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塑料 2023年第1期52卷 139-145,174页

作者：张焘刘勇施式亮耿鑫玺湖南科技大学资源环境与安全工程学院湘潭411201 湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点试验室湖南湘潭411201 湖南科技大学南方煤矿瓦斯与顶板灾害预防控制安全生产重点实验室湖南湘潭411201

海泡石(SEP)是一种具有较好的力学性能和热稳定性的层状硅酸盐黏土,可以与多种阻燃剂发挥协同阻燃效应。但是,由于天然海泡石与聚合物的相容性较差,其在聚合物中极易发生团聚,限制了其阻燃性能,需要对海泡石进行表面改性解决该问题。综... 详细信息

海泡石(SEP)是一种具有较好的力学性能和热稳定性的层状硅酸盐黏土,可以与多种阻燃剂发挥协同阻燃效应。但是,由于天然海泡石与聚合物的相容性较差,其在聚合物中极易发生团聚,限制了其阻燃性能,需要对海泡石进行表面改性解决该问题。综述了酸碱改性、表面活性剂改性、硅烷偶联剂改性、有机物接枝改性和金属及其化合物改性,5种改性方法的研究进展;介绍了溶液共混法、熔融共混法和原位聚合法,3种常用的共混方法,并且,整理了近年来海泡石阻燃常见聚合物的研究成果,着重介绍了海泡石与膨胀阻燃剂、磷杂菲类阻燃剂、碳纳米管和离子液体等新型阻燃剂的协同阻燃效应。最后,对海泡石在阻燃领域的发展趋势进行了展望。

关键词：海泡石改性阻燃复合材料层状硅酸盐

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固结软煤层瓦斯抽采钻孔周围裂隙的弹性胶结材料研制

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煤炭科学技术 2022年第2期50卷 129-136页

作者：鲁义谷旺鑫丁仰卫李修磊李亮湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201 湖南科技大学南方煤矿瓦斯与顶板灾害预防控制安全生产重点实验室湖南湘潭411201 山东鲁泰控股集团有限公司鹿洼煤矿山东济宁272350

为了固结煤层中钻孔周围的裂隙,以聚二甲基硅氧烷、含氢硅油、聚丙烯纤维和秸秆纤维为原料,制备一种用于煤岩裂隙固结的弹性胶结材料,通过扫描电子显微镜和颗粒分析仪观察聚丙烯纤维和秸秆纤维在弹性胶结材料中的微观形貌,通过万能试验... 详细信息

为了固结煤层中钻孔周围的裂隙,以聚二甲基硅氧烷、含氢硅油、聚丙烯纤维和秸秆纤维为原料,制备一种用于煤岩裂隙固结的弹性胶结材料,通过扫描电子显微镜和颗粒分析仪观察聚丙烯纤维和秸秆纤维在弹性胶结材料中的微观形貌,通过万能试验机研究不同掺量的聚丙烯纤维和秸秆纤维对弹性胶结材料力学性能的影响。研究结果表明:掺入一定量的聚丙烯纤维和秸秆纤维可以增强弹性胶结材料力学性能,随着聚丙烯纤维和秸秆纤维掺量的增加,弹性胶结材料的力学性能变差,聚丙烯纤维-秸秆纤维的最优掺量为0.6%~1%;聚丙烯纤维可以作为连接材料桥接弹性胶结材料内部不连续的区域,同时,聚丙烯纤维表面粗糙,可以黏结更多的胶体,增大聚丙烯纤维脱胶的阻力;当秸秆纤维掺量为0.5%和1%时,秸秆纤维在材料中的分散情况较好,而当掺量为1.5%时,材料中的秸秆纤维开始出现团聚现象,当掺量为2%时,团聚现象严重;弹性胶结材料与煤体有良好的粘结性,能够将松散的煤体黏结在一起,构成一个整体,具有一定的力学强度;加固煤体模块在力的加载过程中,逐渐变形,但加固后的煤体并未被压溃,依然保持良好的完整性;现场试验表明,随着抽采时间的增加,瓦斯混合流量缓慢下降,并未出现瓦斯混合流量剧烈波动或下降的现象,证明在抽采过程中,钻孔未发生失稳问题,钻孔孔壁保持完整。

