竖井消能工折板压强及脉动特性分析*

为研究泄流过程中折板式竖井消能工水动力荷载作用,以某深隧排水工程竖井为研究对象,开展正态水力模型试验,研究恒定流与非恒定流条件下折板压强分布规律及脉动特性,分析折板间距和倾角对频谱特征影响。结果表明:上层折板承受时均压强为中层和下层折板1.5~3倍;恒定流条件下折板瞬时压强脉动幅值随入流量和折板间距增大而增大,随折板倾角增大而减小,功率谱密度优势频段为0~2.5 Hz;非恒定流条件下折板瞬时压强自上而下依次减小,功率谱密度优势频段介于0~4.0 Hz。研究结果可为竖井折板结构防振设计提供参考。     

硬岩竖井爆破损伤区探测及衬砌荷载*

为研究硬岩竖井受爆破开挖扰动的影响,依托米仓山公路隧道竖井工程,采用RSM-RCT（B）测试系统探测竖井爆破损伤区范围为1.1~1.4 m,并利用残余地质强度指标标定损伤区力学参数,将其纳入收敛约束法和数值分析中,以评估损伤区对竖井围岩及衬砌荷载的影响。研究结果表明,在硬岩竖井中开挖爆破是造成岩体损伤区的关键因素,地应力方向和大小对硬岩损伤区分布基本无影响。分析结果表明,爆破损伤区导致围岩变形增大,从而使得衬砌荷载增加,最大剪应力出现在损伤区与未破坏岩体之间的交界处,大小为16 MPa,同时靠近该位置的衬砌荷载也会变大,较深竖井可采用分区段支护,降低投资成本。研究结果可为硬岩竖井开挖荷载计算及设计优化提供一定参考。     

水平井油基钻井液气侵溶解气膨胀运移规律研究

天然气进入井筒并溶解于油基钻井液会对钻井安全产生潜在威胁,溶解气随钻井液运移到井口附近突然发生析出 并膨胀,使气侵早期监测及预警的难度显著增加。为了降低井喷发生概率和钻井作业风险,针对水平井油基钻井液溶解 气运移规律进行了研究。采用气液两相流模型,模拟了不同初始气侵速率情况下甲烷溶解气和游离气随钻井液在水平段 和垂直段的运移过程,得到环空中钻井液的流速变化、甲烷析出过程、井筒环空气液两相流流型变化、泥浆池增量随时 间变化和截面含气率沿程分布等规律。模拟结果表明,油基钻井液发生气侵时的初始进气率存在临界值;在小气侵速率 情况下,侵入环空的甲烷将以溶解气的形式运移到井口,在井口分离释放,对钻井安全构成的威胁较小;而当气侵量超 过临界值时,在环空上部发生气体分离,分离点迅速下移,如不及时控制,在极短时间内便可演化为井喷,危险性极大 。     

重气泄漏扩散试验研究综述

介绍重气泄漏扩散试验(包括全规模大型现场试验和实验室模拟试验)的研究进展.全规模大型现场试验的试验场景与真实场景一致,通过现场试验得到的数据可靠且可以观察到一些独特的试验现象.实验室模拟分为水槽模拟和风洞模拟,其中水槽模拟的可视化效果好,直观性很强.当水槽模拟采用盐水时,盐水流动速度小于重气,易获得其涡旋结构照片,而且试验在液体内部进行,无毒性或腐蚀性,比较安全.风洞试验和水槽模拟都不需要花费大量财力、物力且结果可靠,为数值模拟提供了数据.本文通过分析重气试验的研究现状,指出了风洞试验的研究方向.     

