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低速冲击载荷扰动煤体破裂动力学特征与能量耗散规律研究

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煤炭科学技术 2024年

作者：和递孔祥国李树刚林海飞季鹏飞邓岱雨邹全乐重庆大学资源与安全学院西安科技大学安全科学与工程学院西安科技大学教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室

为了探究不同冲击载荷作用下煤体破裂失稳动力学特征与能量耗散规律，采用改进的霍普金森压杆（SHPB）试验系统，分别开展了一维冲击载荷、冲击载荷与轴向静载耦合作用动力学试验，研究了不同冲击速度和轴向静载下煤样动力学特性，分析... 详细信息

为了探究不同冲击载荷作用下煤体破裂失稳动力学特征与能量耗散规律，采用改进的霍普金森压杆（SHPB）试验系统，分别开展了一维冲击载荷、冲击载荷与轴向静载耦合作用动力学试验，研究了不同冲击速度和轴向静载下煤样动力学特性，分析煤样宏观破裂形态和孔隙演化规律，并从能量耗散角度剖析煤岩破裂失稳机制。研究结果表明：不同冲击载荷扰动下煤样应力-应变曲线均包含线弹性、塑性和塑性软化3个阶段。一维冲击载荷作用下煤样峰值强度和峰值应变具有明显的应变率效应，随着应变率的增加，煤样峰值强度、峰值应变逐渐增大；筛分统计破裂碎块不同粒径的质量分布，随应变率的增大，较大粒径质量减少、小粒径质量增加；煤样的入射能、反射能和耗散能均随冲击载荷的增大而逐渐增加，能量耗散密度呈指数增长；在冲击载荷与轴向静载耦合作用下，设定5.54 m/s的低速冲击载荷，随着轴向静载递增，峰值强度持续提升，峰值应变线性减弱；基于核磁共振（NMR）测试表征孔隙结构，煤样内部微孔随轴向静载的增大不断发育，裂隙沿轴向扩张趋势增加；煤样入射能随轴向静载的不断增加基本保持稳定，反射能不断减小，耗散能逐渐增大，能量耗散密度呈线性关系增大。根据煤岩能量耗散机制，孔隙萌生、扩展和贯通诱导煤体产生破裂失稳；轴向静载作用初期更多耗散能被用于内部微孔发育和裂隙扩张，随轴向静载的增大，裂隙不断扩展、滑移衍生出更多潜在破裂面；冲击载荷瞬时扰动下会诱导煤体形成宏观破裂面，产生大范围破裂失稳现象。研究结果有助于揭示深部矿井动力灾害形成机制，为矿井动力灾害防治提供理论依据。

关键词：冲击载荷轴向静载动力学性能破裂失稳能量耗散

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有限实测风量下矿井风网校准的二次规划模型

煤炭科学技术 2024年

作者：吴奉亮王桐西安科技大学西部矿井开采与灾害防治教育部重点实验室西安科技大学安全科学与工程学院

针对使用网络解算方法来校准矿井通风网络时需要人工反复调整风阻、模拟结果与实测结果吻合度不高的问题，建立了基于最优化理论的矿井通风网络校准模型。该模型是一个二次规划问题，它以初始风阻的修正量为决策变量，以对初始风阻的修... 详细信息

针对使用网络解算方法来校准矿井通风网络时需要人工反复调整风阻、模拟结果与实测结果吻合度不高的问题，建立了基于最优化理论的矿井通风网络校准模型。该模型是一个二次规划问题，它以初始风阻的修正量为决策变量，以对初始风阻的修正量最小为目标函数，以回路风压平衡方程为等式约束条件，以井巷风阻的下限值为不等式约束条件。基于最优化理论中的KKT条件分析了模型解的存在性，开发了相应的程序并在一个含有35条分支的算例中进行了应用。研究结果表明：“加边法”动态找基本回路，保证了用有效集法求解此模型时的约束条件方程组线性无关；开发的软件可用于仅含有限个实测风量的矿井通风网络校准，算例风网经过49次迭代得到最优解，迭代次数远小于最坏情况下需要试算的次数3.4×1010；仅考虑等式约束条件下的风网校准模型有可能得到极小、甚至为负的无意义风阻值，考虑了风阻下限值的模型可以将风阻限定在合理取值范围之内，避免了算例中7条分支风阻被修正为负值；使用修正后的风阻进行网络解算，得到的解算风量、风机风压与实测值完全相同，该方法避免了网络解算法中手动调整风阻的繁琐操作。