关键词：固结软煤层孔壁失稳弹性胶结材料力学性能最优掺量压溃瓦斯抽采

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不同温度及冷却速率下花岗岩动态拉伸力学特性

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煤炭学报 2023年第5期48卷 2179-2193页

作者：吴秋红夏宇浩赵延林翁磊杨毅冯淦湖南科技大学南方煤矿瓦斯与顶板灾害预防控制安全生产重点实验室湖南湘潭411201 湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201 武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072 四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室四川成都610065

深部高温岩石往往会受不同冷媒介质作用,其力学特性的劣化极易诱发岩体工程灾害。考虑3种冷却方式(高温炉中冷却、空气自然冷却及水中快速冷却),首先研究高温(200~800℃)花岗岩圆盘试样热−冷处理后其内部微裂纹分布及纵波波速变化规律... 详细信息

深部高温岩石往往会受不同冷媒介质作用,其力学特性的劣化极易诱发岩体工程灾害。考虑3种冷却方式(高温炉中冷却、空气自然冷却及水中快速冷却),首先研究高温(200~800℃)花岗岩圆盘试样热−冷处理后其内部微裂纹分布及纵波波速变化规律。然后基于改进的SHPB试验系统,对不同热−冷处理后的花岗岩试样开展动态劈裂试验,研究不同加载速率下试样应力平衡状态、动态拉伸强度及变形破坏特性的演变规律。结果表明:①岩石内部损伤程度随冷却速率增大而增大,水中冷却后试样波速下降率最大,内部产生的微裂纹数量最多。②不同温度及冷却速率下试样动态拉伸强度与加载率呈指数正相关关系;200℃时,冷却方式对试样动态拉伸强度影响较小;而400~700℃时,温度及冷却方式对试样动态拉伸强度影响较大,拉伸强度随温度及冷却速率的增大而降低。③温度及冷却方式对试样最先起裂位置处拉伸应变、起裂时间影响较大,最先起裂位置处拉伸应变随温度及冷却速率的增加而增加,起裂时间随温度及冷却速率的增加而缩短。④试样主要存在2种破坏模式:I类为试样存在中心主裂纹及端部粉碎区;II类破坏模式复杂,除了存在中心主裂纹及端部粉碎区外,还存在其他方向贯通裂纹。研究结果可为深部高温岩石工程的稳定性控制提供理论参考。

关键词：动态拉伸强度花岗岩高温冷却速率冷却方式岩石动力学

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脉冲水射流冲击非均质受载煤岩的损伤破坏特征及影响分析

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中国安全生产科学技术 2025年第2期21卷 90-98页

作者：冯仁俊朱永建何建新湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201 中煤科工集团新疆研究院有限公司新疆乌鲁木齐830000 湖南科技大学南方煤矿瓦斯与顶板灾害预防控制安全生产重点实验室湖南湘潭411201

为了揭示应力环境下水射流破碎煤岩机理及影响规律,采用SPH-FEM耦合算法研究应力加载条件下脉冲水射流冲击煤岩破坏行为,探讨不同应力环境、煤岩强度、孔隙率等工况下煤岩损伤破坏特征及其影响规律。研究结果表明:脉冲射流破碎煤岩的深... 详细信息

为了揭示应力环境下水射流破碎煤岩机理及影响规律,采用SPH-FEM耦合算法研究应力加载条件下脉冲水射流冲击煤岩破坏行为,探讨不同应力环境、煤岩强度、孔隙率等工况下煤岩损伤破坏特征及其影响规律。研究结果表明:脉冲射流破碎煤岩的深度和面积均随二维应力和煤岩强度的增加呈指数型降低,随煤岩孔隙率的增加呈线性增加,破碎坑周围重度损伤区范围随煤岩强度和孔隙率的增加而降低。研究结果可为脉冲射流高效破碎受载煤岩提供参考。

关键词：受载煤岩脉冲水射流 SPH-FEM 破坏特征影响因素

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高湿环境对白云岩膨胀过程中力学特性影响的宏微观机制

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煤炭学报 2022年第11期47卷 4023-4039页

