张冰
- 作品数：14 被引量：136H指数：7
- 供职机构：山东大学土建与水利学院岩土与结构工程研究中心更多>>
- 发文基金：山东省自然科学基金国家自然科学基金山东大学自主创新基金更多>>
- 相关领域：矿业工程建筑科学交通运输工程更多>>
- 大型真三维煤与瓦斯突出定量物理模拟试验系统研发被引量：18
- 2018年
- 采用物理模拟试验开展多种组合条件下煤与瓦斯突出定量化模拟是目前研究煤与瓦斯突出机理与规律的主要研究手段,以综合作用假说、CSIRO突出模型为理论依据,根据推导建立的煤与瓦斯突出相似准则,研发了可考虑不同地质条件、地应力、煤岩体强度、瓦斯压力和施工过程的大型真三维煤与瓦斯突出定量物理模拟试验系统;系统由模型反力与空间密封单元、高地应力梯度加载智能控制单元、大流量高压瓦斯气体充填加载单元、巷道微型掘进与高速记录单元和多元信息瞬态获取五大关键单元构成。可实现最大尺寸为1.5 m×1.5 m×3 m(长×宽×厚)的试验模型真三维梯度加载,系统最大加载能力60 MPa,模型厚度方向可按0.6 m倍数调节,系统最大充气压力3MPa,最大气体充填速度360 L/min,微型光纤光栅传感器最大采集频率500 k Hz,巷道最大掘进速度10 cm/min。各模块协同工作,可实现三维气固耦合条件下石门揭煤诱发煤与瓦斯突出试验模拟,为探索不同组合因素下煤与瓦斯突出发生条件,揭示突出机理提供了定量化模拟平台。
- 李术才李清川王汉鹏袁亮张玉强薛俊华张冰张冰
- 关键词：煤与瓦斯突出
- 循环冲击下预加静载岩石损伤破坏机制
- 2024年
- 为研究深部地下工程高地应力静载与采掘爆破施工等循环扰动耦合作用下岩石的损伤破坏机制,利用自主研发的多应变率动静叠加岩石力学试验系统,开展了不同预加静载(0.45σ_(c)、0.65σ_(c)、0.85σ_(c))叠加循环冲击荷载以及相同预加静载叠加不同频率(0.5、1.0、2.0 Hz)循环冲击荷载的砂岩动静叠加试验。试验结果表明:动静叠加试验中岩石峰值强度小于静载试验,最大变形量大于静载试验,表明动静叠加荷载对岩石损伤具有显著促进作用,且不同动静荷载叠加下岩石强度、变形、破坏等演化规律具有一致性,其中峰值强度、破碎持续时间与预加静载呈线性负相关,与循环冲击频率呈对数正相关;最大应变、裂隙分形维数、碎块分形维数与预加静载呈线性正相关,与循环冲击频率呈对数负相关;不同动静叠加下岩石表面裂隙与碎块粒径分形维数演化趋势基本一致,且前者略大于后者,表明岩石表面及内部裂隙发育的同步性,相比岩石内部三维应力状态,表面更利用裂隙萌生与扩展;不同动静叠加条件下岩样破坏模式发生转变,随着预加静载的增大或冲击频率的减小,破坏模式经历“斜面剪切破坏—竖向拉伸破坏—整体爆裂破坏”的转变,且爆裂破坏位置由底部向整体扩展。为定量表征循环冲击下预加静载岩石损伤机制,结合理论分析与试验数据,建立了综合考虑静载损伤与不同峰值、频率、次数循环冲击损伤以及应变率强化效应的动静叠加损伤因子,进而开展了4组不同参数下的动静叠加试验,理论计算与试验结果对照误差率分别为0.5%、1.8%、0.6%、1.7%,误差均较小;但基于动静叠加损伤因子的理论计算强度均小于试验强度,初步分析这是由于高频循环冲击下损伤发育存在细观滞后性,循环冲击实际产生的累积损伤小于单次冲击损伤的循环次数倍,后期可开展细观测试,探索
- 王汉鹏王汉鹏张冰邱廷麟张冰
- 关键词：岩石力学破坏模式
- 基于CSIRO模型的煤与瓦斯突出模拟系统与试验应用被引量：20
- 2015年
- 在分析现有装置优势与不足的基础上,为实现地应力、瓦斯压力和煤体物理力学参数方便可调,基于煤与瓦斯突出综合作用假说与CSIRO模型,提出本模拟系统的设计思想和技术要求。采用模块化的设计思路研制成功煤与瓦斯突出模拟试验系统。该系统最大可施加30 MPa地应力和3 MPa气体压力,气体压力采集频率高达1 000Hz,气体压力和高速摄像同步采集实现对突出瞬态过程信息的精确记录。该系统操作便捷,单次试验速度快,大大缩短了试验周期。模拟9组含瓦斯煤的石门揭煤突出试验,试验结果表明:煤与瓦斯突出受地应力、瓦斯压力和煤岩体强度共同影响,其中煤体强度对突出起阻碍作用,对应不同煤岩体破坏状态,存在瓦斯压力动态临界值。模拟试验动力现象强烈,突出后孔洞成明显的口小腔大形态。研制的试验系统为深入分析煤与瓦斯突出机制提供了科学试验仪器。
- 王汉鹏张庆贺袁亮薛俊华李清川张冰
- 关键词：采矿工程煤与瓦斯突出物理模拟
- 单轴压缩下含瓦斯煤破坏过程能量演化规律
- 为了获取含瓦斯原生煤、构造煤变形破坏过程的能量演化规律及能量差异,采用原煤及性质与构造煤相近的型煤,开展了单轴加卸载试验及瓦斯释放试验,精确测定了含瓦斯原煤、型煤在不同单轴应力下的弹性能与瓦斯膨胀能.结果表明:在变形破坏...