关键词：矿井通风风阻通风网络校准

新疆尉犁县绿洲区微咸水水化学特征及可利用潜力分析

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人民黄河 2024年第5期46卷 98-103页

作者：范鹤至杨鹏年张胜江崔瑞李志鹏王永鹏新疆农业大学水利与土木工程学院新疆乌鲁木齐830052 新疆水利工程安全与水灾害防治重点实验室新疆乌鲁木齐830052 新疆水利水电科学研究院新疆乌鲁木齐830049

为探明新疆尉犁县绿洲区微咸水水化学特征、成因及可利用潜力,促进非常规水资源利用与水资源优化配置,综合采用Piper三线图、描述性统计分析、Gibbs图、离子比值法、水均衡法等对研究区地下水进行分析计算。结果表明:研究区微咸水水化... 详细信息

为探明新疆尉犁县绿洲区微咸水水化学特征、成因及可利用潜力,促进非常规水资源利用与水资源优化配置,综合采用Piper三线图、描述性统计分析、Gibbs图、离子比值法、水均衡法等对研究区地下水进行分析计算。结果表明:研究区微咸水水化学类型主要为SO_(4)·Cl-Na、SO_(4)·Cl-Na·Ca、SO_(4)·Cl-Na·Mg型,蒸发浓缩作用是微咸水形成的主要因素,其次是岩石风化作用;微咸水分布面积3851.35 km^(2),占研究区总面积的56.18%,可利用量为19237万m^(3)/a,开利用潜力较大。

关键词：微咸水水化学特征可利用潜力尉犁县

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隧道突涌水灾害缩尺物理模型试验研究综述

长江科学院院报 2024年第1期41卷 98-106,113页

作者：朱杰兵吕思清汪斌祝永锁长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室武汉430010

随着我国经济的快速发展,隧道工程建设越来越多地面临着大埋深、高地应力、高地温、高渗透压力等复杂地质环境,运用物理模型试验开展复杂环境下隧道突涌水灾变机理与安全防控研究已成为岩石力学的热点问题。结合近年来国内外针对隧道突... 详细信息

随着我国经济的快速发展,隧道工程建设越来越多地面临着大埋深、高地应力、高地温、高渗透压力等复杂地质环境,运用物理模型试验开展复杂环境下隧道突涌水灾变机理与安全防控研究已成为岩石力学的热点问题。结合近年来国内外针对隧道突涌水灾变缩尺物理模型试验开展的研究工作,重点对该类物理模型的流固耦合相似理论、相似材料研制、渗透压加载方法等内容进行了系统梳理,并对下一步的可能发展方向进行展望。参考部分文献和突水典型案例后,总结了流固耦合相似准则和高地应力下的相似准则、相似材料选用方案及材料配比、试验中的水压加载方案,认为未来关注的重点包括考虑温度场的物理模型试验相似准则的研究和涌水涌泥与突水突泥间渐变过程的研究2个方面。

关键词：突涌水灾变缩尺物理模型试验流固耦合相似理论相似材料致灾因子致灾机理

液氮冻融过程无烟煤未冻水分布及温度-应力场演化规律

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煤炭科学技术 2024年

作者：秦雷张弦林海飞王伟凯李博涛王裴李树刚西安科技大学安全科学与工程学院西安科技大学西部矿井开采及灾害防治教育部重点试验室

煤体在冻融过程中孔隙未冻水含量和分布直接影响煤体微观孔隙结构和宏观力学性能，决定煤层增透效果与煤层气抽采效率。本文以无烟煤为研究对象，基于二维核磁共振技术研究无烟煤在冻结及融化过程未冻水分布特征，综合测量T1-T2谱图、T... 详细信息

煤体在冻融过程中孔隙未冻水含量和分布直接影响煤体微观孔隙结构和宏观力学性能，决定煤层增透效果与煤层气抽采效率。本文以无烟煤为研究对象，基于二维核磁共振技术研究无烟煤在冻结及融化过程未冻水分布特征，综合测量T1-T2谱图、T2曲线以及3D峰图，定量分析煤样冻融过程孔隙结构及未冻水分布空间演化规律。实验结果表明，液氮冻结煤体过程中，冻结时间对孔隙内不同流体分布空间演化过程作用不同。自由水分布空间随冻结时间呈指数下降关系，受冻结时间影响较大，束缚水次之；结构水和吸附水分布空间几乎不受冻结时间的影响，主要附着于煤基质表面，其分布空间仅取决于煤样孔隙结构特征。根据流体空间分布情况将冻结过程划分为两个阶段：加速冻结阶段Ⅰ(0秒～20秒)和稳定阶段Ⅱ(20秒～60秒)。冻结饱水煤样融化时，孔隙未冻水含量受温度与热应力两个因素影响。煤样的融化从小孔开始，直至温度升高到一定程度，大孔开始融化。针对上述分析，建立温度场改变引起热应力的产生及演化过程模型。总结基于液氮冻结煤样融化过程孔隙扩张收缩以及孔隙流体分析体系，涉及T2图谱分析、3D峰图计算等问题，分析融化过程未冻水含量变化规律。计算得出，煤样融化过程，孔隙结构逐渐复杂，孔隙水含量随温度呈指函数上升关系。其中自由水含量从24%增长到44%，增幅最大，束缚水含量增加了11%，吸附水和结构水含量均增加了6%，孔隙水含量由孔隙大小及总孔隙体积决定。