新建隧道爆破对临近隧道振动特性的影响研究

为保证既有杭深铁路在临近隧道爆破施工时的安全运营,考虑既有运营隧道衬砌的支护作用,结合现场监测和数值模拟的方法,研究既有运营隧道衬砌在临近新建隧道爆破动力荷载作用下的振动特性及应力分布特征,采用FLAC3D数值模拟隧道爆破对既有运营隧道的影响,同时简要评估现场所用爆破方案的安全性,并给出相应的控爆措施。结果表明:新建隧道爆破施工时,既有运营隧道衬砌迎爆侧拱腰处的振速相对拱脚处较大,且拱腰处径向振速较大;新建隧道工作面后方已成洞区对应的既有运营隧道衬砌振速相对未成洞区较大;爆破荷载作用下运营隧道拱腰处衬砌应力值最大;爆破会对运行中的列车产生影响,应减小开挖进尺或选择在列车停运时段施工。     

基于SPH-FEM耦合法的含缺陷输气管道爆炸冲击响应研究

针对大口径埋地输气管道发生物理爆炸对并行含体积缺陷邻管的冲击行为,利用LS-DYNA和LS-PREPOST有限元软件建立基于光滑粒子流体动力学-有限单元法的管-土-炸药耦合模型,分析不同缺陷深度、不同缺陷表面积、不同缺陷位置和不同爆心距下邻管的动力响应;基于爆腔预估公式和峰值振速经验公式,验证了所建耦合模型的可靠性,并通过设计算例开展多工况分析。研究结果表明:迎爆面上的缺陷处为动力响应的热点区域,最大响应特征值（应力、位移与振速）位于缺陷中心处,随缺陷深度的增加或管间距的减小特征值增速由平缓到急剧;相比缺陷位置和表面尺寸对管道的扰动程度,缺陷深度和爆心距对管道的动力响应影响较大;在本研究的条件下,建议埋地并行输气管道的安全间距不应小于5.16 m,且腐蚀深度不大于管道壁厚的0.633 6倍。研究结果可为埋地输气管道极端灾害下的风险评估提供技术支撑,为并行管道可能的抗爆隔爆设计提供模拟数据支持。     

爆炸冲击对高阶煤微晶结构的影响特征*

为探究爆炸冲击荷载对煤微晶结构的影响,以河南赵固二矿山西组二1煤层高阶无烟煤为研究对象,利用炸药对煤样进行爆炸冲击试验,通过改变炸药量控制冲击荷载的大小,并对冲击过后的煤样进行X射线衍射测试,分析在不同强度冲击荷载作用下煤样微晶结构的变化规律。研究结果表明:煤样的峰值应变随着冲击荷载的增大而升高;与原煤相比,受冲击荷载之后煤样XRD图谱的002峰与100峰均变的更高且陡,衍射峰位置向θ值大的一侧偏移;与原煤样相比,受冲击荷载之后煤体的微晶结构参数发生规律性变化,面层间距（d002）表现出减小的趋势,单元堆砌度（Lc）、单元延展度（La）以及（La/Lc）表现出增大的趋势;微晶结构变化快慢也呈现一定的规律性,随着煤样受到冲击荷载的增大,面层间距呈现减小的趋势;单元堆砌度与单元延展度呈现增加的趋势,前期增加缓慢,后期增加迅速;受冲击煤样的微晶结构更加有序,从微观结构上解释了冲击载荷对煤微晶结构的影响。     

超临界CO2气爆致裂规律实验研究

针对我国低渗透性煤层增透困难的现状,研发了可控超临界二氧化碳气爆发生装 置,对不同强度的模拟煤体进行了不同温压条件下的超临界CO2气爆实验,结合孔内窥 镜观测和外观测量手段,对爆后宏观裂隙数目和长度等爆破响应信息进行统计分析。结 果表明:气爆裂纹起裂所需的最小爆破压力与介质的抗拉强度呈指数式增长的关系,主 要是固体材料在动力载荷作用下强度增大引起的;超临界二氧化碳气爆后产生宏观裂隙 的数目和累计长度与爆破压力满足Logistic函数关系,是裂隙面积超线性增加所消耗能 量也超线性增加的结果;超临界CO2对温压条件敏感,爆破有降温作用,是良好的物理 爆破原料,使用超临界二氧化碳作为爆破原料的爆破效果优于空气爆破效果。     

泄漏场内典型房间泄漏孔对室内重气扩散的影响研究

模拟了泄漏场内典型房间的重气扩散过程。对比了不同泄漏孔位置及泄漏孔迎背风条件下房间内重气的扩散情况。数值模拟结果表明,当单一泄漏孔存在且泄漏孔迎风时,泄漏孔在高度方向上的尺寸对有毒有害重气在室内的扩散过程影响最为明显;当单一泄漏孔存在且泄漏孔背风时,房间内重气扩散缓慢,房间内相对安全;当前后墙都存在泄漏孔时,重气的扩散是最为迅速的,对于室内人员来说,这种情况也是最为危险的。     

