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深部沿空巷道锚固围岩破坏失稳能量驱动机理

煤炭学报 2024年第4期49卷 1819-1833页

作者：刘学生王新谭云亮李学斌杨生龙裴洪喜山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590 兖矿能源集团股份有限公司鲍店煤矿山东济宁273513 山东科技大学矿山灾害预防控制重点实验室山东青岛266590 国家能源集团宁夏煤业有限公司宁夏银川750011

深部沿空巷道受侧向顶板断裂所产生的动载影响,锚固围岩易产生大变形,甚至破坏失稳。以山东省孙村煤矿31120工作面上平巷为工程背景,首先采用YTJ20型岩层探测记录仪获得了锚固顶板裂隙发育规律及以脆性张裂破坏为主的破坏方式。然后,通... 详细信息

深部沿空巷道受侧向顶板断裂所产生的动载影响,锚固围岩易产生大变形,甚至破坏失稳。以山东省孙村煤矿31120工作面上平巷为工程背景,首先采用YTJ20型岩层探测记录仪获得了锚固顶板裂隙发育规律及以脆性张裂破坏为主的破坏方式。然后,通过相似材料模拟试验方法获得了深部沿空巷道侧向顶板前期、过渡期和后期3个运动阶段典型特征,并分析了不同阶段锚固围岩破裂演化及能量释放规律;其中过渡期运动阶段锚固围岩内部应力、变形量急剧增大,裂隙发育明显,能量释放显著,对沿空巷道锚固围岩稳定性影响最大。最后,构建了侧向顶板断裂运动下沿空巷道结构力学模型,给出了锚固围岩输入能量与可抵抗能量定量计算方法,揭示了侧向顶板断裂诱发锚固围岩破坏失稳能量驱动机理,并定义了失稳能量判据,即当作用在沿空巷道锚固围岩上的能量大于锚固围岩可抵抗能量时,将发生破坏失稳。进一步地,提出了锚固围岩失稳风险等级划分方法和相应地控制技术,计算结果表明,31120工作面沿空巷道锚固围岩失稳风险等级为中风险。采取加强支护措施后,沿空巷道顶底板及两帮移近量分别减小35.47%和35.71%,锚索受力减小23.43%,变形速度明显降低,锚固围岩能量积聚程度减小。

关键词：沿空巷道侧向顶板锚固围岩能量驱动机理

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AH36船用钢海水加速腐蚀试验研究

中国腐蚀与防护学报 2024年第1期44卷 187-196页

作者：白雪寒丁康康张彭辉范林张慧霞刘少通中国船舶集团有限公司第七二五研究所海洋腐蚀与防护重点实验室青岛266237

针对海水环境加速腐蚀试验无标准方法可循,现有加速腐蚀试验方法效果不理想的问题,以前期研究为基础,通过增大H2O2溶度和添加稳定剂,对AH36船用钢开展了海水加速腐蚀试验研究,并从腐蚀相关性和加速性上与西沙自然环境腐蚀试验结果进行... 详细信息

针对海水环境加速腐蚀试验无标准方法可循,现有加速腐蚀试验方法效果不理想的问题,以前期研究为基础,通过增大H2O2溶度和添加稳定剂,对AH36船用钢开展了海水加速腐蚀试验研究,并从腐蚀相关性和加速性上与西沙自然环境腐蚀试验结果进行了对比分析。结果表明,采用0.6 mol/LNaCl+1.8 mol/L H_(2)O_(2)+0.2 mol/L H_(3)PO_(4)-NaH_(2)PO_(4)缓冲溶液(pH=2.5)为溶液的加速腐蚀试验与西沙自然环境试验具有较好的相关性和加速性。AH36钢发生不均匀的全面腐蚀,并表现出腐蚀速率先增大后减小的电化学和动力学规律。腐蚀产物由Fe的氧化物和羟基氧化物组成,对中长期腐蚀具有较好的抑制作用。Fe_(3)(PO_(4))_(2)(OH)_(2)难溶盐的生成,增强了锈层的保护性。H_(2)O_(2)通过缩短反应历程和增加溶液溶氧量,促进阴极去极化,加速钢的腐蚀。相对于西沙自然环境试验1a的暴露试验,加速倍率达到约40倍。本研究为海洋材料海水腐蚀的快速评价探索了途径。

关键词： AH36船用钢海水环境加速腐蚀试验腐蚀产物电化学行为

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基于近场动力学的窄煤柱宽度优化研究

固体力学学报 2024年第3期45卷 363-378页

作者：赵世军章青张惟昭缪玉松赵新波青岛理工大学理学院青岛266520 河海大学力学与材料学院南京211100 山东能源集团西北矿业有限公司西安710018

煤岩体具有极为复杂的非连续变形、非均质性特征,以有限元法为代表的传统数值方法难以准确描述其损伤累积、渐进破坏全过程.基于非局部近场动力学方法(Peridynamics,PD),通过重构本构力函数核函数,推导了相应的微模量函数与临界伸长率.... 详细信息

