检索结果-内蒙古大学图书馆

爆炸与冲击 2022年第10期42卷 20-36页

作者：张盛王峥张旭龙荣腾龙周锐徐瑞泽河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454003 河南理工大学煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454003

采用大直径分离式霍普金森压杆系统获得的不同尺寸试样的实验冲击动态力学参数有差异,因此在直径100 mm压杆上进行了3种直径(50、75和100 mm)和5种长径比(0.4、0.5、0.6、0.8和1.0)的砂岩试样冲击试验,分析了不同尺寸试样应力-应变曲线... 详细信息

采用大直径分离式霍普金森压杆系统获得的不同尺寸试样的实验冲击动态力学参数有差异,因此在直径100 mm压杆上进行了3种直径(50、75和100 mm)和5种长径比(0.4、0.5、0.6、0.8和1.0)的砂岩试样冲击试验,分析了不同尺寸试样应力-应变曲线和应变率曲线随尺寸的变化,提出了用于比较波形对齐重合度的波形叠加系数,并与应力平衡因子共同构建了动态应力平衡性研究体系,由此确定大直径霍普金森压杆试验的试样建议尺寸。同时,利用高速摄影机监测试样的动态破坏状况。结果表明:当长径比相同时,直径75与100 mm岩石试样的动态抗压强度测试值相近,直径50 mm试样具有更明显的长度效应;随着试样直径的增大,应变率曲线从单峰变为双峰;小尺寸试样更易发生轴向劈裂破坏,大尺寸试样受内部应力波叠加影响产生了较大的拉应力,易发生层裂拉伸和轴向劈裂的复合型破坏;对直径75 mm且长径比0.3~0.4的试样,波形对齐后重合度较高,在起始破坏前拥有充足的应力平衡时间,应变率加载效果较好。获得了砂岩试样冲击压缩试验的尺寸效应,可为大直径岩石试样的尺寸选择提供参考。

关键词：动态压缩力学性质尺寸效应应力平衡因子大直径霍普金森压杆砂岩

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建筑载荷作用下采空区覆岩结构稳定性判据及应用

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煤炭学报 2022年第6期47卷 2207-2217页

作者：郭文兵杨伟强马志宝温蓬刘玄白二虎河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454000

采煤沉陷区的合理利用是解决城镇化建设和土地资源短缺之间矛盾的重要途径之一,沉陷区范围内采动覆岩结构的突然失稳将导致煤矿沉陷区新建建筑物破坏。采用理论分析、数值模拟和现场实测等方法对新建建筑物载荷作用下采动覆岩结构稳定... 详细信息

采煤沉陷区的合理利用是解决城镇化建设和土地资源短缺之间矛盾的重要途径之一,沉陷区范围内采动覆岩结构的突然失稳将导致煤矿沉陷区新建建筑物破坏。采用理论分析、数值模拟和现场实测等方法对新建建筑物载荷作用下采动覆岩结构稳定性进行了探讨与研究。采用理论分析方法对采动覆岩结构特征和地表载荷引起的岩体中附加应力分布特征进行了分析,建立了“载荷作用下采动覆岩结构力学模型”;对该模型进行了力学条件分析,并结合“砌体梁”结构失稳条件,得到地表载荷作用下采动覆岩随载荷增大是否产生滑落失稳的判据;当铰接岩块的回转角度和块度符合i<0.5sinθ_(1)或i>sinθ_(1)时,采动覆岩结构随着地表载荷的增大,失稳的可能性逐渐增大;铰接岩块的回转角度和块度符合0.5sinθ_(1)安全性;并在建筑物完工以后,采用PSInSAR技术对新建建筑区域地表沉降特征进了监测,结果显示建筑物自建成1 a来地表未发生突然沉降,表明采动覆岩结构未发生失稳,验证了“载荷作用下采动覆岩结构力学模型”及其稳定性判据的合理性。

关键词：采动覆岩结构稳定性判据采空区稳定性地表载荷附加应力 PSInSAR

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加锚巴西圆盘煤样抗拉力学响应特征试验研究

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采矿与安全工程学报 2023年第1期40卷 145-154,163页

作者：韦四江翟黎伟王猛神文龙王生柱李鑫鹏河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454003 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454003