- 张冰王汉鹏袁亮余国锋刘众众王伟
- 关键词：含瓦斯煤破坏过程单轴压缩
- 煤与瓦斯突出多因素影响规律与能量判据实验研究被引量：3
- 2022年
- 为分析煤与瓦斯突出多因素耦合影响规律,开展了多组不同条件下含瓦斯煤快速揭露致突模拟试验.将模拟试验结果与突出能量模型相结合,计算突出潜能与突出耗能的定量关系,分析得出突出临界瓦斯压力与煤体强度呈正相关,与轴向应力呈负相关,验证了能量判据对突出激发的必要性.选取煤体弹性能、瓦斯膨胀能、煤体强度及密度等参数建立了两个综合考虑多影响因素的无量纲参数,进而拟合得出发生剧烈突出的能量判据公式.结果表明:瓦斯压力及轴向应力越大,煤体强度越小,突出危险性越高;各因素对煤与瓦斯突出危险性的影响重要程度排序为:瓦斯压力>煤体强度>轴向应力.
- 王伟王汉鹏张冰张冰
- 巷道掘进揭煤诱导煤与瓦斯突出模拟试验系统被引量：34
- 2020年
- 为深入研究巷道掘进揭煤诱导煤与瓦斯突出机理及其全过程多物理量信息规律,基于综合假说及CSIRO突出模型,研发了巷道掘进揭煤诱导煤与瓦斯突出模拟试验系统.试验系统的反力密封单元具备旋转功能,且实现了模型边界气密性;应力加载单元实现了对模型5 MPa真三轴地应力加载;气体充填单元实现了3 MPa气体自动稳压充填和快速补压;巷道掘进单元实现了巷道可视化伺服掘进和自动排渣;信息获取单元实现了突出全过程多物理量信息快速获取融合.并利用试验系统成功开展了真三轴地应力加载和1.1 MPa充气保压条件下巷道掘进揭煤诱导煤与瓦斯突出全过程相似模拟试验,得到与现场相似的突出孔洞位置及形状、突出粉煤质量与距离等现象及气压、温度、应力等多物理量信息.
