算不同围压条件下“敏域比”的变化情况，发现围压对岩体内部裂纹扩展的抑制作用和损伤阈值的提高并非线性增加的，而是呈现出一种减速增长的趋势。(4)当流变岩体处于敏感区时，外部扰动冲击会导致岩体内部产生新的微小孔隙，且在扰动冲击的作用下岩体内部的微小孔隙会逐渐贯通、扩展为新的大孔径孔隙，使得岩体内部的孔隙数量增大，同时外部扰动冲击对岩体内部孔隙发育的影响也会随着围压的增大而逐渐降低。(5)当流变岩体处于非敏感区时，外部扰动冲击会使得岩体内部的大孔隙发生闭合，致使岩体内部的总孔隙数量减少，同时，岩体内部新生微小孔隙的形成速率和大孔隙的闭合速率都会随着围压的增大而逐渐降低。研究成果对于丰富三轴岩石流变扰动效应相关理论具有重要的现实意义。

关键词：三轴流变扰动试验扰动应变敏感邻域扰动损伤孔隙发育

轨道交通常态安全防范与应急教育体系构建——从国内外城市典型灾害与事故案例谈起

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防灾博览 2024年第2期 4-11页

作者：李健华北科技学院、应急管理大学(筹)

安全与应急教育的基本出发点。近年来,我国每年都不间断地开展安全月活动。习近平总书记多次强调要自觉把维护公共安全放在贯彻落实总体国家安全观中来思考,放在推进国家治理体系和治理能力现代化中来把握。历年来的安全月活动主题丰富... 详细信息

安全与应急教育的基本出发点。近年来,我国每年都不间断地开展安全月活动。习近平总书记多次强调要自觉把维护公共安全放在贯彻落实总体国家安全观中来思考,放在推进国家治理体系和治理能力现代化中来把握。历年来的安全月活动主题丰富多样,且始终都突出以人为本、安全第一的核心理念。从系统工程角度分层解析,安全的表象层反映的是质量、效率、产出、成本和持续能力,中间层是规章、制度、规范为代表的约束条件和规则,基础层则是文明和秩序。我们强调人人讲安全,个个会应急,一定要深刻理解其中的深意与内涵。

关键词：教育体系构建应急教育安全月活动事故案例公共安全总体国家安全观安全防范国家治理体系和治理能力现代化

基于EMD-SVD的矿山微震信号降噪方法及其应用

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安全与环境工程 2024年第3期31卷 110-119页

作者：朱权洁隋龙琨陈学习欧阳振华刘晓辉华北科技学院应急技术与管理学院河北三河065201 华北科技学院矿山安全学院河北三河065201

为了提高微震监测技术对微震信号分析处理的准确性,充分提取微震信号波形中的有效信息,针对矿山微震信号非平稳、非线性的特点,提出了一种基于经验模态分解(EMD)和奇异值分解(SVD)的联合降噪方法。该方法首先通过EMD分解获得信号的IMF分... 详细信息

为了提高微震监测技术对微震信号分析处理的准确性,充分提取微震信号波形中的有效信息,针对矿山微震信号非平稳、非线性的特点,提出了一种基于经验模态分解(EMD)和奇异值分解(SVD)的联合降噪方法。该方法首先通过EMD分解获得信号的IMF分量,利用相关系数、方差贡献率和相似度对IMF分量进行了优选;然后使用优选后的IMF分量重构一维微震信号时间序列的相空间数据,经过SVD分解后,利用奇异值能量百分比确立了SVD重构阶数,并根据SVD恢复原理得到了降噪后的一维微震时间序列;最后以山东某矿现场矿山爆破为例,采用不同降噪方法对3类典型微震信号进行了降噪处理,并对其降噪效果进行了对比分析。结果表明,EMD-SVD降噪方法与传统降噪方法相比,其平均信噪比提高了35%,平均均方根误差降低了50%,有效剔除了微震信号的噪声分量,保留了信号的特征信息。该研究对分析矿山微震信号、微震事件定位及煤矿动力灾害监测具有重要意义。

关键词：矿山安全微震监测技术微震信号降噪经验模态分解奇异值分解

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长直管道预混气体爆燃波系演化过程研究

中国安全科学学报 2024年第3期34卷 55-62页

作者：胡洋陶红宋民航吕硕张海霞华北科技学院安全工程学院河北廊坊065201 应急管理部工业安全事故分析与监测预警重点实验室河北廊坊065201

为减少工业场所可燃气体生产、运输和储存过程中气体爆炸事故的发生,利用自主搭建的200 mm×200 mm×35 m方形管道和直径为90 mm、长度为10 m的圆形管道,在相同的初始条件下,运用体积分数为9.5%的甲烷/空气预混气体开展爆炸试验,结合压... 详细信息

