单位:北京科技大学
学科领域:矿业工程/工程力学
研究兴趣:
社会任职
担任国家科技专家库专家、教育部学位与研究生教育发展中心专家库专家、国家自然科学基金评审专家、中国岩石力学与工程学会岩石力学测试专业委员会委员、中国石油科技创新基金评审专家、安徽马钢矿业资源集团有限公司技术中心外部专家、东南大学/上海理工大学/中国矿业大学(北京)/南京林业大学/广西大学/河南理工大学/安徽理工大学/辽宁工程技术大学/湖南科技大学等高校本科/研究生毕业设计(论文)抽检评审专家,International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials、International Journal of Coal Science and Technology、Journal of Central South University、Green and Smart Mining Engineering、GeoEnergy Communications、Geohazard Mechanics、Deep Resources Engineering、Journal of Safety and Sustainability、《工程科学学报》、《中国矿业大学学报》、《采矿与岩层控制工程学报》、《矿业安全与环保》、《矿业研究与开发》、《矿产保护与利用》等期刊青年编委,Materials、Minerals、Energies、Geosciences等期刊客座主编,《铁道科学与工程学报》首届“工程咨询与诊断专家服务团”成员、中国岩石力学与工程学会/中国煤炭学会/中国有色金属学会/中国职业安全健康协会/中国金属学会/中国公路学会/中国水土保持学会/北京能源与环境学会会员,并担任Nature Communications、RMRE、IJRMMS、IJMST、CBM、TAFM、IJMMM、TNMSC、EFM、EFA、ESE、JCSU、US、《岩石力学与工程学报》、《煤炭学报》、《西南交通大学学报》等30余个行业领域SCI/EI期刊的经常性审稿人。
个人简介
李鹏,博士,北京科技大学资源与安全工程学院力学科学与工程系党支部副书记,副教授、硕士生导师,师从蔡美峰院士,加拿大不列颠哥伦比亚大学访问学者。荣获全国高校石油矿业与安全工程领域优秀青年科技人才奖、全国三稀矿产资源技术领域优秀青年精英奖、中国岩石力学与工程学会优秀博士学位论文奖、北京市科学技术协会创新争先科技工作者、北京科技大学先进工作者、北京科技大学优秀博士后、北京科技大学优秀工会干部。
主要从事岩石力学、岩土工程灾害智能监测预警与防控、地应力精准测量与监测、能源资源安全高效绿色开采、矿山废弃物资源化利用等方面的教学与科研工作。
主持国家自然科学基金面上项目1项、国家自然科学基金青年项目1项、“十四五”国家重点研发计划雄安新区科技创新专项课题1项(项目执行负责人)、“十四五”国家重点研发计划项目课题1项(课题执行负责人)、“十四五” 国家重点研发计划青年科学家项目课题1项、中国博士后科学基金面上项目1项、中央高校基本科研业务项目7项、国家级/省部级重点实验室开放基金7项;作为主要参与人参加国家重点研发计划项目、国家自然科学基金联合项目、国家自然科学基金面上项目、中国工程院战略咨询研究项目及企业委托项目等20余项。
学术贡献
(1)深部开采动力灾害孕育过程中能量耗散特征及演化机制
基于开采扰动能量理论和地应力实测,阐明了深部开采岩体破坏过程中的能量类型及开挖过程中原岩应力场与能量场的变化规律、能量积聚与演化的时空规律;基于耗散结构理论,探究了能够准确反映岩体能量耗散的参数,分析了岩体压缩破坏能量耗散的时域特征及其影响因素;从能量角度建立了深部岩体强冲击破坏和强流变失稳的力学机理、触发条件,提出了基于能量突变的深部岩体失稳破坏的能量准则,构建了深部强开采扰动下采动灾害的能量分析体系,揭示了矿井深部高应力开采扰动下矿岩应力和能量的孕育、传递与释放机制。