辽宁召开冶金矿山非电导爆系统安全技术座谈会

辽宁省冶金局于1980年3月18至21日在红透山铜矿召开非电导爆系统安全技术座谈会。与会代表结合辽宁省冶金矿山在试验应用和推广非电导爆新技术方面所取得的成就进行了交流和评价,认为在生产厂家协助下广泛开展的试验研究,在安全、综合成本、材料消耗和爆破效率等方面取得了一定的进展和突破。同时认为,非电导爆系统目前存在深孔爆破能量小、孔外导爆雷管带来的不安全因素、缺乏爆破网路测试手段和方法以及导爆管的质量和成本等问题,有     

挖掘荷载冲击下输气管道动力响应分析

为了对挖掘荷载冲击下输气管道的动力响应情况与影响因素进行分析,利用ANSYS AUTODYN有限元软件对挖掘荷载冲击管道的过程进行数值模拟,根据仿真结果分析不同挖掘环境下管道的受损程度。研究结果表明:当受到挖掘荷载的作用时,管道的应力分布成对称状,在荷载作用位置单元处,有效应力达到最大值,且挖掘荷载大小与斗齿数对管道受损程度的影响较为明显。     

预装药温度条件下非电起爆系统传爆特性试验研究

根据大型露天矿混装车预装药的技术要求,在实验室内于50℃NH4NO3溶液和85℃水中,将普通和高强度NONEL管（塑料导爆管）浸泡一定时间后,探索了它们的起爆传爆性能,并对试验结果和现象作了初步分析,由此揭示了NONEL管在此条件下的安全可靠性。     

纵向风作用下竖井自然排烟对隧道内烟气逆流长度的影响

为了研究纵向风作用下隧道内竖井自然排烟对烟气逆流长度的影响,采用数值模拟的方法,建立了不同竖井高度的全尺寸隧道模型。并选取无竖井排烟的工况作为对照组,模拟不同火源功率下,改变竖井与火源纵向距离时竖井自然排烟对烟气逆流长度的影响和竖井排烟失效临界风速的变化。结果表明：当纵向风风速较小时,竖井对烟气逆流起抑制作用;随着风速增大,烟气逆流被控制在竖井近域范围内,竖井对烟气逆流的抑制作用减弱;当风速足够大时,烟气逆流将被完全限制在竖井下游,此时竖井排烟作用失效,且对纵向通风气流起到分流作用,烟气逆流长度反而变长。在此基础上,提出了竖井排烟失效临界风速的概念,竖井排烟失效临界风速随竖井高度增加而增大。     

某铅锌矿爆破有害效应分析及安全评估

以某铅锌矿爆破施工为背景,在现场试验的基础上,对测得的振动速度进行回归分析,得到场地爆破振动衰减规律,并结合爆破主频率,确定了周围民房的容许振动速度为2cm/s。同时,对爆破冲击波和噪声进行研究,结果表明:爆破振动、冲击波和噪声均与爆心距、炸药量有关。当爆心距相同时,噪声对建筑物和人员的影响最大,空气冲击波次之,爆破振动较小。主要从控制最大段药量和爆源距安全原则考虑,提出了防爆破振动、噪声和冲击波及飞石的安全距离。另外,还提出了硐口悬挂3层麻袋、堵塞炮泥和控制起爆网络中段间微差等安全措施,并对有害效应进行评估,其结果对后续爆破设计和施工具有实用价值和指导意义。     

泄爆口参数对氢气火焰传播过程影响的数值模拟

为了减少管内气体爆炸造成的损失与破坏,基于大涡模拟LES模型和Zimont燃烧模型,研究泄爆尺寸(直径为40,60,80 mm)和泄爆位置(侧方距点火端1,3,5 m)等泄爆条件对受限空间中氢气燃爆特性的影响。研究结果表明：大孔径泄爆口更好的排放效果造成火焰锋面在通过泄爆口时发生严重畸变,而泄爆口与点火端距离的增加则会削弱火焰锋面畸变的程度,且不同尺寸泄爆口产生的泄压效果差异较大。因此,应考虑将合适尺寸的泄爆口设置于靠近易燃点处。通过探索不同泄爆孔径与泄爆口位置对氢气火焰传播的影响规律,可为实际应用中的安全泄爆起到指导性作用。     

