摘要：保压取心技术能够将获取的深部煤层样品在孔底直接封存,以最大限度消除取心过程中瓦斯逸散;基于获取的保压岩心开展带压转移及测试是实现瓦斯含量精准测定的技术前提,而如何实现保压取心与带压转移测试的精准对接,已成为亟需解决的关键技术难点。围绕保压取心系统与测试系统对接转移的核心部件自锁转移机构开展研究,基于理论计算与室内试验,对自锁转移机构的装配关系、运动特性与承载能力等进行分析。首先,创新设计了可集成于保压取心系统内部的自锁转移机构,根据取心作业实际工况揭示了锁紧轴顺利通过与安全承载的临界条件;通过理论计算,获取了锁紧环与锁紧轴的最佳装配过盈量为0.1 mm,此时无论通过性还是抗拉承载特性均能保持良好的力学性能。其次,开展了室内锁紧轴通过性及拉伸承载测试,验证了5 kN拉伸载荷作用下锁紧机构的工作安全性。最后,完成了自锁转移机构的样机试制与装配,并进行了入井功能及带压转移动作测试,验证了自锁转移机构动作可靠性。研究成果为获取原位保压岩心并开展带压转移测试等提供了技术基础与装备支撑。

摘要：为全面提升应对川藏铁路隧道工程建设中复杂问题的能力和手段,以时间维、逻辑维、知识维以及环境维为基础结构,建立了基于系统工程方法论的川藏铁路雅安至林芝段隧道工程建设管理体系。结合川藏铁路隧道工程面临的主要挑战,根据时间维的不同阶段和逻辑维的目标实现,通过知识维的技术积累和研究攻关,系统总结了针对工程勘察与设计、特殊不良地质、施工组织和建设管理等重点问题的对策措施,以期为川藏铁路雅安至林芝段隧道工程的建设管理提供参考。研究表明:(1)隧道工程在川藏铁路全线占据主导地位,应建立基于系统工程方法论的全周期建设管理体系;(2)川藏铁路隧道工程的技术挑战主要是特殊复杂的地质环境,相关解决方案应在可研和设计阶段提出,在实施阶段深化应用研究,以确保对策措施的有效可靠;(3)鉴于川藏铁路隧道工程严酷的环境条件、极端的地质挑战和超长的建设周期,需要更高水平的"四化"支撑和突破性管理创新;(4)鉴于川藏铁路隧道工程建设管理问题的复杂性,任何一个参建方都不可能独立应对这一巨大系统工程的管理风险,需要建立更高层次的全周期一体化管理机制,实行更严格的生态环境保护,组织更有力的科技创新支撑。

摘要：开展月球资源探测与地下空间利用是人类探索月球、将月球纳入人类活动范围的重要举措。本文从月球地质结构特性及月球表面温度变化特征入手,综合考虑月球纬度、月壤/月岩导热性能等要素,针对月球恒温层的恒温特性及随纬度变化的温度涵盖范围,提出了在月球恒温层开发月球地下人类基地、月球地下轨道交通、月球生命体存储、月球原位热能存储等月球地下空间利用构想。针对所提出的月球恒温层利用构想,设计了月球地下人类基地空间支护与搭建、基于电磁技术的月球地下飞行式轨道交通、可温度调节式月球战略储备库、基于月岩/月壤导热差异的原位热能存储等技术实施方案。基于上述构想及技术方案,本文系统总结了月球恒温层地下空间利用需突破的技术挑战和面临的关键科学问题。本研究将为未来建立月球人类基地及月球地下空间利用提供技术参考。

