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中等强度运动对去卵巢大鼠骨组织自噬水平的影响

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中国组织工程研究 2024年第20期28卷 3130-3136页

作者：李荀张伟超李英杰柳荣田雪文张鹏翼王孝强山东体育学院运动与健康学院山东省济南市250102 山东体育学院研究生教育学院山东省济南市250102 山东科技大学医务室山东省青岛市266590 山东体育学院体育科学研究院山东省济南市250102

背景:运动是防治骨质疏松症的有效方式,但仍不清楚其影响绝经后骨质疏松的机制是否与骨自噬水平改变有关。目的:观察运动经细胞自噬对去卵巢大鼠骨组织形态和力学性能的影响,从自噬的角度来探讨运动对去卵巢大鼠骨量的作用机制。方法:... 详细信息

背景:运动是防治骨质疏松症的有效方式,但仍不清楚其影响绝经后骨质疏松的机制是否与骨自噬水平改变有关。目的:观察运动经细胞自噬对去卵巢大鼠骨组织形态和力学性能的影响,从自噬的角度来探讨运动对去卵巢大鼠骨量的作用机制。方法:建立去卵巢大鼠模型,进行为期24周的中等强度有氧运动干预。实验后使用ELISA法测定血清雌二醇水平,micro-CT检测胫骨皮质骨、松质骨骨密度以及骨微结构,三点弯曲实验检测胫骨生物力学指标,透射电镜观察自噬体,Western blot分析LC3、ATG7蛋白表达。结果与结论:①去卵巢安静组大鼠血清雌二醇水平显著低于假手术安静组和去卵巢运动组(P去卵巢运动组>假手术安静组>假手术运动组;③各组大鼠骨密度、骨量均显著增加(P<0.01),但去卵巢安静组增加程度明显低于其他组,去卵巢运动组增加程度明显高于去卵巢安静组;④与假手术安静组相比,假手术运动组大鼠的胫骨松质骨骨密度显著增加(P<0.01),去卵巢安静组和去卵巢运动组显著降低(P<0.01);⑤去卵巢安静组大鼠骨体积分数、骨小梁数量、松质骨骨密度显著低于去卵巢运动组(P<0.05),骨小梁厚度极显著低于去卵巢运动组(P<0.01),骨小梁模式因子、骨小梁分离度、结构模型指数显著高于去卵巢运动组(P<0.01);⑥与去卵巢安静组相比,去卵巢运动组LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ和ATG7蛋白的相对表达量显著增加(P<0.05);与假手术安静组相比,假手术运动组大鼠骨组织中自噬体数量增加(P<0.05);与去卵巢安静组相比,去卵巢运动组大鼠骨组织中自噬体数量增加(P<0.05)。由此可见,中等强度跑台运动可通过提高去卵巢大鼠血清雌二醇水平和骨组织自噬水平,改善其胫骨松质骨的骨微结构和骨生物力学性能,增加骨量。

关键词：中等强度运动跑台运动去卵巢大鼠雌二醇骨组织自噬

基于RSM的超细水泥注浆材料配比及性能优化模型

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煤炭科学技术 2024年第8期52卷 146-158页

作者：刘伟韬吴海凤申建军山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590 山东航空学院化工与安全学院山东滨州256600

注浆堵水技术已成为水害措施防范向工程治理不可缺少的技术之一,超细材料的研究也成为了目前注浆材料发展的新方向。为了解决矿井水害注浆治理工程中注浆材料优选和配比优化问题,采用单因素试验与响应曲面法(RSM)相结合的方法进行超细... 详细信息