为减少工业场所可燃气体生产、运输和储存过程中气体爆炸事故的发生,利用自主搭建的200 mm×200 mm×35 m方形管道和直径为90 mm、长度为10 m的圆形管道,在相同的初始条件下,运用体积分数为9.5%的甲烷/空气预混气体开展爆炸试验,结合压力、火焰传感器对其进行研究。结果表明:2种不同尺度、不同截面的管道中波系演化过程是相同的,点火后火焰由层流向湍流转变,火焰加速导致压缩波相互追赶,最终形成强激波;速度在2种长直管道中的变化趋势相同,都经历了加速—减速—再加速—再减速的过程,方管和圆管中火焰速度最大分别达到69和35.7 m/s,第一道压缩波经壁面反射后压力上升至117%和114%;当反射波与火焰阵面耦合作用时,方管和圆管中火焰速度分别降至73%和93%;体积分数相同的条件下,2种长直管道中第一道压缩波的最大压力值相近,方管中为65.45 kPa,圆管中为67.09 kPa。

关键词：长直管道预混气体爆燃波系演化压力波

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流变扰动效应下红砂岩敏感邻域范围试验研究

煤炭科学技术 2024年

作者：王波任永政田志银马世纪高翔宇孙宏旭王军黄万朋山东建筑大学土木工程学院华北科技学院应急技术与管理学院山东科技大学能源与矿业工程学院华北科技学院矿山安全学院

深部岩体受到“强扰动”和“高地压”的影响，失稳致灾的风险逐渐增加。开展流变扰动效应理论研究是深部岩体稳定性控制的关键环节。其中，岩石流变扰动效应敏感邻域范围的识别与分析是重要组成部分。本研究在不同围压条件下通过细分红... 详细信息

深部岩体受到“强扰动”和“高地压”的影响，失稳致灾的风险逐渐增加。开展流变扰动效应理论研究是深部岩体稳定性控制的关键环节。其中，岩石流变扰动效应敏感邻域范围的识别与分析是重要组成部分。本研究在不同围压条件下通过细分红砂岩流变的轴向应力等级，选取岩石流变扰动效应下具有标志性的累计残余变形发展阶段（衰减阶段、近似等速阶段及加速阶段），结合流变扰动效应下其与岩石微观孔隙结构动力响应的一致相关性，多角度分析红砂岩流变扰动效应敏感邻域的演化特征。研究结果表明：①在不同围压条件下，红砂岩流变扰动累计残余变形的发展阶段表现出与静态流变相似的特征。随着围压的增加，其不同阶段的反应特征和速率都会发生显著变化，从而对岩体的稳定性和强度产生一定影响。②利用岩石流变扰动敏感性相关系数，进一步将红砂岩流变扰动敏感邻域划分为弱敏感区和强敏感区，并指出弱敏感区应作为流变岩体稳定性防护的关键阶段。③综合不同围压条件下的宏微观损伤演化特征响应分析，围压增大会导致红砂岩流变扰动敏感邻域范围的收缩和弱敏感区间的减少，加速了向强敏感区的特征转化。同时，随着围压的增大处于强敏感邻域内红砂岩的破坏发育速率也随之增大。本研究通过岩石流变扰动效应下对红砂岩微观孔隙结构和宏观变形量动力响应的综合分析，多角度揭示红砂岩流变扰动效应敏感邻域的动态演化特征，为深部岩体的安全开采和稳定性评估提供理论依据。

关键词：岩石流变扰动效应扰动敏感邻域强敏感区弱敏感区敏感邻域演化特征

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热压型煤成型条件优化试验研究方法

煤炭学报 2024年第2期49卷 739-752页

作者：许江贾立甘青青彭守建闫发志王旭戴诗杰焦峰李奇贤陈月霞重庆大学煤矿灾害动力学与控制全国重点实验室重庆400044 江西理工大学应急管理与安全工程学院江西赣州341000 太原理工大学安全与应急管理工程学院山西太原030024 煤炭科学研究总院北京100013 华北科技学院应急技术与管理学院河北廊坊065201

针对当前煤矿瓦斯动力学物理模拟试验中型煤材料存在低强度和高渗透率问题,建立了一套热压型煤成型条件优化试验研究方法。首先,自主研发了热压型煤试验系统,并对试验系统优势和今后改进方向进行了汇总,同时基于Horsfield致密堆积理论... 详细信息

针对当前煤矿瓦斯动力学物理模拟试验中型煤材料存在低强度和高渗透率问题,建立了一套热压型煤成型条件优化试验研究方法。首先,自主研发了热压型煤试验系统,并对试验系统优势和今后改进方向进行了汇总,同时基于Horsfield致密堆积理论创建了型煤材料最优配制方案,最后形成了以马氏距离度量法和黄金分割法相结合的成型条件优化方法。为了验证试验方法的效果,通过控制成型温度为311.8℃、升温速率为5℃/min和保温时间为5.3 h,开展了不同成型压力条件下热压型煤试验研究,研究了不同成型压力条件下的热压型煤微观结构、物理力学特性和渗透特性等响应特征。结果表明:增加成型压力,总孔隙度逐渐减小,单轴抗压强度呈先增大后减少的变化趋势,破坏形式以块状剥落和纵向破裂为主,初始渗透率呈先减小后增大、最小渗透率则呈先减后增再减的变化趋势。以各成型条件的具体数值为试验点、热压型煤和原煤的关键参数为评价参量构建样本矩阵,计算各成型条件下热压型煤和原煤之间的马氏距离,再结合黄金分割法对试验区间进行优化求解,优化后的最佳成型压力为80 MPa,在此成型条件下制作的热压型煤密度、单轴抗压强度和初始渗透率分别为1.137 g/cm^(3)、12.21 MPa、1.32×10^(-15)m^(2),与原煤的1.132 g/cm^(3)、12.83 MPa、1.08×10^(-15)m^(2)相似性极高,达到了提高型煤强度、降低型煤渗透率的目的。

