防冲钻孔参数确定的能量耗散指数法

钻孔布置参数的确定是大直径钻孔卸压防治冲击地压的关键之一。通过岩石力学试验、理论分析、现场实测等方法研究了工作面冲击危险区的卸压指标,提出了能量耗散指数的概念,推导出能量耗散指数与冲击能量指数之间的转换公式,得到以下结论：验证了能量耗散与冲击能量指数之间具有较好的相关性,可以将其作为煤层卸压后残余冲击危险性的评价指标;提出了工作面冲击危险区“分区分级”的防治理念,并以煤层有效卸压应变率分别为1.5‰、1.0‰、0.8‰作为新巨龙矿井高度、中度和一般冲击危险区的卸压标准;推导出了基于能量耗散指数的防冲钻孔参数定量计算方法,并在新巨龙矿井2302S工作面进行应用,取得了良好效果。研究结果对冲击地压防治具有参考意义。     

煤岩组合体峰前能量分布公式推导及试验

冲击地压一定是在能量驱使下发生的,为探索引发冲击地压的能量在煤岩系统中的积聚层位,构建了煤岩组合体力学模型,推导了煤岩组合体峰前能量分布公式,对细砂岩−煤（fine sandstone-coal,简称FC）、粗砂岩−煤（gritstone-coal,简称GC）、细砂岩−煤−粗砂岩（fine sandstone-coal-gritstone,简称FCG）3种组合体开展5种加载速率下的能量积聚规律试验,分析了组合体破坏特征、力学特性及能量积聚规律。试验表明：（1）在0.001 mm/s加载速率下,组合体峰前能量主要以原生裂纹的扩展、贯通的形式缓慢耗散,属于塑性完全破坏;在0.1 mm/s加载速率下,组合体峰前能量主要以局部弹射破坏的形式快速释放,属于脆性不完全破坏。（2）组合体的抗压强度、弹性模量、峰前能量、冲击能量指数与加载速率呈对数关系。随着加载速率增大,组合体抗压强度、弹性模量、冲击能量指数增幅逐渐减小,峰前能量增长率呈现低－高－低的趋势。（3）随着加载速率增加,煤组分储能增多,能量占比增大。在0.001～0.010 mm/s加载速率下,煤组分积聚能量增加较快;在0.010～0.100 mm/s加载速率下,煤组分积聚能量增加较慢。（4）相同加载速率下,煤组分能量占比顺序：FC组合体＞FCG组合体＞GC组合体。（5）组合体中煤组分能量占比均大于50%,煤组分是能量积聚的主要载体。相同应力条件下,软弱岩层能量积聚能力强于坚硬岩层,更易积聚能量。研究结果可为确定冲击地压能量积聚层位和释能减冲工作提供参考。     

Hopkinson压杆对准脆性材料的动态力学实验研究

分离式Hopkinson压杆是对准脆性材料实施高速加载的理想工具,利用该装置可以对准脆性材料实施各种加载方式,测定材料的动力特性参数。对分离式Hopkinson压杆装置的测试原理做了扼要说明,简单介绍了目前用于准脆性材料的测试方法(压缩实验方法和拉伸实验方法),并结合目前的测试技术,对准脆性材料的实验方法提出了一些新的设想。     

大理岩冲击加载试验碎块的分形特征分析

应用分形几何的方法对冲击加载试验中大理岩破碎块度分布进行统计分析。结果表明,大理岩的冲击破碎块度分布具有分形特征,采用破碎分形维数对岩石破碎过程进行定量描述,可以合理地反映大理岩冲击破碎的程度;大理岩的平均破碎块度与冲击加载速率有着较强的相关性,随着加载速率的提高迅速减小;建立了能量吸收与破碎分维的关系,从能量吸收的角度可以较好地解释破碎分维的变化规律。破碎分维是评价岩石冲击破碎块度分布的理想指标,可较为全面地反映岩石冲击破碎的全过程。     

落石正、反转转速对法向恢复系数影响的室内试验

为探究落石正转和反转转速对法向恢复系数（R_n）的影响,选制正方、圆盘和圆柱三种典型形状试块,通过专门研发的落石碰撞测试装置,开展不同正转和反转转速下试块绕X和Y轴与坡面的碰撞测试。试验结果表明:圆盘和圆柱状试块绕Y轴旋转时（近似正碰）,转速对R_n基本无影响;3种形状试块绕X轴旋转时（非正碰）,转速和R_n存在一定相关性,但R_n还受到试块形状和冲击姿态联合影响。为此,引入综合变量-冲击姿态系数（IPC）来量化转速对R_n的影响。鉴于不同冲击姿态下法向冲击力对R_n的力学作用机制存在差异,对试块冲击回弹特征采取分类探讨。一次冲击回弹型,正转试验中质心（C）在接触点（CP）之后和C在CP之前条件下,IPC与R_n分别呈线性正相关和负相关关系;反转试验结果则正好相反。二次冲击回弹型,无论正转或反转,第一次冲击C在CP之前或之后,各形状试块IPC与R_n均为强正相关,但各工况下的相关规律并不一致。这些获得的结论基本揭示了转速对R_n的影响关系,同时为转动异形落石冲击回弹过程的精准预测提供了参考。     