注浆堵水技术已成为水害措施防范向工程治理不可缺少的技术之一,超细材料的研究也成为了目前注浆材料发展的新方向。为了解决矿井水害注浆治理工程中注浆材料优选和配比优化问题,采用单因素试验与响应曲面法(RSM)相结合的方法进行超细水泥注浆材料优化配比研究。首先通过单因素试验对不同水灰比、硅灰(SF)掺量及高效聚羧酸减水剂(PCS)掺量条件下浆液黏度、泌水率及7 d单轴抗压强度进行分析,以确定RSM最佳基准水平,其次构建以浆液黏度、泌水率及7 d单轴抗压强度为响应目标的二次多项式预测模型,结合方差、残差及响应曲面分析各响应变量对响应目标的影响规律,确定注浆材料最优配比。通过单因素试验结果对比分析,发现最优水灰比、SF掺量及PCS掺量分别为1∶1、35%及0.3%。通过RSM研究发现,浆液黏度、泌水率及7 d单轴抗压强度不仅受单一因素影响,且存在多因素交互作用。根据建立的二次多项式响应面回归预测模型可知,当水灰比、SF掺量及PCS掺量分别为0.7∶1、38%及0.2%时,注浆材料性能最优,其回归模拟预测浆液黏度、泌水率及7 d单轴抗压强度分别为210.82 mPa·s、1.0%及12.22 MPa。通过室内试验,其结果与预测模型结果吻合度较高,进一步验证了模型的可靠性,证明了该模型能够用于注浆材料优化配比设计研究。

关键词：响应曲面法超细水泥浆体陷落柱边缘岩体注浆堵水注浆材料

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应力波作用下隧洞顶板围岩块体失稳滑动解析理论研究

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力学学报 2024年第1期56卷 183-197页

作者：王晓山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590

由于地质结构和开挖面的影响,隧洞围岩通常被切割成不同形状和尺寸的块体.其中,一些关键块体在开挖卸载后仍然保持稳定,但当受到应力波(如爆破振动和地震等)的干扰时可能会失去稳定性并滑动.基于应力波传播理论推导了隧洞围岩顶板矩形... 详细信息

由于地质结构和开挖面的影响,隧洞围岩通常被切割成不同形状和尺寸的块体.其中,一些关键块体在开挖卸载后仍然保持稳定,但当受到应力波(如爆破振动和地震等)的干扰时可能会失去稳定性并滑动.基于应力波传播理论推导了隧洞围岩顶板矩形关键块体动力失稳滑动解析模型,在计算块体滑动位移过程中,考虑了块体间节理的不同闭合-张开模式,并采用线弹性模型和库仑滑移模型来描述节理的法向和切向行为.通过UDEC数值模型验证了解析模型的有效性和可靠性.随后,基于解析模型探讨了可能影响块体失稳滑动的参数.研究结果表明:在应力波作用下,隧洞围岩块体间节理面会闭合-张开,在张开过程中节理面的摩擦力会逐渐降低,甚至为零,块体间节理面的超低摩擦和无摩擦阶段对块体滑动位移的影响最大;当应力波垂直作用于围岩块体结构面且强度足以诱使节理面张开时,影响块体滑动位移较大的参数是节理面初始法向应力、应力波振幅、频率和块体岩性,单周期正弦应力波下块体滑动位移的变化在0.659~1.502 mm之间;其次为节理初始法向刚度、块体尺寸,块体滑动位移的变化在0.15~0.168 mm之间.

关键词：应力波围岩块体失稳滑动节理解析模型

基于砂型3D打印的复杂节理岩体变形破坏特征试验研究

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岩石力学与工程学报 2024年第3期43卷 754-767页

作者：王文海蒋力帅何鑫王宗可赵烨山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590

复杂节理岩体变形破坏特征对于指导工程岩体稳定性控制具有重要理论意义和工程价值。为了克服浇筑法难以制备复杂节理试件的局限以研究节理密度对岩体变形破坏特征的影响,采用砂型3D打印技术制备基于Monte-Carlo法的含复杂节理岩体试件... 详细信息

复杂节理岩体变形破坏特征对于指导工程岩体稳定性控制具有重要理论意义和工程价值。为了克服浇筑法难以制备复杂节理试件的局限以研究节理密度对岩体变形破坏特征的影响,采用砂型3D打印技术制备基于Monte-Carlo法的含复杂节理岩体试件,通过单轴压缩试验与数字图像相关技术(DIC)相结合,研究复杂节理密度对岩体力学特征、破裂演化过程及破坏模式的影响规律,探究复杂节理对岩体的劣化效应。结果表明:随着节理密度的增加,峰值强度和峰值应变呈指数型减小,弹性模量呈线性减小;峰前总能量、弹性应变能、耗散能和峰后盈余能量均呈指数减小,而峰后释放能则呈线性减小;节理的位置和倾角共同影响着试件裂纹产生及延伸,随着节理密度的不断增加,试件破坏所产生的裂纹更易沿着特定路径扩展,节理对裂纹扩展控制作用增强。研究成果能够为复杂节理岩体力学试验的进一步研究提供新的研究思路,为复杂节理岩体变形破坏机制与稳定性分析提供理论依据。