关键词：二维核磁共振冻融过程孔隙水传热 T -T 谱图热应力

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氢气抑爆材料及其抑爆机理研究进展

爆炸与冲击 2024年

作者：陈晓坤王君程方明西安科技大学安全科学与工程学院西安科技大学安全科学与工程学院陕西省煤火灾害防治重点实验室西安市城市公共安全与消防救援重点实验室

氢气在全球清洁能源转型中扮演着关键角色，但其可燃性和高爆炸危害性也使得氢气安全成为研究热点。聚焦国内外学者在氢气抑爆领域的最新研究成果，对不同种类抑爆材料及抑爆机理进行了综合评述。首先，介绍了气体、液体、固体以及多相... 详细信息

氢气在全球清洁能源转型中扮演着关键角色，但其可燃性和高爆炸危害性也使得氢气安全成为研究热点。聚焦国内外学者在氢气抑爆领域的最新研究成果，对不同种类抑爆材料及抑爆机理进行了综合评述。首先，介绍了气体、液体、固体以及多相复合抑爆材料的研究进展，对比分析了抑爆效果、关键参数及其变化规律。其次，探讨了抑爆材料影响氢气爆炸的物理、化学以及物理化学综合的作用过程，以揭示各类材料的抑爆机理。最后，展望了氢气抑爆材料的未来发展趋势，强调对高效能抑爆材料探索和机理研究的深化，以及在实际应用中所面临的诸多挑战。为新型氢气抑爆材料的研究开发提供参考和启示。

关键词：氢气抑爆抑爆机理抑爆材料

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多元混合气体对瓦斯爆炸动力学特性影响研究

安全与环境学报 2024年

作者：罗振敏罗传旭刘利涛张帆陕西省工业过程安全与应急救援工程技术研究中心陕西省煤火灾害防治重点实验室西安科技大学安全科学与工程学院

为探究多元气体对瓦斯爆炸影响及机理，利用20 L爆炸球研究了多元混合气体(V(C2H6)∶(C2H4)∶V(CO)∶V(H2)=5∶5∶1∶1)分别对7%、9.5%和11%体积分数甲烷的爆炸特性的影响规律，进一步的利用CHEMKIN软件分析了不同工况下爆炸反应中关键... 详细信息

为探究多元气体对瓦斯爆炸影响及机理，利用20 L爆炸球研究了多元混合气体(V(C2H6)∶(C2H4)∶V(CO)∶V(H2)=5∶5∶1∶1)分别对7%、9.5%和11%体积分数甲烷的爆炸特性的影响规律，进一步的利用CHEMKIN软件分析了不同工况下爆炸反应中关键自由基和基元反应的演化过程。结果表明，在7%体积分数甲烷中加入多元混合气体后，最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率增大，最大压力出现时间延后。而在9.5%和11%体积分数甲烷中掺混多元混合气体后则出现相反的影响效果。对于7%体积分数甲烷，多元混合气体的掺混会使H·和·OH峰值上升，且达到峰值时间提前。对于9.5%或11%体积分数甲烷，多元混合气体的掺混使H·峰值增大，O·和·OH峰值减小。最大爆炸压力与H·、O·和·OH摩尔分数峰值存在线性关系。最大爆炸压力与H·峰值呈分段线性关系，分割点出现在当量比为1和1.37处。总体来说，最大爆炸压力与摩尔分数峰值相关性随当量比增大而减小。R38(H+O2?O+OH)是主要的耗氧反应，也是控制甲烷消耗速率和爆炸反应能量释放的主要基元反应之一。因此当O2较少时，R38反应受限，宏观上表现为高当量比时爆炸效应较弱。