烟囱效应作用下火灾烟气蔓延规律模拟

为研究高层建筑火灾烟囱效应产生后的烟气蔓延规律，基于FDS火灾模拟软件，以某高层建筑为例，对比分析了4种不同横截面尺寸竖井烟气蔓延特性，引入竖井无量纲长径比判断烟囱效应明显与否，研究了烟囱效应的产生特征及其烟气蔓延规律，分析了建筑中性面之上楼层的温度、CO体积分数和能见度变化。结果表明：无量纲长径比在8左右时竖井内烟气流速发生突变，竖井内大部分区域烟气流速达到6 m/s,产生明显的烟囱效应；中性面以上的楼层受烟气危害远大于中性面以下，且烟气在中性面以上的水平蔓延速度随层高增加而不断加快；随着火势发展，中性面之上疏散走道温度均超过了安全疏散的临界温度60℃,距离火源越远的楼层CO体积分数达到临界值的速度越快。研究为高层建筑火灾的防排烟设计和人员疏散条件的确定提供了理论依据。     

混凝土结构抗震性能研究取得新成果

混凝土结构在其工作过程中除了承受正常的设计载荷外,往往还要承受诸如地震、爆炸、冲击和撞击等动载荷。北京理工大学宁建国教授指导的课题组多年来一直从事混凝土、钢筋混凝土材料与结构在动态荷载作用下的动态力学性能分析和理论建模方面的研究,取得了很好的研究成果。     

覆土阻力对挖掘机损伤输气管道的动力响应研究

工程中管道挖掘损伤多为挖掘机具穿透土层后作用在管道上而导致。为确定覆土阻力下挖掘机对管道的损伤情况,利用ADAMS多体动力学软件,建立多体动力学仿真模型,再现挖掘过程,获取不同工况下有覆土阻力时管道所受挖掘荷载的时程曲线;最终将荷载时程曲线导入到ABAQUS有限元软件中,分析管道的动力响应情况。研究结果表明:单齿作用下管道承受的挖掘荷载的峰值是五齿作用下的1. 3～1. 9倍;与铲斗接触处的管道横截面的各项力学特征以接触点所在竖轴线为中轴线呈对称状态;挖掘荷载作用下,输气管道的Mises应力随着覆土厚度的增大而减小,且在覆土厚度变化量相同的情况下,覆土越深管道的Mises应力变化量越小。     

酸气注入泄漏扩散模拟与应急处置

针对国内某油田拟建设的国内首个酸气注入工程进行酸气回注管道泄漏扩散模拟,研究了不同泄漏口径、大气稳定度、风速条件、泄漏时间等对酸气在纵向和横向条件下的扩散距离影响,制定了应对酸气管道泄漏的紧急关断和放空燃烧措施,提出了应急处置措施,划分了泄漏应急响应区,可为首个酸气回注工程设计提供安全部署指导。     

隧道并行输气管道爆炸对邻管的冲击效应分析

针对隧道内输气管道泄漏发生爆炸对相邻管道的潜在威胁,基于泄漏率的求解,得到爆炸气体的扩散分布规律,确定蒸气云爆炸的TNT当量;利用LS-DYNA有限元软件建立隧道并行输气管道爆炸模型,分析在不同的泄漏尺寸、爆心距和风速下,邻管对爆炸冲击的动力学响应。基于峰值振速的经验公式的验证,表明所采用的管隧模型的可行性。结果表明:在内压和爆炸荷载的共同作用下,隧道内管道的等效应力和速度会出现多个峰值,有别于开敞空间的爆炸规律;泄漏尺寸越小、爆心距和风速越大,管道的动力响应越小;相比爆心距和风速,管道的动力响应峰值对泄漏尺寸的变化更敏感。研究成果可为管隧结构在极端情况下的事故预防和维护抢修提供理论指导。