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含水承载煤岩损伤演化过程能量释放规律及关键孕灾声发射信号拾取 被引量：28
1
作者 来兴平 张帅 +3 位作者 崔峰 王泽阳 许慧聪 方贤威 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期433-444,共12页
不同含水状态对煤岩样损伤演化过程有重要的影响,为了研究不同含水状态煤岩样单轴压缩全过程煤岩样损伤演化过程能量释放规律,并基于能量贡献率与振铃计数贡献率共同准则拾取关键孕灾声发射信号,以指导声发射技术在岩体工程监测和灾害... 不同含水状态对煤岩样损伤演化过程有重要的影响,为了研究不同含水状态煤岩样单轴压缩全过程煤岩样损伤演化过程能量释放规律,并基于能量贡献率与振铃计数贡献率共同准则拾取关键孕灾声发射信号,以指导声发射技术在岩体工程监测和灾害预警中的应用。利用岩石力学试验系统和全信息声发射信息分析仪,开展不同含水状态煤岩样的单轴压缩试验,主要对不同含水状态下煤岩样的力学特性、能量释放规律、破坏模式以及关键部位孕灾声发射信号进行拾取。试验结果表明,不同含水状态煤岩样力学性质各不相同,含水率的增大能有效弱化煤岩样强度。不同含水状态煤岩样能量释放规律各不相同,水在软化煤岩基质的同时,也对弹性应变能进行大量吸收,进一步导致含水煤岩受载屈服阶段弹性应变能占比增大,耗散应变能迅速降低,对应蓄能期(声发射平静期),待其孔隙水压力增大到对裂隙进行了扩展与贯通,即试样马上进入破坏阶段。不同含水状态下煤岩样单轴压缩破坏模式均为剪切形式,且含水率增大,剪切裂纹趋于复杂。同时验证了基于能量贡献率和振铃计数贡献率计算准则的声发射信号拾取方法可行,并与其他常规声发射参数形成对应关系,可为具体分析前兆特征分析和灾变预警提供参考。 展开更多
关键词 采矿工程 含水状态 力学性质 损伤演化 声发射特性 孕灾信号
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采动裂隙煤岩破裂过程热红外辐射异化特征 被引量：17
2
作者 来兴平 刘小明 +3 位作者 单鹏飞 张帅 方贤威 胥海东 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第4期777-785,共9页
高应力强卸荷下煤岩动力破坏现象频发,明确煤岩破裂前兆信息是保障深部煤炭安全开采的重要内容。为定量研究采动裂隙煤岩破裂过程热红外辐射异化特征,采用实验手段分析受载下裂隙煤岩体损伤直至破裂过程热红外辐射温度时域演化规律与异... 高应力强卸荷下煤岩动力破坏现象频发,明确煤岩破裂前兆信息是保障深部煤炭安全开采的重要内容。为定量研究采动裂隙煤岩破裂过程热红外辐射异化特征,采用实验手段分析受载下裂隙煤岩体损伤直至破裂过程热红外辐射温度时域演化规律与异常区域迁移特征,对比分析预制结构面对红外辐射异化特征的影响,揭示热红外辐射温度场与声发射耗散能量间的关系。结果表明:裂隙煤岩破裂过程热红外辐射温度时域演化规律划分为Tave的平静、小幅波动、快速增加和快速降低4个阶段。Tave极值出现在0.77σp,可作为煤岩临近破裂的前兆特征;热红外辐射异常区域的迁移特征可作为煤岩破裂的重要前兆现象,σ≥0.30σp开始出现大面积整体性升温,σ≥0.77σp温度仍保持整体性增加,但温度最大值开始降低,σ≥σp以热红外辐射低温异常区域为主;预制结构面的存在对裂隙煤岩的力学响应特征起到决定性作用,且平行结构面造成的强度劣化最为显著,对岩石工程的安全影响最大。裂隙煤岩破裂红外辐射异常区域集于制结构面附近,红外辐射温度异常区域迁移与声发射能量突变基本保持一致。 展开更多
关键词 岩石力学 裂隙煤岩 受载破裂 红外辐射 动力灾害
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脆性孔洞煤样承载过程破坏模式及能量阶段蓄积释放规律分析 被引量：14
3