关键词：安全工程矿井瓦斯甲烷爆炸自由基

天山北麓中段绿洲带高砷地下水中砷的迁移转化规律

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地球科学 2024年第1期49卷 253-270页

作者：雷米周金龙周殷竹孙英韩双宝刘江涛鲁涵白凡闫志雲新疆农业大学水利与土木工程学院新疆乌鲁木齐830052 新疆水文水资源工程技术研究中心新疆乌鲁木齐830052 新疆水利工程安全与水灾害防治重点实验室新疆乌鲁木齐830052 中国地质调查局水文地质环境地质调查中心河北保定071051

准噶尔盆地是典型高砷地下水分布的内陆盆地,地下水作为盆地重要饮用水源,区域供水安全存在风险,高砷地下水迁移转化规律有待进一步查明.以天山北麓中段绿洲带为研究区,采用半变异函数模型和UNMIX源解析模型分析该区地下水砷的分布、地... 详细信息

准噶尔盆地是典型高砷地下水分布的内陆盆地,地下水作为盆地重要饮用水源,区域供水安全存在风险,高砷地下水迁移转化规律有待进一步查明.以天山北麓中段绿洲带为研究区,采用半变异函数模型和UNMIX源解析模型分析该区地下水砷的分布、地下水化学组分源贡献;结合地质条件、赋存环境与水文地球化学作用剖析典型剖面高砷地下水中砷的迁移转化与富集影响因素.结果表明:研究区地下水整体为弱碱性、偏还原环境的淡水,As含量在ND~887.0μg·L^(-1)之间,平均值为11.2μg·L^(-1),ρ(As)>10μg·L^(-1)的高砷地下水水化学类型以HCO_(3)·SO_(4)·Cl-Na(HSL-N型)和HCO_(3)·SO_(4)-Na(Na·Ca)型(HS-N(NC)型)为主.单一结构潜水、承压水区潜水、承压水中高砷地下水占比分别为0.4%、6.4%、18.6%,高砷地下水主要富集于冲积平原深度100~300 m的承压含水层中.原生矿物源、岩盐矿物源、土壤输入-人为排放源、硫酸-碳酸岩盐矿物源和环境影响源对地下水水化学组分贡献率分别为11.3%、21.1%、23.1%、23.4%和21.1%.25组典型剖面地下水样中,24组地下水砷形态为As(V)(占取样点的96.0%).沿着地下水流向,从山前倾斜平原到冲积平原,地下水总As含量呈先增大后减小的变化趋势.地下水砷富集不仅受到赋存环境中pH、Eh、HCO_(3)^(-)和PO_(4)^(3-)等水化学指标的影响,还与地质条件、水文地质条件、有机质降解和溶滤作用等因素有关.

关键词：高砷地下水空间分布源解析迁移转化水文地质

台兰河流域地下水人工回补适宜性评价及试验验证

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节水灌溉 2024年第4期 11-18页

作者：付龙浩吴彬杜明亮赵忠贤高星新疆农业大学水利与土木工程学院乌鲁木齐830052 新疆水利工程安全与水灾害防治重点实验室乌鲁木齐830052 新疆兵团勘测设计院集团有限公司乌鲁木齐830052

地下水人工回补是管理含水层、调蓄水资源的重要方法,探究合理的适宜性评价方法是确定回补区域的基本工作。利用遥感数据和GIS技术,基于直觉模糊层次分析法(IFAHP),构建GIS-IFAHP决策模型,选取地下水位埋深、给水度、土壤质地、含水层... 详细信息

地下水人工回补是管理含水层、调蓄水资源的重要方法,探究合理的适宜性评价方法是确定回补区域的基本工作。利用遥感数据和GIS技术,基于直觉模糊层次分析法(IFAHP),构建GIS-IFAHP决策模型,选取地下水位埋深、给水度、土壤质地、含水层渗透系数、地形坡度、土地利用/覆盖、与灌区距离、河网密度8个指标进行主观层次排序,获得各指标的综合主观权重,结合加权叠加分析法得到研究区地下水人工回补适宜性分区图,并在高适宜区内做地表入渗试验,分析地下水回补的可行性。结果表明:地下水回补低适宜区主要分布在细土平原区,占回补区总面积13.24%;中等适宜区主要分布在砾质平原中下部,占回补区面积29.48%;高适宜区主要位于砾质平原区中上部,占回补区总面积18.94%。地表渗库8 d内共回补水量1.54万m^(3),回补期间3眼观测孔水位平均稳定在14.95 m,地下水位平均累积抬升25.21 m。采用GIS-IFAHP决策模型,在地下水回补区域选择合理性上表现良好;干旱地区土地利用率较低且回补条件良好的倾斜砾质平原,通过地表入渗回补的方式能够有效地补充地下水。

关键词：地下水回补适宜性评价 GIS-IFAHP决策模型适宜性分区回补试验台兰河流域