含卸压孔硬岩应力松弛特性试验研究

针对非完整硬岩应力松弛特性研究的不足,开展了含卸压孔的具有岩爆倾向性的辉长岩试样峰前加载、松弛和再加载、再松弛模式的应力松弛试验,得出了其峰前应力松弛特性、松弛模型和超声波变化规律,揭示了应力松弛过程的卸压孔作用机制。结果表明：含卸压孔硬岩应力松弛过程经历了迅速衰减、逐渐衰减和稳定3个演化阶段;随峰前加载载荷增加,其应力松弛度总体上呈现增加,能量耗散量增加,用于硬岩损伤破裂演化的能量比例增加;通过波速、波幅和波形变化对比分析可以反映含卸压孔硬岩应力松弛过程的变形损伤破裂演化进程;Burgers模型能较好地反映含卸压孔硬岩的应力松弛特性。经与完整辉长岩试样应力松弛试验对比分析,表明同等情况下含卸压孔硬岩的应力松弛度更大,松弛过程能量耗散量更多,耗散速度也更快。该研究结果对硬岩、含卸压孔硬岩长期稳定性分析、预测及岩爆解危具有很好的指导和借鉴意义。     

冲击地压煤层大直径卸压孔快速成孔关键技术

为了提高冲击地压矿井大直径卸压钻孔的成孔率和施工效率，通过对冲击地压矿井煤岩体应力特征、卸压孔孔壁扰动动力失稳特性及施工特点的分析，探讨了大直径卸压孔快速施工的关键点在于高效排渣、快速成孔提钻。采用具有1.25 m行程轨道、大通孔动力头的ZDY4000LR型钻机，优化了大直径卸压钻孔施工操作流程，形成了水介质螺旋宽翼片双动力排渣高效成孔工艺方法，并在河南义马矿区和陕西彬长矿区进行了现场试验。结果表明:该工艺技术能够安全、高效地施工大直径卸压钻孔，施工效率较大螺旋钻进技术提高了48.9%，成孔率可达到100%。研究成果对类似冲击地压矿区施工煤层卸压孔提供借鉴。      

基于冲击耗能指数定量评价岩石硬度试验研究

岩石硬度是反映岩层软硬、可钻性和爆破难易程度的重要指标,解译冲击钻进钻具响应信息可为原位、快速、定量评价岩石硬度提供新思路。采用高精度数字型位移、液压和转速传感器监测冲击钻机的关键传动部位,搭建了冲击钻机数字钻进过程监测系统。平行开展岩石硬度测定和冲击钻进正交试验,建立了各类岩石的钻进响应信息标准数据库,深入剖析推进压、冲击压、旋转速度与冲击耗能之间函数关系,并提出利用冲击耗能指数定量评价岩石硬度的方法。研究发现,推进压和冲击耗能呈负相关的线性关系;冲击压和钻进耗能拟合曲线为开口向上抛物线,各种岩石对应曲率半径不尽相同,但对称轴基本一致;钎杆转速对钻进耗能的影响可忽略。通过对单位体积钻进耗能进行无量纲化处理,滤除了冲击钻进机械参数的影响,定义了可用于表征岩石硬度的新指标：冲击耗能指数η,其离散性小且与岩石硬度具有良好的相关性。利用数字传感技术获取和解译常规钻孔的钻进过程响应信息,可在不额外增加勘测或试验工作量情况下测定岩石硬度,为工程现场直接评价岩体参数提出了新途径。     

钻井提速用振动冲击工具研究进展

振动冲击工具作为降本增效的有效手段之一,正在得到行业内的广泛认同和重视。本文通过详细列举轴向冲击器、扭转冲击器和复合冲击器等工具的最新研究进展,可以看出振动冲击工具通过合理利用泥浆水力能量并将其转化为冲击破岩能量,有效提高了破岩效率,改善了钻头破岩环境,降低了破岩阻力。并根据现场应用情况来看,可以不同程度地提高钻井过程中的机械钻速,缩短钻井周期。     