关键词：岩石力学砂型3D打印复杂节理岩体节理密度力学特性破坏特征

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蚀变型金矿石水力压裂裂缝起裂扩展规律实验研究

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岩石力学与工程学报 2024年第S1期43卷 3321-3332页

作者：于骞刘江伟陈绍杰李亚康山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590

蚀变型金矿石水压裂缝起裂扩展规律对水力压裂开采金矿具有重要意义,开展不同注水流量、不同最小水平主应力、不同注水孔与节理面夹角的蚀变型金矿石真三轴水力压裂实验。结果表明:(1)当蚀变型金矿石水平主应力差为1~3 MPa时,起裂应力为... 详细信息

蚀变型金矿石水压裂缝起裂扩展规律对水力压裂开采金矿具有重要意义,开展不同注水流量、不同最小水平主应力、不同注水孔与节理面夹角的蚀变型金矿石真三轴水力压裂实验。结果表明:(1)当蚀变型金矿石水平主应力差为1~3 MPa时,起裂应力为22.2~40.0 MPa;注水流量从5 mL/min增大到15,30 mL/min,起裂应力从16.53 MPa分别增大17.4%,34.3%;最小水平主应力从4 MPa增大到5,6 MPa,起裂应力从22.20 MPa分别增大37.4%,80.2%;注水孔与节理面夹角从0°增大到45°,90°,起裂应力从22.20 MPa分别增大6.3%,24.9%;在相近的地应力条件下,蚀变型金矿石比煤岩、灰岩、砂岩、页岩等沉积岩起裂应力更大;(2)蚀变型金矿石水压裂缝按扩展路径可分为直线扩展和折线扩展2种模式;注水流量从5 mL/min增大到15,30 mL/min,裂缝扩展方向与最小水平主应力方向垂直程度增高,转向次数由2次均减少至0次;最小水平主应力从4 MPa增大到5,6 MPa,裂缝转向次数由0次增加至1和3次,转向角度增大;注水孔与节理面夹角从0°增大到45°,90°,裂缝扩展方向受节理面干扰程度增大并偏向节理面扩展;蚀变型金矿石水压裂缝多为主裂缝,次级裂缝发育少分布简单,沉积岩次级水压裂缝数量多且分布复杂;(3)蚀变型金矿石裂缝面按照形貌特征可分为平滑裂缝面和粗糙裂缝面;注水流量从5 mL/min增大到15,30 mL/min,裂缝面凸起变小,凸起面积占裂缝面面积由63%降低至45%,0;最小水平主应力从4 MPa增大到5,6 MPa,凸起面积占裂缝面面积由0增至40%,45%;注水孔与节理面夹角从0°增大到45°,90°,裂缝面均保留节理面形貌特征且平滑无凸起;蚀变型金矿石裂缝面粗糙,而沉积岩裂缝面较平滑。

关键词：采矿工程蚀变型金矿石水力压裂起裂应力扩展规律形貌特征

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采动力学与岩层控制关键理论及工程应用

煤炭学报 2024年第1期49卷 16-35页

作者：宋振骐文志杰蒋宇静蒋金泉石永奎山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590 贵州大学矿业学院贵州贵阳550025 长崎大学工学研究科日本长崎852-8521

研究岩体采动力学响应和岩层控制技术对促进煤炭安全高效开采、保障能源稳定供给具有重要意义,是实现煤炭资源科学开采的理论基础。矿山岩体灾害(围岩变形、冲击地压等)频发,其形成-演化-发生全过程与采动力演化分布、岩层运动、开采扰... 详细信息