动载条件下锚固煤体的变形破坏特征是煤层巷道冲击矿压防控的基础。本文采用巴西圆盘煤样,通过RMT-150C试验机和SHPB试验系统研究了静载和冲击载荷条件下无锚和加锚煤样的抗拉强度、变形和能量演化特征。结论如下:静载条件下,加锚煤样... 详细信息

动载条件下锚固煤体的变形破坏特征是煤层巷道冲击矿压防控的基础。本文采用巴西圆盘煤样,通过RMT-150C试验机和SHPB试验系统研究了静载和冲击载荷条件下无锚和加锚煤样的抗拉强度、变形和能量演化特征。结论如下:静载条件下,加锚煤样与无锚煤样相比,峰值抗拉强度及其所对应的应变和到达时间的平均值分别提升了35%,15.4%和20%;加载过程中,煤样表面应变随加载时间线性增加至煤样开裂,加锚煤样破坏形式为块状破裂,块度较大。冲击载荷下,与无锚组动态抗拉强度相比,加锚煤样抗拉强度提升了24%~40%;破坏形式相较于静载更为破碎;2种煤样耗散能所占比例随应变率提高呈对数趋势增加,相同应变率时,加锚煤样耗散能占比大于无锚煤样。加锚煤样变形破坏分为共同承载和锚杆承载2个阶段,共同承载由于煤样相对完整,煤样和锚杆共同承载;锚杆承载阶段时,锚固剂作为煤体和锚杆的传力媒介,锚杆承受大部分的载荷。

关键词： SHPB 动载冲击加锚煤样动态强度响应特征能量耗散

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考虑空间–时间域影响的岩石动态断裂韧度尺寸效应研究

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岩石力学与工程学报 2022年第10期41卷 1981-1992页

作者：张盛安定超张旭龙陈召王峥河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454001 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454001

为探究岩石动态断裂韧度的尺寸效应,采用直径分别为50,100,150,205 mm的中心直裂纹圆盘砂岩试样在分离式霍普金森压杆系统进行动态劈裂加载试验,分析不同尺寸试样动态断裂韧度测试值随尺寸变化的规律。通过虚拟裂纹模型、理论解析,结合... 详细信息

为探究岩石动态断裂韧度的尺寸效应,采用直径分别为50,100,150,205 mm的中心直裂纹圆盘砂岩试样在分离式霍普金森压杆系统进行动态劈裂加载试验,分析不同尺寸试样动态断裂韧度测试值随尺寸变化的规律。通过虚拟裂纹模型、理论解析,结合动态有限元,确定不同尺寸试样的断裂过程区长度、孕育时间、断裂能,提出了考虑断裂过程区的空间(断裂过程区长度)–时间(断裂过程区孕育时间)域影响的岩石动态断裂韧度确定方法。同时,利用数字图像相关方法实时监测试样表面,探究试样的破坏过程。结果表明:在试样尺寸范围内,岩石断裂韧度测试值随尺寸增加而增加,表现出明显的尺寸效应;断裂过程区长度、孕育时间随试样尺寸增加而增加,意味着贡献的储存能量随尺寸增加,这与断裂能的尺寸效应相一致,间接说明断裂韧度产生尺寸效应的原因;考虑断裂过程区空间–时间域影响,在一定程度上减小了较大尺寸试样(直径150 mm、直径205 mm)断裂韧度的尺寸效应,从整体尺寸上消除尺寸效应的方法还需进一步探究;试样裂纹扩展方向由预制裂纹裂尖向加载端进行,并在加载端形成楔形破坏区。

关键词：岩石力学断裂过程区孕育时间动态断裂韧度尺寸效应虚拟裂纹

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采动应力-吸附/解吸耦合作用下煤体损伤本构模型

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中国矿业大学学报 2023年第4期52卷 727-738页

作者：荣腾龙刘克柳关灿郭保华陈岩刘鹏炬河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454003 河南理工大学煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454003

考虑煤体内初始孔隙缺陷的影响,基于统计损伤力学和有效应力原理建立了采动应力-吸附/解吸耦合作用下煤体损伤本构模型.分别利用不同瓦斯压力和不同围压条件下含瓦斯煤样的三轴压缩试验结果对构建的损伤本构模型进行了验证.同时讨论了... 详细信息