(2)深部采动灾害多场-多尺度耦合时空孕育成灾机理
提出了高应力开采扰动作用下深部裂隙岩体在应力场-温度场-渗流场等多场耦合效应下的多尺度数值仿真和物理模拟方法,从细观到宏观阐明了深部高应力开采扰动作用下深部裂隙岩体与围岩结构相互作用的静(动)力学特性、拉伸/剪切破坏裂纹的传播和止裂规律与深部断层错动的发生条件以及多尺度变形破坏机制,明确了开采过程中岩体应力与能量集中、不对称分布特征及岩体变形、移动、损伤破裂过程的理论途径,揭示了大尺寸岩体长期承载渐进破坏与突然失稳规律,建立了深部岩体结构变形局部化的梯度塑性理论;阐明了深部岩体开挖过程中原岩应力场与渗流场的变化规律、损伤积聚与演化的时空规律,提出了深部高应力多场耦合条件下采动灾害发生的局部区域失衡理论,揭示了深部金属矿开采采动灾害动力失稳破坏的孕育触发条件、时空演化动力学过程以及多因素耦合扰动成灾机理,形成了深部金属矿灾变力学理论体系,为采动灾害预测预报提供了新的理论依据和科学、实用的评判方法。
(3)无线式原位数字化空心包体应变计地应力测试技术
为满足深部矿井地应力精准测量和长期监测的技术发展要求,基于岩体非线性力学理论建立了岩石力学响应与地应力之间的函数关系,开发了三维地应力解算算法;首次提出了空心包体温度有偿补偿理念,通过对采集电路稳定性、完全温度补偿技术数字化及复杂环境下装备适应性进行研究,对现有空心包体应变计地应力测量技术进行了重大改进,开发出了具有瞬时采集、断电续采、漂移自补偿功能的前端数字化采集系统,基于温度自补偿技术及双温度补偿设计,实现了完全温度补偿技术在前端数字化型空心包体应变计地应力测量中的应用。改进了地应力测量过程中的环氧树脂胶,具有耐高温、耐强酸、耐强碱、高粘度的性能,满足深部测量需求;进行了采集电板路性能标定、现场岩芯应变片室内温度标定、空心包体应变计室内温度标定,实现了应变测量的同时同步接入热敏电偶,温度电阻阻值在+100Ω变化范围内得到温度通道数据。基于双温度补偿算法的瞬接续采型前端数字化空心包体应变计地应力测量技术在现场测试中表现了良好的测试精度和采集系统稳定性,极大地推动了我国地应力测量理论与技术的进步,引领地应力精准测量仪器设备研发的创新发展。
(4)高精度、长时效、数字化三向采动应力监测传感装置
基于空心包体地应力测量基本理论和完全温度补偿技术原理,提出了采集电路的双温度补偿方法,并用该方法对采集电路进行了室内标定。考虑应力监测环境特点,设计了岩体近开挖面测点应变片布片方案,并基于采动应力监测原理推导了测量应变与应力的关系公式;断电续采型数字化采集电路的研发实现了调平通道大范围量程的原位同步温度监测,克服了常规采集电路供电不稳造成的监测数据无法接续的问题,室内试验测定和现场测试结果表明断电3个月的数据连续性满足应力监测精度要求。根据室内标定数据,双温度补偿方法有效地剔除温度变化对监测系统监测精度的影响,并针对深部矿井环境设计研发出了相应的岩体采动应力长期监测系统。现场应用显示,岩体采动应力长期监测系统充分体现了断电续采和双温度补偿方法的优势,实现了复杂开采环境下岩体三向采动应力长期、连续、稳定、数字化监测,为实现深部金属矿采动灾害源头防治提供了关键技术支持。
(5)深部复杂地质条件下矿区地应力场跨尺度精细化反演与重构技术