关键词：煤矿瓦斯热压型煤单轴抗压强度渗透率

基于社会−技术系统的城市管道燃气安全治理分析

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上海城市管理 2024年第4期33卷 80-89页

作者：颜烨李蔚然应急管理大学(筹)华北科技学院校区河套学院

为了系统、科学、协同开展城市安全治理,增强城市发展韧性,基于社会-技术系统理论视角,采取个案分析方法,构建相应的分析模型,对当前中国城市面临突出的管道燃气安全问题及其严重影响进行分析。结果显示:该领域(系统)安全生产尚处于初... 详细信息

为了系统、科学、协同开展城市安全治理,增强城市发展韧性,基于社会-技术系统理论视角,采取个案分析方法,构建相应的分析模型,对当前中国城市面临突出的管道燃气安全问题及其严重影响进行分析。结果显示:该领域(系统)安全生产尚处于初级阶段,事故频发尚为冰山一角,问题相当突出。究其原因,从社会系统角度看,既有历史遗留问题,也有城镇化加速发展、投入欠缺、安全文化氛围不浓厚等因素,还面临安全技术基础薄弱等严峻的现实挑战。结论认为:全社会应该坚持统筹发展与安全的“有机系统”思想,在基本理念、安全监管、法规制度、技术改造、安全投入、社会文化等方面多管齐下,推进全国上下同步反思、同步改革,尤其要在顶层设计、具体监管和技术创新三个层面强化科学的系统治理。

关键词：城市管道燃气安全治理社会-技术系统城市韧性发展

复杂巷道结构烟气蔓延实验平台开发及教学实践应用

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实验技术与管理 2024年

作者：司俊鸿杨泽林李林杨博华北科技学院应急技术与管理学院辽宁工程技术大学安全科学与工程学院

针对矿井通风网络结构复杂，火灾烟气蔓延控制难度大的问题，自主研发了一个复杂巷道结构烟气蔓延实验平台，开展了以联巷相对火源的位置为变量的烟气蔓延实验，采用色图法直观展示了巷道烟气温升和CO浓度动态变化过程。研究结果表明，... 详细信息

针对矿井通风网络结构复杂，火灾烟气蔓延控制难度大的问题，自主研发了一个复杂巷道结构烟气蔓延实验平台，开展了以联巷相对火源的位置为变量的烟气蔓延实验，采用色图法直观展示了巷道烟气温升和CO浓度动态变化过程。研究结果表明，联巷距离火源较近工况下联巷烟气分流现象显著，火灾危险性大。火源区域温升波及范围随着联巷相对火源距离的增加而增大，而联巷和辅助通风巷温升随着距分岔口距离的增加而降低。平台经功能化测定后将其推广应用至开放性实验教学。实践结果表明，学生成绩向良好以上级别迁移，基于开发平台的开放性实验教学模式效果良好，有助于激发学生自主学习的内在驱动力，提升实践能力和创新能力。

关键词：矿井火灾巷道结构烟气蔓延实验教学平台开放性实验

基于基元反应的气液两相协同抑爆阻燃效果分析

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中国安全科学学报 2024年第3期34卷 101-108页

作者：张莉聪李斯曼华北科技学院安全工程学院河北廊坊065201

为提高惰性气体-细水雾的协同抑爆阻燃效率,基于光谱试验,采用理论分析和Fluent、CHEMKIN-PRO等数值模拟方法,研究N_(2)-细水雾在不同喷射位置、不同喷射压力下,基元反应和典型自由基(H·和·OH)摩尔分数在抑爆阻燃过程中的变化。研究... 详细信息

为提高惰性气体-细水雾的协同抑爆阻燃效率,基于光谱试验,采用理论分析和Fluent、CHEMKIN-PRO等数值模拟方法,研究N_(2)-细水雾在不同喷射位置、不同喷射压力下,基元反应和典型自由基(H·和·OH)摩尔分数在抑爆阻燃过程中的变化。研究结果表明:交错喷射N_(2)和细水雾比对流喷射和平行喷射具有更好的协同抑爆阻燃效果;在模拟管道条件下,N_(2)和细水雾喷射压力分别达到4.5、2 MPa时才具备良好的抑爆阻燃效果,此时H·和·OH的摩尔分数最大值分别为0.0064和0.0069。根据尺度效应,喷射压力应用于实际甲烷爆炸火灾发生区域,H·和·OH摩尔分数可作为消防行业现行火灾自动灭火系统运作过程中的监测参数,以其数量变化作为灭火进程的参考。

关键词：基元反应气液两相协同抑爆阻燃效果 Fluent