作者 来兴平 方贤威 +4 位作者 单鹏飞 崔峰 陈建强 张帅 刘旭东 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第5期1005-1014,共10页
能量蓄积和释放是煤岩变形破坏的本质属性,含孔煤岩破坏模式及能量蓄积释放规律的认识对裂纹发育演化、巷道硐室围岩稳定性以及动力学灾害防控至关重要。为了得到脆性孔洞煤样承载过程破坏模式及能量阶段蓄积释放规律,通过开展单轴压缩... 能量蓄积和释放是煤岩变形破坏的本质属性,含孔煤岩破坏模式及能量蓄积释放规律的认识对裂纹发育演化、巷道硐室围岩稳定性以及动力学灾害防控至关重要。为了得到脆性孔洞煤样承载过程破坏模式及能量阶段蓄积释放规律,通过开展单轴压缩试验,运用高速摄像机和声发射监测系统分别对承载煤样的破坏过程及内部损伤演化信息进行监测,并对煤样力学特性、破坏模式以及能量蓄积释放规律等进行分析。研究结果表明:含孔煤样脆性发生降低,单轴抗压强度和弹性模量等力学参数均发生了劣化,平均峰值应变却有所增加。完整和含孔煤样均为典型的拉伸破坏模式,含孔煤样裂纹发育和破坏形式更加复杂。完整和含孔煤样在初始压密阶段、弹性阶段、稳定破坏阶段、非稳定破坏阶段及峰后破坏阶段的能量演化规律大致相同,但完整煤样峰值破坏瞬间各项能量均高于含孔煤样,完整煤样弹性阶段蓄能时间持续较长,非稳定破坏阶段释能时间持续较短,含孔煤样刚好相反。孔作为初始缺陷不仅对煤样强度具有劣化作用而且改变了煤样蓄能和释能的持续时间,降低了弹性能的积聚和释放速率,降低了峰值破坏时的剧烈程度。孔的存在也改变了煤样峰后力学特性,降低了其脆性,提高了煤样平均残余强度,延长了峰后破坏时间,降低了平均峰后割线模量。这为钻孔卸压防治动力灾害提供了科学依据。 展开更多
关键词 能量蓄积释放 孔洞 破坏模式 声发射 动力灾害防控
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冲击荷载下煤岩损伤演化规律 被引量：10
4
作者 来兴平 方贤威 +1 位作者 崔峰 单鹏飞 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2019年第6期919-927,共9页
冲击荷载下煤岩损伤演化规律的认识对动力学灾害防控至关重要。为了得到煤岩在冲击荷载下的损伤演化特征,通过开展冲击试验,运用超声波检测装置和声发射仪器分别测量冲击前后煤样的波速变化与冲击过程的声发射特征,用波速和声发射的变... 冲击荷载下煤岩损伤演化规律的认识对动力学灾害防控至关重要。为了得到煤岩在冲击荷载下的损伤演化特征,通过开展冲击试验,运用超声波检测装置和声发射仪器分别测量冲击前后煤样的波速变化与冲击过程的声发射特征,用波速和声发射的变化反映煤样内部损伤特征。结果表明:冲击荷载的作用次数、单次冲击能量的大小和施加顺序均会对煤样内部损伤演化造成影响;煤样内部损伤随冲击次数增加呈幂函数增长,与单次冲击能量呈线性增长;冲击能量由大到小进行施加更容易使煤样发生破坏。煤样内部损伤变化越剧烈,声发射信号特征越明显。用波速表征的煤样内部损伤变化与声发射在每个阶段监测到的事件数和能率变化有较好的一致性。这为矿井开采动力灾害预报与控制提供了科学依据。 展开更多
关键词 冲击荷载 损伤演化 超声波 声发射 动力灾害防控
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“双碳”目标驱动西部煤炭分阶控碳减熵增效与协同发展路径 被引量：6
5
作者 来兴平 方贤威 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2022年第5期841-848,共8页