研究岩体采动力学响应和岩层控制技术对促进煤炭安全高效开采、保障能源稳定供给具有重要意义,是实现煤炭资源科学开采的理论基础。矿山岩体灾害(围岩变形、冲击地压等)频发,其形成-演化-发生全过程与采动力演化分布、岩层运动、开采扰动和能量演化密切相关。基于实用矿山压力控制理论,提出并阐述了采场岩层控制进展与控制准则,建立了定量分析的力学模型和设计方法,发展了针对性的岩体灾害控制技术,并创新研制了配套试验研究装备。采动力学与岩层控制理论将岩层控制分为采场岩层控制和巷道围岩控制;提出控制或利用采动岩层运动改变致灾条件,给出“给定变形”和“限定变形”准则;调控“3S”因素准则(围岩应力环境、围岩结构属性、围岩支护结构)改变围岩自稳能力。以岩体灾害控制为目标,提出了以“应力主控”为核心的释能主控技术;建立了岩体灾害控制大小原理和弱面判据(安全系数K、冲击危险性系数U);研发了采场矿压机械模拟试验系统、采动力试验系统和蠕变及动力扰动冲击加载试验系统,实现了实验室尺度还原采动力作用下岩体变形-破裂-运动过程,为研究采动力作用下岩体力学响应提供了试验装备;分别从采场岩层控制、地质软岩巷道控制、工程软岩巷道控制及冲击地压控制4个方向进行了工程案例研究,相关研究成果在工程应用中得到了验证。

关键词：采动力学岩层控制岩体灾害 “3S”因素弱面判据试验系统研发

考虑壁面接触率的花岗岩裂隙渗流传热特性试验研究

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岩石力学与工程学报 2024年第3期43卷 742-753页

作者：高雪峰马丹张延军李樯汪锋中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学深部煤炭资源开采教育部重点实验室江苏徐州221116 吉林大学建设工程学院吉林长春130061 山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590

为实现深部高温矿井围岩地热资源的高效化利用与精准化产能评估,开展接触型花岗岩裂隙的渗流-传热试验研究。测量天然裂隙在不同法向应力作用下的接触率,制备具有接触凸起的岩芯裂隙试件,研究接触裂隙的渗透性质和对流传热性质在不同温... 详细信息

为实现深部高温矿井围岩地热资源的高效化利用与精准化产能评估,开展接触型花岗岩裂隙的渗流-传热试验研究。测量天然裂隙在不同法向应力作用下的接触率,制备具有接触凸起的岩芯裂隙试件,研究接触裂隙的渗透性质和对流传热性质在不同温压条件下的演变规律,并通过引入有效换热面积改进传统对流换热系数评估模型。试验结果表明,接触裂隙的等效水力开度随围压的衰减程度受接触率控制,反映了非均质裂隙渗透性质对围压的不均匀响应过程。接触裂隙的闭合变形对围压响应程度不同,导致等效渗透率随接触率的增加在高围压状态下表现出先增加后的下降趋势,而在低围压状态下表现为单调减小趋势。同一水压力梯度下,高温裂隙的累计产热量随着接触率的增加首先增加,然后降低。改进的对流换热系数模型表明裂隙的对流换热系数与接触率表现出正相关关系,而传统理论模型无法刻画这一演变特征。忽略天然接触特征将导致高温裂隙的对流换热系数被低估,且低估程度随着接触率的增加而增加。此外,基于改进模型获取的对流换热系数与体积流量之间并不严格遵循幂律相关关系,依赖流量对裂隙换热系数的估计效果需要进一步提升。

关键词：岩石力学裂隙接触率传热渗流特征对流换热系数

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关闭/废弃矿井抽水蓄能开发利用现状与进展

煤炭学报 2024年第3期49卷 1358-1374页

作者：文志杰姜鹏飞宋振骐李利平蒋宇静梁桐凯山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590 贵州大学矿业学院贵州贵阳550025 山东大学齐鲁交通学院山东济南250002 中国华能集团有限公司山西分公司山西太原030002

探索清洁能源发展的创新途径是实现我国“双碳”目标的重要推动力。为解决大规模可再生能源电力供应不稳定的难题,新型电力系统的提出与加速成长促进了抽水蓄能电站的建设与发展,但生态保护与地形等因素制约了传统抽水蓄能电站发展。关... 详细信息