考虑煤体内初始孔隙缺陷的影响,基于统计损伤力学和有效应力原理建立了采动应力-吸附/解吸耦合作用下煤体损伤本构模型.分别利用不同瓦斯压力和不同围压条件下含瓦斯煤样的三轴压缩试验结果对构建的损伤本构模型进行了验证.同时讨论了初始孔隙率、吸附模量劣化系数、模型分布参数w和F0对含瓦斯煤体损伤演化的影响,并结合现场监测结果对开采工作面前方煤体的支承压力和损伤演化规律进行了实例分析.研究结果表明:采动应力-吸附/解吸耦合作用下煤体损伤本构模型可以较好地表征不同室内试验条件下含瓦斯煤的变形和损伤演化规律.随着初始孔隙率的升高,含瓦斯煤应力-应变曲线在峰前的斜率降低、峰后应力下降的速率升高.吸附模量劣化系数增大造成含瓦斯煤的峰值应力和峰值应变均升高、峰后应力下降速率趋缓.模型分布参数w和F0升高均造成煤体的峰值应力升高,煤体开始损伤累积对应的应变值增大.

关键词：采动应力吸附/解吸初始孔隙率损伤本构敏感性分析

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煤基碳纳米片宏观体的结构调控及电化学性能

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煤炭学报 2021年第4期46卷 1182-1193页

作者：曾会会邢宝林徐冰谌伦建张传祥刘晓张宝庆孙琦张玉龙河南理工大学化学化工学院河南焦作454003 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454003

煤炭的洁净加工与高效利用是国家实施能源发展战略的核心内容,而煤的材料化是实现其低碳高值化利用的重要途径之一。以自制煤基石墨为原料,采用液相氧化-热还原工艺制备三维层次孔煤基碳纳米片宏观体(CCNSs),利用扫描电镜(SEM)、透射电... 详细信息

煤炭的洁净加工与高效利用是国家实施能源发展战略的核心内容,而煤的材料化是实现其低碳高值化利用的重要途径之一。以自制煤基石墨为原料,采用液相氧化-热还原工艺制备三维层次孔煤基碳纳米片宏观体(CCNSs),利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、低温氮气吸附仪、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)和X射线光电子能谱(XPS)等手段表征其微观结构,并采用恒流充放电和循环伏安测试探究CCNSs用作锂离子电池负极材料的电化学性能。结果表明,煤基石墨经液相氧化-热还原处理可制备出富含多孔结构和石墨微晶片层的碳纳米片宏观体。氧化剂用量是影响CCNSs微观结构的重要因素,通过调节氧化剂的用量可实现对CCNSs中多孔结构和石墨微晶片层结构的有效调控。当氧化剂与煤基石墨的质量比为4时,CCNSs-3材料以相互交联的类石墨烯片层为主体骨架,辅以孔径为1.5~100 nm的“微孔-中孔-大孔”层次多孔结构,共同构筑成3D层次孔煤基碳纳米片宏观体,其石墨微晶含量约为38.9%,比表面积达285.6 m^(2)/g,且含有5.47%的氧原子掺杂。在3D层次孔结构和石墨微晶片层的协同作用下,CCNSs材料用作锂离子电池负极材料表现出良好的电化学性能,在50 mA/g电流密度下的首次可逆容量最高可达917 mA·h/g(远高于传统石墨负极材料的理论容量372 mA·h/g),在2.0 A/g大电流密度下可逆比容量仍可达300 mA·h/g,经过120次循环后容量为1047 mA·h/g,展现出优异的倍率特性和循环稳定性,是一种比较理想的锂离子电池负极材料。

关键词：煤基碳纳米片宏观体结构调控锂离子电池负极材料电化学性能

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基于机械力化学作用煤基石墨纳米片的制备及其电化学储能特性

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煤炭学报 2022年第2期47卷 958-968页

作者：邢宝林曾会会郭晖徐冰康伟伟张传祥黄光许孙琦张宝庆河南理工大学化学化工学院河南焦作454003 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454003