- 袁亮王伟王汉鹏张冰张冰余国锋余国锋
- 关键词：煤与瓦斯突出
- 大流量高压气体充填教学实验系统研发与应用
- 2023年
- 为适应新工科背景下实验室建设对气固耦合模拟实验设备的性能以及智能化与安全性需求,研发了大流量高压气体充填教学实验系统。该系统包括气源模块、动力模块、气体增压模块、储气模块、真空模块、气体充填模块、采集控制模块,解决了现有仪器在气体充填过程中存在的低温效应,可实现0~10L/s、0~5 MPa气体的恒体积流量、恒压充填,并可通过同一套软件实现整个系统的自动化控制与数据采集。最后,通过巷道掘进诱发的煤与瓦斯突出物理模拟实验验证了该系统的可靠性与精确性。
- 张冰王汉鹏王汉鹏李梦天林春金赵盛男
- 关键词：实验教学
- 用于动静载下含瓦斯煤损伤机制研究的三轴固气耦合试验仪被引量：1
- 2022年
- 煤与瓦斯突出是动静荷载叠加作用下含瓦斯煤的损伤破裂动力效应,研究含瓦斯煤的损伤破坏机制对于深化突出机理、破解突出防治难题意义重大。然而,现有仪器只能对含瓦斯煤进行静力加载,与突出煤层的应力场有很大区别。基于此,自主研发了可用于循环动静组合荷载下含瓦斯煤损伤破坏机制研究的三轴固气耦合试验仪。该仪器由动静加载单元、三轴围压单元、流体注入单元和信息采集单元4个关键单元构成,实现了固气耦合环境下煤样动静组合循环加载和损伤破坏过程中声发射参数的精确测试。利用该仪器开展了不同频率循环动载下煤样损伤劣化试验,试验结果表明:循环动载会对含瓦斯煤的宏观力学参数造成损伤劣化,随着循环动载频率的增大,煤样强度和弹性模量的损伤越大,最大损伤劣化率可达30%~40%;煤样三轴压缩过程中声发射与应力-应变曲线呈明显的耦合效应,对应应力-应变曲线,声发射活动可分为平静期、缓增期、动载稳增期和突增期4个阶段;在不同频率的循环动载下,声发射事件峰值的演化规律与累计事件峰值的演化规律不同,随着动载频率的增加,事件峰值减小,累计事件峰值却增大。该仪器采集的声发射参数可以很准确地表征煤样在动载作用下的损伤演化,并和弹性模量损伤量对比,进一步证明了该仪器用于研究含瓦斯煤损伤破坏机制的可靠性。
- 刘众众王汉鹏王汉鹏袁亮
- 关键词：含瓦斯煤固气耦合声发射
- 煤与瓦斯突出物理模拟试验中甲烷相似气体的探索被引量：16
- 2017年
- 当前煤与瓦斯突出物理模拟试验多采用二氧化碳代替甲烷,导致试验结果偏差较大。为了保证模拟试验相似性并规避甲烷气体带来的安全风险,提出了甲烷相似气体的概念。基于瓦斯在突出过程中的作用机制和相似准则,结合煤与瓦斯突出防治规定,建立了以瓦斯含量、瓦斯放散初速度、初始瓦斯膨胀能和含瓦斯煤力学性质为参数的相似指标。初步采用二氧化碳体积分数为20%、40%、60%、80%的二氧化碳和氮气二元混合气体作为甲烷相似气体的筛选气体。按照相关规范,分别测定了甲烷和筛选气体的相似指标参数值,确定了与瓦斯含量、瓦斯放散初速度、初始瓦斯膨胀能和含瓦斯煤力学性质接近的混合气体组分分别是二氧化碳体积分数为60%、35%、45%和54%。相关性分析结果表明,上述4种配比气体与甲烷性质相关性高,可以作为相似气体的待定气体。采用待定气体和甲烷进行了模拟试验,结果表明,二氧化碳体积分数为45%的混合气体的突出现象和突出临界值与甲烷接近,与甲烷相似性高。
- 张庆贺王汉鹏李术才薛俊华张冰朱海洋张德民
- 关键词：煤与瓦斯突出物理模拟甲烷
- 超低渗气密性岩层相似材料特性分析被引量：5
- 2021年
- 为实现对超低渗透率岩层的真实模拟,克服现有流固耦合相似材料的不足,研发了一种具有超低渗气密性且参数可调的新型气固耦合岩层相似材料.该材料以铁精粉、重晶石粉、石英砂为骨料,特种水泥为黏结剂,水泥添加剂和淀粉为调节剂,采用电动夯实机振动压实成型.选取m特种水泥,m水泥添加剂,m淀粉作为影响因素,采用正交试验方法测试了材料的力学渗透性质及影响规律,其中,相似材料的气体渗透率利用自主研发的相似材料渗透率测试仪通过稳态法测试.试验结果表明:材料的密度为2.47~2.66g/cm^(3),单轴抗压强度为0.66~8.86MPa,弹性模量为66.65~438.17MPa,渗透率为3.71×10^(-3)~4.63mD,各参数均可通过m_(特种水泥),m_(水泥添加剂),m_(淀粉)进行精确调节;材料干燥快速,性质稳定,渗透率可在1.5MPa气压下维持恒定.研发的超低渗气密性岩层相似材料可用于煤与瓦斯突出、页岩气开采等气固耦合模型试验中超低渗气密性岩层的模拟.
- 王汉鹏张冰袁亮刘众众薛阳
- 关键词：相似材料渗透率正交试验