根据模糊理论中模糊隶属度的思想,建立了地质构造对测点区域应力场的影响度函数,并对影响度进行了定量化表征;对各测点区域的地质信息进行充分挖掘,基于数理统计思想,提出了各测点邻域内的应力信息粒子生成方法;解析了地应力场的非连续、非线性构造载荷条件以及局部地质构造区域的等效构造载荷条件,建立了构造区岩体弹塑性判定与迭代计算方法,提出了地应力场复杂特征信息提取、解译与表征方法。根据地质体在地层、地质构造及岩体性质等方面的尺度差异性特征,提出了构造区从微观小尺度到区域大尺度的多尺度表征方法,针对不同尺度下的地应力场形成机制与分布特征,提出了考虑温度、应力影响下的有限元非连续迭代求解方法;基于小波分析理论,采用强非线性的小波母函数作为边界荷载,建立了非线性多尺度地应力场的边界荷载条件形式。设计了用来描述网格块形状的三维角点网格,直接生成了计算域内笛卡尔坐标值分布的网格,建立了能够描述复杂地层、地质构造及岩体性质等不同尺度间差异性特征的精细化三维地质模型,推导出了跨尺度的网格转换逆向算法,实现了角点网格与数值模型网格之间相互转换,从而建立了跨尺度地质体模型区块的链接方法;针对不同尺度地应力场的差异性,将变分法与深度学习算法结合,建立了跨尺度深度信息学习算法,从而提出了复杂地质条件下矿区地应力场跨尺度非线性精细化反演与重构方法,实现了大尺度整体概化模型与小尺度考虑地质构造的精细模型之间的跨尺度地应力场的快速拼接反演计算;利用多元迭代寻优算法对数值反演模型进行了优化,克服了因“点”数据的偏差而导致局部解极小化问题,大幅度提高了不同尺度地应力场的反演精度;构建了适用于二阶应力张量的欧几里得距离相似度指标,对比分析了预测值与实测值之间的相似性,验证了反演与重构方法的合理性和可靠性。
(6)基于多源信息融合的深部采动灾害监测预警与风险智能判识技术
基于多维高斯贝叶斯建立了深部岩体变形失稳诊断方法,考虑多源异质测量数据相关性程度,提出基了于主成分分析的数据降维算法,建立了基于多维高斯贝叶斯的深部岩体变形失稳智能诊断算法。基于新冲突衡量标准获取证据权重,提出了基于加权平均的证据融合方法;基于提出的多源异构数据融合方法,建立了基于多源信息数据的情景推演、事故预测、数据发布及辅助决策集成平台,采用人工神经网络、多指标预警逻辑推理、实验数据拟合函数计算方法相结合,进行了多指标融合运算、推理,划分深部岩体稳定性等级(分为稳定、较稳定、一般、危险),联合SVM和D-S证据理论构建了深部岩体变形失稳智能决策方法;结合深部岩体变形破坏前兆信息,构建了能够实现深部岩体变形迹象、变形区域、变形发展趋势等自动预警功能的智能监测技术体系。
(7)深部采动灾害安全控制理论与技术
阐明了应力场-能量场-裂隙场叠加条件下深部岩体力学响应规律和结构演化特征,分析了地质构造条件、节理裂隙分布形态、变形局部化特征以及微细观孔隙结构特征与冲击地压灾变类型的关系,建立了地质构造条件、岩体结构演化特征与能量积聚释放的互馈机制;构建了多场耦合条件下岩体变形失稳的动力学模型,提出了地质构造、采动应力和开采扰动能量叠加作用下采动灾害防控的力学途径;提出了能吸收和控制高能量聚集和释放的支护力学原理,推导得到了深部巷道“围岩-支架”系统中巷帮移近量与支护应力间的理论解析式,绘制出了围岩-支架的互馈平衡响应特性曲线,并探讨了围岩与支护间互馈平衡的主控因素与规律,建立了基于采动效应弱化和能量调控的采动灾害防控理论体系。鉴于传统锚杆在深部高应力岩体支护中存在的不足,研发了一种新型吸能-抗震锚杆,该新型锚杆能够大幅度提高锚杆的吸能、抗震效果,吸收并耗散作用于支护体系上的变形冲击能,有效引导控制能量的释放和转化,达到抑制冲击地压等动力灾害发生或对动力灾害发生全过程做到安全可控的目的。基于对深部金属矿典型采动灾害诱发机理的深入认识及通过对围岩完整性与坚硬性、结构面及其充填物性质、岩石强度与地应力对围岩稳定性影响规律的研究,制定了深部围岩分级方法,提出了基于“破裂固结与损伤修复、围岩强度提高、应力状态恢复改善、应力转移与承载圈扩大、动力扰动源强度减弱”5项基本原则的深部围岩变形失稳主动控制理论。在此基础上,提出了针对各类围岩的“注浆加固+全断面锚(网)喷联合支护+局部加强支护+构筑冲击缓冲结构+减小工程爆破扰动”的围岩支护形式,建立了深部围岩变形失稳安全控制的技术措施,并提出了采取联合应用、分步实施的支护理念,形成了深部围岩稳定与施工安全控制的成套技术方案。
工作经历
教育经历