西部是中国煤炭富集及主产区,碳中和目标下中国西部煤炭从开发、利用等环节向绿色低碳转型面临严峻挑战。基于系统熵增和物理与矿山工程力学系统视角,从微观和宏观两方面分析了西部煤炭行业分阶控碳动力学特征,提出了西部煤炭开发和利... 西部是中国煤炭富集及主产区,碳中和目标下中国西部煤炭从开发、利用等环节向绿色低碳转型面临严峻挑战。基于系统熵增和物理与矿山工程力学系统视角,从微观和宏观两方面分析了西部煤炭行业分阶控碳动力学特征,提出了西部煤炭开发和利用过程的减熵增效、绿色低碳协同发展举措。结果表明:西部煤炭碳中和目标实现过程实质是一个典型的减熵增效动力学过程。减排控碳将经历预控碳、达峰减碳、低碳绿色、中和实现4个阶段。“双碳”目标驱动西部煤炭减排控碳、绿色低碳转型需从生产和利用2个环节着手。煤炭利用环节可从开展碳捕集利用与封存等措施达到减排控碳目的;煤炭开发环节可建立西部煤炭开发绿色低碳协同的地面与地下立体化开发建设与利用模式,采取推进生产智能和绿色化等措施进行绿色低碳转型。研究结果对“双碳”目标约束下中国煤炭行业的绿色低碳转型、高质量发展,助力碳中和目标实现具有参考和借鉴意义。 展开更多
关键词 双碳目标 煤炭行业 西部煤炭 减排控碳 动力学
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我国煤炭企业内部市场化管理研究综述 被引量：5
6
作者 方贤威 王关虎 吕兆海 《陕西煤炭》 2018年第6期185-187,共3页
通过概述煤炭企业引入内部市场化管理背景,对内部市场化管理概念、意义、研究现状进行了较为深入的综述,着重分析了煤企内部市场化过程中存在的问题与不足,提出了相关建议,并对进一步深入研究煤企内部市场化进行了展望。
关键词 煤炭企业 内部市场化 管理
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循环荷载下互层岩样力学声学特征试验 被引量：4
7
作者 来兴平 白瑞 +4 位作者 曹建涛 单鹏飞 方贤威 张旭东 刘伯伟 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2021年第6期964-972,共9页
为研究循环加卸载条件下互层岩样的力学特性和破坏前兆信息,利用电液伺服压力机试验系统和SAEU2S多通道声发射信号采集系统对天然互层标准试样进行了单轴压缩和单轴分级循环加卸载试验,对比分析了自然和饱水状态下互层岩样的强度、变形... 为研究循环加卸载条件下互层岩样的力学特性和破坏前兆信息,利用电液伺服压力机试验系统和SAEU2S多通道声发射信号采集系统对天然互层标准试样进行了单轴压缩和单轴分级循环加卸载试验,对比分析了自然和饱水状态下互层岩样的强度、变形特征、破坏模式及声发射特性。结果表明:较单轴加载,循环加卸载会导致自然状态试样强度降低;在同一加载条件下,饱水均会对互层岩样的强度造成劣化,在循环加卸载和水的耦合作用下,互层试样强度劣化率达60.19%;自然与饱水试样的加卸载平均变形模量分别为6.571,7.927,3.646,4.858 GPa,表明水的存在会降低试样刚度;单轴压缩载荷下试样主要表现为贯通劈裂剪切型破坏,循环载荷下试样表现为拉-剪混合破坏。基于声发射参数表征的试样损伤曲线在“卸载-再加载”时出现短暂的“台阶”平静期现象,研究发现互层试样失稳破坏前最后一次出现“台阶”平静期时所对应的损伤约为70%,该值可作为预测互层岩石失稳破坏的前兆预警,可为工程岩体灾害预警提供理论参考。 展开更多
关键词 互层岩体 循环加卸载 不同含水状态 力学特征 声发射特征
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断层破碎区煤岩体失稳机制与注浆耦合控制研究 被引量：4
8
作者 吕兆海 来兴平 +4 位作者 赵长红 孙欢 闫瑞斌 方贤威 崔峰 《华北科技学院学报》 2018年第2期19-25,共7页
以清水营煤矿复杂煤层工作面穿越断层区域的工程应用为背景,分析了断层区开采扰动诱发断层活化机制及控灾减灾模式,确定了内部注浆耦合控制方法,改善了煤岩体自承载能力,提高支护结构与煤岩体相互作用和适应能力,实现了安全开采。本论... 以清水营煤矿复杂煤层工作面穿越断层区域的工程应用为背景,分析了断层区开采扰动诱发断层活化机制及控灾减灾模式,确定了内部注浆耦合控制方法,改善了煤岩体自承载能力,提高支护结构与煤岩体相互作用和适应能力,实现了安全开采。本论文对复杂煤岩体开采扰动下安全开采提供了理论依据,为今后宁东矿区和全国类似条件煤炭能源安全高效开发提供了理论与工程借鉴。 展开更多