煤岩体具有极为复杂的非连续变形、非均质性特征,以有限元法为代表的传统数值方法难以准确描述其损伤累积、渐进破坏全过程.基于非局部近场动力学方法(Peridynamics,PD),通过重构本构力函数核函数,推导了相应的微模量函数与临界伸长率.在均匀离散模型中引入用随机预断“键”表征的非均质性,使近场动力学方法能够适用于天然非均质材料与结构的非连续变形破坏分析.以付村煤矿为例,建立了近场动力学数值计算模型,分析了不同煤柱宽度条件下巷道围岩变形、破坏规律以及煤柱破损特征.研究发现:当煤柱宽度为5 m时,巷道煤壁处于挤压变形区边缘,由于支承压力剧烈变化,巷帮变形破损严重;煤柱宽度增大至6 m和7 m时,巷道煤壁逐渐远离挤压变形区,煤柱受到采空区基本顶回转运动的影响相对减弱,巷帮变形和破损量较小;当煤柱宽度继续增大,巷道围岩将进入到应力增高区域,由于外应力场支承压力较大,巷帮变形及破损量会随之增大.综合考虑巷道围岩变形破坏、煤柱破损特征,最终确定煤柱留设宽度为7 m.本文工作表明,提出的煤岩体破损分析的近场动力学模型能够有效描述煤岩体的损伤累积和渐进破坏过程,为沿空掘巷护巷煤柱尺寸优化提供了新的计算工具.

关键词：近场动力学沿空掘巷煤柱尺寸数值模拟宽度优化

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隧道爆破对燃气管道的振动响应分析

工程爆破 2024年第4期30卷 142-149页

作者：段宝福刘凯强柴明星孙宗军侯亚洪陈佳华山东科技大学土木工程与建筑学院山东青岛266590 山东省土木工程防灾减灾重点实验室山东青岛266590 青岛瑞翰科技集团山东青岛266061

为研究矿山法隧道下穿燃气管道的动力响应特征,依托青岛地铁6号线青医西院区站隧道下穿DN219燃气管道案例,采用MIDAS/GTS NX有限元分析软件,建立岩土体-隧道-燃气管道数值模型,同时结合监测数据验证数值模型的可靠性。分别建立管道受燃... 详细信息

为研究矿山法隧道下穿燃气管道的动力响应特征,依托青岛地铁6号线青医西院区站隧道下穿DN219燃气管道案例,采用MIDAS/GTS NX有限元分析软件,建立岩土体-隧道-燃气管道数值模型,同时结合监测数据验证数值模型的可靠性。分别建立管道受燃气压力为0、1.6、2.4和3.6 MPa的数值模型,研究爆破作用下燃气压力对管道的动力响应特征,结合管道振速安全阈值得出地表振速安全阈值为0.489 cm/s,通过萨道夫斯基拟合公式得出最大单响药量为9.65 kg,为实际工程的设计和施工提供参考。

关键词：动力响应数值模拟燃气管道安全阈值最大单响药量

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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

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波流作用下三脚架基础周围海床冲刷试验研究

海洋湖沼通报（中英文） 2024年第3期46卷 1-11页

作者：王仁刚朱成浩孙元刘红军付亦鹏陈达青岛市勘察测绘研究院山东青岛266033 中国海洋大学环境科学与工程学院山东青岛266100 城安工程技术集团有限公司山东青岛266555 山东省海洋环境地质工程重点实验室山东青岛266100

海上风电基础在波流作用下会产生局部冲刷,基础悬臂长度增加,严重影响基础的稳定性和安全性。为探究波流共同作用下海上风电三脚架基础的局部冲刷特性,在波流水槽中针对不同安装角度的三脚架基础开展了局部冲刷试验,研究了局部冲深历时... 详细信息

海上风电基础在波流作用下会产生局部冲刷,基础悬臂长度增加,严重影响基础的稳定性和安全性。为探究波流共同作用下海上风电三脚架基础的局部冲刷特性,在波流水槽中针对不同安装角度的三脚架基础开展了局部冲刷试验,研究了局部冲深历时特性、影响因素及冲坑形态特征。研究结果表明,在单独波浪作用时,中心立柱对下游桩起到了一定的掩护作用,减弱了冲刷的发展。在波流共同作用时,波浪提供了底床拖曳力,而水流提供了泥沙运输力,冲刷深度明显增加。当安装角度为30°时,三脚架双桩一侧的阻水效应更大,部分水流被导向单桩一侧,导致冲刷深度增大。随着流速、波高和KC的增大,基础周围冲刷深度逐渐增加。提出了采用KC预测平衡冲刷深度的经验公式,可较准确地预测三脚架基础在波浪作用和波流共同作用下的局部冲刷的平衡冲刷深度。