煤炭清洁高效转化是国家实施“碳达峰与碳中和”能源发展战略的重要内容,而煤的材料化是实现其低碳高值化洁净利用的有效途径。以自制煤基石墨为前驱体,借助高能机械球磨产生的机械力化学作用制备煤基石墨纳米片(CGNs),考察了球磨时间对... 详细信息

煤炭清洁高效转化是国家实施“碳达峰与碳中和”能源发展战略的重要内容,而煤的材料化是实现其低碳高值化洁净利用的有效途径。以自制煤基石墨为前驱体,借助高能机械球磨产生的机械力化学作用制备煤基石墨纳米片(CGNs),考察了球磨时间对CGNs微观结构的影响,并研究其用作锂离子电池负极材料的电化学储能特性,探索利用机械力化学作用制备负极材料用CGNs的可行性。研究表明,利用机械力化学作用可以从煤基石墨中剥离出富含纳米孔隙和含氧官能团等缺陷结构的CGNs,通过控制球磨时间可实现石墨纳米片微观结构的有效调控。当球磨时间为50 h时,CGNs具有由数层石墨微晶片层相互堆叠、交联而形成的三维网络结构,其石墨微晶层间距约为0.3455 nm,且富含1.5~20.0 nm的纳米孔隙和少量的含氧官能团,比表面积可达573 m^(2)/g。CGNs用作锂离子电池负极材料时表现出良好的电化学储能特性,其可逆容量最高达726 mAh/g,且具有良好的倍率特性和循环稳定性,在2.0 A/g大电流密度下的可逆容量仍可达252 mAh/g,经过200次循环容量保持率为88.1%。CGNs负极材料的锂离子存储由扩散插层电容和表面吸附电容共同控制,引入纳米孔隙和含氧官能团等缺陷结构有利于提高表面吸附电容对负极材料储能容量的贡献。为高性能石墨纳米片负极材料的研发和煤炭的材料化高附加值利用提供了新思路。

关键词：煤基石墨纳米片机械力化学作用负极材料锂离子电池电化学储能

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自然分形多孔储层复杂类型及其组构模式表征:理论与方法

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岩石力学与工程学报 2023年第4期42卷 781-797页

作者：金毅刘丹丹郑军领董佳斌王俏俏黄欢赵静妍刘顺喜宋慧波河南理工大学资源环境学院河南焦作454003 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454003 中原经济区煤层(页岩)气协同创新中心河南焦作454003

自然储层孔隙结构由于成因多样,往往表现为一种多元几何在尺度不变属性控制下的多尺度组配系统,其定量表征是精准评估储层静态物性以及有效揭示输运属性细观控制机制的关键。最新研究表明,分形对象是由相互独立的原始复杂性和行为复杂... 详细信息

自然储层孔隙结构由于成因多样,往往表现为一种多元几何在尺度不变属性控制下的多尺度组配系统,其定量表征是精准评估储层静态物性以及有效揭示输运属性细观控制机制的关键。最新研究表明,分形对象是由相互独立的原始复杂性和行为复杂性组配而成的双复杂系统,因此原始复杂性的等效表征以及行为复杂性的惟一定义是实现储层孔隙结构定量表征的关键。基于以上认知,系统研究储层复杂孔隙结构表征方法并总结各自的优势与局限性,界定分形孔隙结构中原始复杂性要素,发展孔–喉–固–网–连的算法并实现单尺度/多尺度、单相/多相、单元/多元等任意原始复杂类型的等效表征,利用分形拓扑理论确保了孔隙结构中自相同、自相似、自仿射等分形行为的唯一定义,依托复杂组构概念构建分形多孔介质复杂孔隙结构的统一表征模型,进而在充分验证了新模型有效性的基础上论述其对自然储层孔隙结构精细描述的适配性,形成了分形多孔介质定量表征的理论与方法体系。

关键词：岩石力学自然储层孔隙结构分形拓扑复杂组构模式定量表征

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松软煤层钻进钻杆减重降阻机制及应用研究

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煤田地质与勘探 2024年第5期52卷 174-182页

作者：王永龙郭佳宽余在江杜康孙玉宁河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454003 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454003