关键词 断层破碎区 煤岩稳定性 顶板失稳 注浆耦合控制 协同控制 注浆工艺
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强冲击倾向性顶板岩样孔洞充填力学特性及能量调控演化机制 被引量：1
9
作者 崔峰 张帅 +2 位作者 来兴平 方贤威 董帅 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期2439-2450,共12页
针对冲击地压形成机制的复杂性且易导致无法准确有效预防冲击地压发生的问题,为研究采动作用下强冲击倾向性岩层能量调控机制,开展孔洞充填岩样岩石力学实验,分析不同充填状态下岩样能量演化机制与破坏模式,揭示强冲击倾向性顶板岩样孔... 针对冲击地压形成机制的复杂性且易导致无法准确有效预防冲击地压发生的问题,为研究采动作用下强冲击倾向性岩层能量调控机制,开展孔洞充填岩样岩石力学实验,分析不同充填状态下岩样能量演化机制与破坏模式,揭示强冲击倾向性顶板岩样孔洞充填调控能量演化机制。结果表明:相比于未钻孔完整状态岩样,钻孔未充填状态岩样、钻孔充填铜管状态岩样(刚性充填)及钻孔充填固化体(柔性充填)状态岩样力学参数均有所劣化。不同充填状态下岩样能量演化规律大致与未钻孔完整状态下岩样相同,但在屈服破坏阶段以及破坏后期阶段均存在明显差异。由于钻孔的存在,加剧了岩样的初始损伤,对于钻孔充填钢管状态,岩样吸收的总应变能提高,而对于钻孔充填固化体状态,不仅提高了岩样的强度,还改变了岩样的强脆性特征。同此构建充填改性能量转化效率,通过计算能量转化效率,进一步说明"先释放+后吸收"能量调控机制。最后对比分析不同充填状态下岩样冲击倾向性排序,发现钻孔充填铜管和钻孔充填固化体均能更好地降低冲击地压发生程度,且钻孔充填固化体效果优于钻孔充填铜管,但需重点关注钻孔充填固化体状态下发生应变增大特征,对于工程环境中的大变形环境,同样易发生灾害。 展开更多
关键词 采矿工程 强冲击倾向性 孔洞 充填 力学性质 能量调控 破坏模式
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非对称载荷作用下倾斜区段煤柱稳定性分析及控制技术
10
作者 来兴平 尉迟小骞 +1 位作者 单鹏飞 方贤威 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2024年第2期203-212,共10页
为解决工作面回采及巷道掘进影响下倾斜区段煤柱稳定性劣化的复杂问题,运用弹性力学半逆解法及摩尔-库伦准则建立力学模型,结合三维有限元数值模拟,深入分析了倾斜区段煤柱一侧受载结构形态特征,明确了倾斜煤柱失稳致灾力源及载荷的分... 为解决工作面回采及巷道掘进影响下倾斜区段煤柱稳定性劣化的复杂问题,运用弹性力学半逆解法及摩尔-库伦准则建立力学模型,结合三维有限元数值模拟,深入分析了倾斜区段煤柱一侧受载结构形态特征,明确了倾斜煤柱失稳致灾力源及载荷的分布特性,探究了采掘扰动下倾斜区段煤柱塑性变形-失稳-破坏的动态演化过程,揭示了非对称载荷作用下倾斜区段煤柱临界失稳致灾机理,以此为基础优化了倾斜煤柱及周围巷道稳定性控制技术。结果表明:区段煤柱因煤层倾角导致的倾斜形态是煤柱所承受载荷呈非对称状的关键诱因,这一特性致使倾斜煤柱最底端区域覆载最大,且当此区域失稳破坏时,呈现由煤柱下端底角塑性区向煤柱上端底角塑性区扩展的运移过程,并因此得出倾斜区段煤柱临界尺寸随煤层倾角增大而增加的演化规律。由此,针对大南湖一矿倾斜区段煤柱及周围巷道变形失稳的问题,采用支护优化及注浆加固等措施,降低了倾斜区段煤柱侧巷道的变形速率,为类似矿井的煤柱稳定性控制提供了借鉴。 展开更多
关键词 倾斜区段煤柱 非对称载荷 临界尺寸 数值模拟 巷道支护优化
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