探索清洁能源发展的创新途径是实现我国“双碳”目标的重要推动力。为解决大规模可再生能源电力供应不稳定的难题,新型电力系统的提出与加速成长促进了抽水蓄能电站的建设与发展,但生态保护与地形等因素制约了传统抽水蓄能电站发展。关闭/废弃矿井,由于具有丰富的地下空间及水资源,可创新性地开发抽水蓄能并延长矿区的经济寿命,降低对环境与经济的负面影响。为助力建立适合我国国情的废弃矿井抽水蓄能利用模式和管理体系,通过文献分析法综述了国内外废弃矿井抽水蓄能技术研究与应用进展。详细阐述了关闭/废弃矿井抽水蓄能技术原理、分类及其优缺点;总结了关闭/废弃矿井抽水蓄能电站利用模式,并在前人研究基础上对选址要素进行了修订;梳理了关闭/废弃矿井改建抽水蓄能电站的水-气两相流动特性、水泵水轮机工况特性、地下空间围岩稳定性及地下蓄水空间体积测算等的研究现状,明确了水泵-水轮机关键技术、地下空间稳定性控制关键技术等亟待解决的技术难题。此外,对关闭/废弃矿井抽水蓄能相关的生态与环境保护、市场需求与经济效益、政策与法规等研究成果进行了广泛的文献综述。发展关闭/废弃矿井地下空间抽水蓄能技术可为我国井下空间资源利用提供思路,为保障国家能源安全与经济社会高质量发展提供新途径。

关键词：关闭/废弃矿井抽水蓄能清洁能源地下空间矿区治理

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底板动压巷道压裂弱结构体应力转移控制技术

煤炭科学技术 2024年第1期52卷 106-116页

作者：陈绍杰刘江伟李亚康吕华山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266000 淮北矿业(集团)有限责任公司袁店一矿安徽淮北235100

为了满足煤矿安全生产的需要,许多巷道都会布置在煤层底板中,如部分运输大巷、排水巷道、瓦斯抽采巷道等。采动应力容易造成底板巷道围岩应力升高,加剧底板巷道围岩变形,造成支护永久失效、顶板下沉、巷道底鼓、两帮收敛等破坏。针对此... 详细信息

为了满足煤矿安全生产的需要,许多巷道都会布置在煤层底板中,如部分运输大巷、排水巷道、瓦斯抽采巷道等。采动应力容易造成底板巷道围岩应力升高,加剧底板巷道围岩变形,造成支护永久失效、顶板下沉、巷道底鼓、两帮收敛等破坏。针对此,提出了在应力传递路径上实施水力压裂,在指定的区域制造出一定空间形态的水压裂缝网,形成压裂弱结构体,实现区域范围内的应力转移,从而降低巷道区域范围内的应力,控制巷道的围岩稳定性的控制技术,并通过理论分析及现场工程验证等方式,揭示了底板动压巷道压裂弱结构体应力转移的力学机制,建立了相应的力学模型,对压裂弱结构体的合理位置、范围等影响因素进行了求解。得出:(1)压裂弱结构体使局部应力场发生明显变化,出现应力升高区和应力降低区,应力降低区主要分布在弱结构体与采动应力连线的方向上,主要集中在一个拱形的范围内;由于膨胀效应,在与应力来源垂直的方向上产生应力集中,出现应力升高区。(2)最大主应力变化幅度与压裂弱结构体的长轴长L、短轴长H、到巷道的距离P、与巷道连线的水平夹角β、压裂层的强度C及内摩擦角α、压裂的损伤变量D等有关。其中到巷道的距离P对卸压效果影响最大,损伤变量D对卸压效果影响最小。(3)采用提出的计算方法设计了淮北矿业集团袁店一矿的103运输集中巷的卸压方案,工程应用结果表明,底板动压巷道变形速率明显减缓,验证了底板强动压巷道压裂弱结构体应力转移模型的合理性。

关键词：采动应力弱结构体水力压裂卸压切顶围岩控制