关键词：波流作用三脚架基础局部冲刷最大冲刷深度平衡冲刷深度

埋地输油管道对胶州湾第二海底隧道爆破施工的动力响应

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山东科技大学学报（自然科学版） 2024年第3期43卷 75-84页

作者：孙丰森王海亮张勇张雨晨山东科技大学安全与环境工程学院山东青岛266590 青岛市政空间开发集团有限责任公司城轨分公司山东青岛266000

为深入研究埋地输油管道运行过程中的动力响应机制及不同工况下的输油管道振速规律,以青岛胶州湾第二海底隧道黄岛端斜井二期工程为背景,青岛港油港码头厂区内的埋地输油管道为研究对象,根据实测数据,采用ANSYS/LS-DYNA软件建立数值模型... 详细信息

为深入研究埋地输油管道运行过程中的动力响应机制及不同工况下的输油管道振速规律,以青岛胶州湾第二海底隧道黄岛端斜井二期工程为背景,青岛港油港码头厂区内的埋地输油管道为研究对象,根据实测数据,采用ANSYS/LS-DYNA软件建立数值模型,通过模拟起爆药量、爆心距、管道埋深3种工况因素,建立输油管道振速预测模型。结果表明:管道环迎爆侧的振动速度大于管道环的背爆侧,管道轴向的峰值振速最大值出现在工作面前方4 m左右的管道截面上。得到的埋地输油管道振动速度预测模型对于工程爆破施工中邻近埋地输油管道的保护有重要参考意义。

关键词：海底隧道爆破输油管道动力响应安全标准

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面向深层干热岩体的全波形速度反演建模方法

中国石油大学学报（自然科学版） 2024年第1期48卷 70-76页

作者：杨继东于由财刘朋高建明黄建平杨永红中国石油大学(华东)地球科学与技术学院山东青岛266580 山东能源集团南美有限公司山东青岛266580 中石化胜利油田勘探开发研究院山东东营257000

随着勘探深度增加,地震信号衰减严重,常规速度建模方法精度较低,无法满足深层干热岩体高精度勘探的需求。为提高速度建模的精度,采用全波形反演方法,但受局部优化算法的限制,其应用存在收敛速度慢、反演深度浅以及容易陷入局部极值等问... 详细信息

随着勘探深度增加,地震信号衰减严重,常规速度建模方法精度较低,无法满足深层干热岩体高精度勘探的需求。为提高速度建模的精度,采用全波形反演方法,但受局部优化算法的限制,其应用存在收敛速度慢、反演深度浅以及容易陷入局部极值等问题。为此,对梯度应用预条件处理和平滑处理,并使用共轭梯度优化算法,以解决地下照明不均匀问题,提高反演深度、精度和收敛速度。同时,为缓解局部极小值问题,引入局部相似性全波形反演方法来更新初始模型,并对构建的干热岩模型进行数值测试。结果表明:即使在初始模型极不准确的情况下,该方法仍能避免周波跳跃的不利影响,实现稳健的迭代更新;该方法能够显著增加反演深度和精度,并且对高速岩体有较好的刻画,最终能获得浅、中、深全层系高精度速度模型;提出的全波形反演方法为深层高温花岗岩体的勘探提供了一个切实可行的建模流程。

关键词：干热岩高温花岗岩体全波形反演深层速度建模局部相似性

基于客流量分析的增开地铁列车运行图局部调整模型设计

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自动化与仪器仪表 2024年第3期 110-113,118页

作者：邢春阳蓝天高德钊陈磊赵敏敏青岛地铁集团有限公司山东青岛266100

以优化地铁列车运行图,提升地铁运输能力为目的,设计基于客流量分析的增开地铁列车运行图局部调整模型。该模型利用自适应K近邻算法获得地铁不同时段的客流量后,以其为基础,分别以最小乘客等待时间、最小列车总运行时间等建立增开地铁... 详细信息

以优化地铁列车运行图,提升地铁运输能力为目的,设计基于客流量分析的增开地铁列车运行图局部调整模型。该模型利用自适应K近邻算法获得地铁不同时段的客流量后,以其为基础,分别以最小乘客等待时间、最小列车总运行时间等建立增开地铁列车运行图局部调整模型目标函数,再分别从列车停站时间、列车容纳能力等维度设置模型目标函数约束条件后,利用改进自适应遗传算法求解增开地铁列车运行图局部调整模型目标函数,输出列车运行图局部调整结果。实验表明:该模型分析地铁客流量精度较高,可有效对增开地铁列车运行图进行局部调整,在保障列车总运行时间的前提下,大大降低了乘客总乘车时间、平均等车时间等,应用效果显著。

关键词：客流量分析增开地铁列车运行图局部调整模型遗传算法