组合煤岩破坏过程能量耗散特征及冲击危险评价

为揭示组合煤岩失稳破坏过程中的能量耗散规律,通过组合煤岩单轴压缩试验,从能量角度对组合煤岩失稳特征进行了分析。引入分形理论,研究了声发射信号与煤岩破坏程度之间的关系,以及不同组合结构对组合煤岩破坏过程的能量耗散的影响,提出一种利用煤岩结构力学特性判定冲击危险的方法。结果表明：随组合煤岩顶板岩石高度增加,试样整体强度和弹性模量增加,峰后应变软化过程缩短;岩石高度的增加,岩石与煤的弹性模量差值的减小均会导致冲击危险增加;通过对组合煤岩中岩石和煤的高度及其力学性质分析,提出了组合煤岩冲击倾向性判定指数,利用冲击倾向性判定指数对组合煤岩冲击危险进行评价,其准确度和实用性优于传统模糊判定的“四指标”方法,为深入开展煤岩组合结构冲击倾向评价提供了试验和理论支持。     

瓦斯压力影响下煤岩力学性质与冲击能量指数演化规律及机制

深部煤层冲击地压诱发瓦斯涌出、突出事故频繁发生,对井下安全生产带来了巨大威胁,厘清瓦斯对煤岩力学性质、冲击倾向性演化规律是建立有效防治手段的基础。运用物理试验方法,基于自主研发的可视化煤岩流?固耦合试验系统,研究瓦斯压力影响的煤岩吸附、力学性质及碎块分布规律,分析瓦斯影响的煤岩冲击能指数演化特征与机制。结果表明:具有强冲击倾向性煤岩的瓦斯等温吸附曲线符合Langmuir模型,随瓦斯压力升高,煤岩软化特性越发明显,弹性模量、软化模量均呈阶段性降低,瓦斯对二者在煤岩峰值前后具有不同的影响效果且存在临界压力,试样破坏形式呈“脆性张拉→剪切→张拉+塑性流动”过渡,冲击能指数与试样碎块尺度均呈先减小后增大的“V”形变化特征,破碎后具有更多盈余能;含瓦斯煤岩小尺度碎块是灾害发生的客观条件,瓦斯膨胀能为煤体动态失稳提供了额外的能量,增大了冲击地压发生过程的强动力性和破坏性,这种煤岩基质骨架与瓦斯运移的固?流耦合降低了冲击地压发生的临界指标且具有更高的致灾潜能。研究成果与启示为进一步判定深部高瓦斯煤层灾变倾向并建立行之有效的防治手段提供了试验基础和研究思路。      

岩石单轴压缩试验Kaiser效应实质的研究

岩石 Kaiser效应具有记忆先前应力、纵向应变和横向应变的能力 ,记忆的准确程度随加载阶段不同而不同。为了解 Kaiser效应的记忆实质 ,通过岩石单轴压缩试验确定 Kaiser效应对体积应变、弹性模量和泊松比三项物性参数的记忆能力。结果表明 ,岩石 Kaiser效应具有记忆先前物性参数的能力 ,其中尤以对弹性模量的记忆能力表现为最好 ,而且受时间因素影响不大 ,说明岩石 Kaiser效应的实质是对其内部物理特性的记忆     

Illuminating the practice of Knowledge Exchange as a ‘pathway to impact’ within an Arts and Humanities Research Council ‘Creative Economy Knowledge Exchange’ project

This article is concerned with the practice of Knowledge Exchange (KE) within the creative economy. Drawing on material collected as part of an ethnographic study of a small creative business support agency – Cultural Enterprise Office – based in Glasgow, Scotland, the article argues for a nuanced consideration of the complexities of doing KE in the creative economy. The study in question was titled ‘Supporting Creative Business’ and was funded by the Arts and Humanities Research Council under its Creative Economy Knowledge Exchange programme. This article describes the practice of KE, and the role that it might play as a ‘pathway to impact’. I explore the often-mundane activities that constitute KE ‘on the ground’, and argue for further attention to be paid to what I call ‘informal KE’. This article contributes directly to ongoing debates in geography about the effect that the impact agenda is having on academic practice. More specifically, the article examines the role of academics vis-à-vis consultants and other knowledge producers within the creative economy.     

岩爆岩石弹射性能综合指数 Krb判据

本文以正在施工的南盘江天生桥大型水电站引水隧洞中产生岩爆的石灰岩为试件,在电液闭路伺服控制刚性试验机上进行了大量的岩石弹射试验。依据荷载-位移全过程曲线,分析了有效弹射能 W_eff 与岩爆岩石脆性指数 K_u、应力下降指数 K_σ以及弹性应变能指数 K_w 之间的关系,提出了岩爆岩石弹射性能综合指数 K_rb判据。     