摘要：开展月球取芯是人类探索月球、获取月球地质信息、了解地月系及太阳系起源与演化的重要举措。针对目前人类月球取芯存在的“取不深”“取不真”的技术瓶颈,从月球月壤/月岩地质成分与特性入手,在国际上首次提出月球大深度保真取芯探矿思路,在综合考虑大深度取芯钻杆搭接、取芯机器人构型设计、取芯过程自掘进与支撑、原位保真取芯控制、样本原位封装与返回等要素的基础上,提出月球大深度保真取芯探矿机器人系统构想。针对所提出的构想进行机器人系统实施技术方案设计,具体设计了多级分段式取芯器、自掘进取芯机器人、柱坐标取芯器存储机器人、气压轴向推进与气压支撑、旋转复合超声冲击钻进、保真膜及微流道原位环境控制、蜂窝状样本保真腔、月球样本保真返回等技术实施方案。基于上述构想及技术实施方案,本文系统总结了月球大深度保真取芯机器人系统设计需解决的关键技术问题及解决思路。本研究将为人类进行月球及其他行星大深度保真取芯探矿提供技术方案参考。研究成果将有助于人类真实地了解月球深部原位地质信息,为月球演化科学探索提供技术支撑。

摘要：深刻认识采动应力路径下岩体力学响应的卸载速率效应,是科学界定实际工作面推进最优速率的重要基础。基于平煤矿区煤岩初始地应力环境,定量分析了千米级赋存深度煤岩保护层开采条件下应力演化特征,展开更为符合真实应力状态的不同卸载速率下煤岩体力学行为试验测试;同时,与未考虑采动试验结果进行对比分析。研究结果表明:1)常规三轴压缩试验,试样强度受卸载速率影响较小,在卸载速率为1-4 MPa/min时,强度并无明显变化;达到5 MPa/min时,强度才有明显的上升,约为115 MPa。2)随卸载速率增加,采动过程中煤岩体强度呈现先下降后上升再下降的趋势;卸载速率为1和4 MPa/min时,煤岩体强度达到最大,其峰值应力约为64 MPa,较卸载速率3 MPa/min时提高了12%。3)低卸载速率下试件内部的微小裂隙可以充分发育、扩展,试样裂隙密度随卸载速率增加呈减小趋势,其中,卸载速率为1 MPa/min的试样裂隙密度约为卸载速率为5 MPa/min时的1.61倍,适当降低开采速度可提高瓦斯抽采效率。4)考虑采动影响的不同卸载速率下,煤岩不仅在卸载前期出现体积压缩,在破坏阶段还出现了体积膨胀,这与未考虑采动影响的煤岩卸载全过程始终处于压缩状态有明显区别,且采动煤岩强度更小,破损程度更大。研究成果可为类似地质条件开展保护层开采设计奠定一定的理论基础。

摘要：随着探月工程规模的不断扩大,仅仅依靠太阳能电池或小型放射性同位素电源将难以为月基活动提供充足持续的能源供应,研发月球原位能源供给技术是各类月基活动的关键基础。月球表面昼夜温差极大且当月壤月岩埋深超过1 m时,月壤月岩层的温度基本恒定。本文基于月壤和月岩恒温层与月球表面存在巨大温差的特性,提出了利用该温差进行发电的月基原位能源支撑技术构想,设计了月球温差热电材料热伏发电技术和月球温差磁悬浮发电技术及实施构想。月球温差热电材料热伏发电系统直接利用热电材料实现昼夜连续工作的热电转换,该装置设计有由热管相连的3层均热板,解决月壤表层导热性差带来的换热不足问题,将月表辐射能(白天)以及月壤的热能(夜晚)连续转化为电能,几乎可以满足所有空间能源系统的需求。月球温差磁悬浮发电系统利用热管将月壤中的热量传入发生器,将循环工质加热蒸发,在磁悬浮透平发电机中做功发电,循环工质在表面换热器中与太空进行辐射换热而冷凝,经工质泵加压后回流到发生器再次吸收热管热量进行循环发电,从而将月球表面与月球月岩恒温层之间的温差转换为电能。两类月基温差发电技术具有无机械摩擦、效率高、寿命长、质量轻的优点,可为探月活动原位能源供给提供相关技术支撑。