施工瓦斯抽采钻孔是治理瓦斯危害的必要手段,针对松软煤层钻进因钻杆自重大引起的钻进阻力大、钻进效率低及劳动强度高等问题,提出了优化钻杆结构以减少自重并降低钻进阻力的研究思路,通过设置四翼内凹结构达到减小钻杆自重及降低钻进... 详细信息

施工瓦斯抽采钻孔是治理瓦斯危害的必要手段,针对松软煤层钻进因钻杆自重大引起的钻进阻力大、钻进效率低及劳动强度高等问题,提出了优化钻杆结构以减少自重并降低钻进阻力的研究思路,通过设置四翼内凹结构达到减小钻杆自重及降低钻进阻力的目的,并依此设计了四翼内凹刻槽钻杆,兼顾钻杆推进阻力和旋转扭矩损失,建立了钻杆钻进阻力模型,结合ANSYS数值模拟方法对四翼内凹刻槽钻杆进行强度校核分析与参数优化,研制了四翼内凹刻槽钻杆,并进行了现场工业性试验。研究表明:(1)对于100m钻孔深度,四翼内凹刻槽钻杆相对于圆状刻槽钻杆质量减轻了21.88%,在正常钻进时,四翼内凹刻槽钻杆与圆钻杆相比旋转扭矩损失降低了25.10%;与圆状刻槽钻杆相比降低了20.90%。在塌孔10m的情况下,四翼内凹刻槽钻杆钻进阻力相对于圆钻杆降低了51.44%,相对于圆状刻槽钻杆降低了43.65%。(2)对四翼内凹刻槽钻杆进行强度分析与参数优化,结果显示,在常规坑道钻机作用下,钻杆最大应力与内凹深度呈正相关,与壁厚呈负相关,壁厚对于应力的影响大于内凹深度的影响,且在内凹宽度为33mm、深度为4mm、壁厚为11.5mm时,安全系数为1.59。(3)现场工业性试验表明,四翼内凹刻槽钻杆排渣顺畅,强度可靠,钻进深度提高了18.18%,钻进效率提高了17.80%。在保证钻杆强度的前提下、通过钻杆结构创新有效降低钻杆质量,对于降低工人劳动强度、提高钻进效率和成孔率具有显著的效果,为推动复杂地层钻探技术发展提供了新的方法。

关键词：松软煤层瓦斯抽采钻杆减重钻进阻力强度校核

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冰粒空气射流喷射器结构的关键参数

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中国表面工程 2024年第4期37卷 179-191页

作者：蔡玉波刘勇魏建平李志平河南理工大学瓦斯地质与瓦斯治理国家重点实验室焦作454003 河南理工大学煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心焦作454003

目前在冰粒射流表面处理领域普遍存在冰粒易粘结和堵塞等问题,严重影响表面处理效率。基于射流泵基本结构,提出冰粒即时制备和利用的冰粒空气射流表面处理技术,可解决冰粒粘结堵塞问题。为实现冰粒的高效利用和冰粒空气射流的高速喷射,... 详细信息

目前在冰粒射流表面处理领域普遍存在冰粒易粘结和堵塞等问题,严重影响表面处理效率。基于射流泵基本结构,提出冰粒即时制备和利用的冰粒空气射流表面处理技术,可解决冰粒粘结堵塞问题。为实现冰粒的高效利用和冰粒空气射流的高速喷射,研制冰粒引射和加速一体化喷射器结构。系统性研究喷射器工作喷嘴位置(L_(d))、膨胀比(n)和加速喷嘴直径比(D_(n))、长径比(L_(n))对冰粒引射能力和加速的影响,以冰粒冲击动能为综合评判指标,确定喷射器结构参数,并进行表面处理试验验证。研究结果表明:在2 MPa气压下,喷射器喷嘴参数为n=1.5,D_(n)=4.0,L_(d)=4,L_(n)=0 mm时,可以充分引射加速冰粒。该结构参数下进行铝合金板脱漆试验,可获得较大的脱漆半径并使铝合金板表面更光滑,铝合金表面粗糙度由3.194±0.489μm变为1.156±0.136μm。冰粒的即时制备和利用解决了冰粒空气射流技术工程应用时存在的冰粒粘结和储存问题,可为材料表面处理领域提供一种新的技术方法。

关键词：表面处理除漆技术冰粒射流射流泵喷嘴设计

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