Global spectra of energy and enstrophy and their fluxes during July 1979

Transient and stationary spectra of kinetic energy (KE), available potential energy (APE) and enstrophy (EN), and their spectral fluxes as a function of the two-dimensional wavenumbern were computed for July 1979. Triangular truncation at zonal wavenumber 42 was used for computation. The slopes of various spectra in the wavenumber range 14≤n≤25 were obtained by fitting a straight line in log-log scale by the least square method. The transientKE, APE andEN spectra in the lower (upper) troposphere had slopes −2·21 (−2·30), −2·65 (−2·64) and −0·36 (−0·46), respectively. The effect of stationary and divergent motion on the slope values was investigated. The possible correlation between the slope and percentage of transient component in the combined energy and enstrophy was examined to identify the transient motion of the atmosphere with the two-dimensional homogeneous isotropic turbulence. The vertically averaged slope of kinetic energy and enstrophy in the lower (upper) troposphere was close to the value at 700 (200) hPa level. The spectral fluxes of kinetic energy and enstrophy in the wavenumber range 14≤n≤25 satisfied, to a very rough approximation, the criteria of inertial subrange. The stationary fluxes were small. The estimated stationary-transient component of flux was larger, comparable and less than the corresponding transient flux of APE, KE and EN. Representative levels for computation of energy and enstrophy spectra and their fluxes in the lower and upper troposphere were identified.     

西北太平洋黑潮延伸体观测回顾和展望

西北太平洋黑潮延伸体是全球海洋动力过程最复杂、对全球气候变化最敏感和全球海洋渔业产量最大的区域之一,然而,目前对该海区物理、生态及生地化循环等过程的认识仍受限于长期连续海洋观测资料的缺乏。本文回顾了国际上针对黑潮延伸体海区的相关观测情况和取得的主要进展,介绍了近年来我国在该区域观测系统的构建工作及取得的初步成果,包括构建了全球首个西北太平洋黑潮延伸体定点观测系统;发现黑潮延伸体海区海洋涡旋的平流效应对该海区模态水的总潜沉率贡献超过一半,所携带当地的模态水只需要一年半的时间就可到达海盆的西边界;基于潜标首次展示了黑潮延伸体区域3种不同类型次温跃层涡旋流速的直接观测结果,为开展其生成消亡机制及其全球次表层物质能量输运提供了重要的现场观测基础。最后,本文展望了今后观测系统的发展方向,即在跨圈层和多学科交叉方面发展成为我国在西北太平洋重要的深远海综合观测网络。这将为揭示多尺度物理-生物过程耦合、深海能量串级及其气候效应与深海碳循环等领域实现突破提供重要的观测支撑。     

利用水化学特征识别桑树坪煤矿突水水源

及时准确地找到突水水源,是解决矿井突水问题的关键。通过对桑树坪煤矿主要含水层水样进行常规水质分析,并通过Piper三线图揭示了矿区不同地下水含水层的水化学特征,并通过出水点与背景值的水文地球化学特征对比,正确地判断出了该矿区突水水源为奥灰岩溶水。研究认为,水化学特征分析是一种快速判别突水水源的有效方法。      

Performance Evaluation of Button Bits in Coal Measure Rocks by Using Multiple Regression Analyses

Electro-hydraulic and jumbo drills are commonly used for underground coal mines and tunnel drives for the purpose of blasthole drilling and rock bolt installations. Not only machine parameters but also environmental conditions have significant effects on drilling. This study characterizes the performance of button bits during blasthole drilling in coal measure rocks by using multiple regression analyses. The penetration rate of jumbo and electro-hydraulic drills was measured in the field by employing bits in different diameters and the specific energy of the drilling was calculated at various locations, including highway tunnels and underground roadways of coal mines. Large block samples were collected from each location at which in situ drilling measurements were performed. Then, the effects of rock properties and machine parameters on the drilling performance were examined. Multiple regression models were developed for the prediction of the specific energy of the drilling and the penetration rate. The results revealed that hole area, impact (blow) energy, blows per minute of the piston within the drill, and some rock properties, such as the uniaxial compressive strength (UCS) and the drilling rate index (DRI), influence the drill performance.     

The comparison of the performance of ELM,BRNN, and SVM methods for the prediction of compression index of clays

The compression index (Cc) is a necessary parameter for the settlement calculation of clays. However, determination of the compression index from oedometer tests takes a relatively long time and leads to a very demanding experimental working program in the laboratory. Therefore, geotechnical engineering literature involves many studies based on indirect methods such as multiple regression analysis (MLR) and soft computing methods to determine the compression index. This study is aimed to predict the compression index by using extreme learning machine (ELM), Bayesian regularization neural network (BRNN), and support vector machine (SVM) methods. The selected variables for each method are the natural water content (w_n), initial void ratio (e₀), liquid limit (LL), and plasticity index (PI) of clay samples. Many trials were carried out in order to get the best prediction performance with each model. The application results obtained from the models were also compared based on the correlation coefficient (R), coefficient of efficiency (E), and mean squared error (MSE). The results indicate that the BRNN method has better success on estimation of the compression index compared to the ELM and SVM methods.