作者：陈伟万文冯涛王卫军赵延林吴秋红湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201 湖南工程学院建筑工程学院湖南湘潭411104 湖南科技大学南方煤矿瓦斯与顶板灾害预防控制安全生产重点实验室湖南湘潭411201

为了探究深部开采后矿柱力学性能受高湿环境的影响规律,对湖南郴州茶山岭煤矿-850 m白云岩矿柱取心制作标准试样,采用核磁共振(NMR)、扫描电镜(SEM)、电子能谱(EDS)和X射线衍射(XRD)对4种湿度环境(相对湿度70%,80%,90%,100%)中60 d限制... 详细信息

为了探究深部开采后矿柱力学性能受高湿环境的影响规律,对湖南郴州茶山岭煤矿-850 m白云岩矿柱取心制作标准试样,采用核磁共振(NMR)、扫描电镜(SEM)、电子能谱(EDS)和X射线衍射(XRD)对4种湿度环境(相对湿度70%,80%,90%,100%)中60 d限制轴向位移的白云岩孔隙尺寸、微观结构及矿物组分进行跟踪测定,研究吸水速率与孔隙结构的动态响应特征。结合室内单、三轴压缩力学试验结果,总结了白云岩吸水膨胀后的强度软化机制。研究表明:①环境湿度越高,白云岩的环向应变与轴向膨胀力前期的增速越快,趋于平稳的时间相对靠后,并在膨胀力达到最大值后,出现明显的应力松弛;②装置中环境湿度的升高以及湿度作用时间的延长削弱了白云岩的强度并加剧了变形。近似现场湿度下(相对湿度90%),内摩擦角在60 d中下降幅度较为平均,反观黏聚力前后20 d变化较小,集中在20~40 d迅速下滑;③白云岩在吸水前期核磁共振T 2谱曲线出现双峰现象,且峰值对应弛豫时间持续向右移动,原本致密的层状结构发生开裂,小中孔隙扩张并连通形成大孔隙。基于吸水曲线及T 2谱面积曲线特征,将整个高湿作用过程分为3个阶段:急速吸水、减速吸水和稳定水化阶段;④高湿环境下白云岩吸水后,由于结合水膜的润滑作用以及黏土矿物的膨胀效应引起颗粒间胶结能力减弱,劣化其力学指标,最终改变了白云岩的极限破坏模式。

关键词：白云岩矿柱高湿环境微观结构强度软化颗粒物质

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热固性聚合物/海泡石复合材料阻燃性能综述

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塑料工业 2023年第10期51卷 30-36,113页

作者：耿鑫玺刘勇张焘郑世浩胡永炜康文东湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201 湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点试验室湖南湘潭411201 湖南科技大学南方煤矿瓦斯与顶板灾害预防控制安全生产重点实验室湖南湘潭411201

海泡石(SEP)是层链状结构的纳米硅酸盐材料,其独特的结构和优良的性能在热固性聚合物复合材料填充改性中具有广泛的应用前景。文章概述了SEP黏土和热固性聚合物基复合材料制备工艺,列举了SEP与常用热固性聚合物环氧树脂(EP)、不饱和聚酯... 详细信息

海泡石(SEP)是层链状结构的纳米硅酸盐材料,其独特的结构和优良的性能在热固性聚合物复合材料填充改性中具有广泛的应用前景。文章概述了SEP黏土和热固性聚合物基复合材料制备工艺,列举了SEP与常用热固性聚合物环氧树脂(EP)、不饱和聚酯(UP)、聚氨酯(PUR)、酚醛树脂(PF)在阻燃性能上的研究,总结了SEP的结构和性质对热固性聚合物阻燃的影响,介绍了SEP与纳米材料、膨胀型阻燃剂、磷系阻燃剂及金属氧化物的协同阻燃效应。最后,针对热固性聚合物/SEP复合材料阻燃性能的研究提出了展望。

关键词：海泡石热固性聚合物复合材料阻燃性能

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巷道开挖效应下围岩损伤演化规律及试验研究

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地下空间与工程学报 2022年第5期18卷 1615-1622页

作者：任恒朱永建王平余伟健李鹏湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201 南方煤矿瓦斯与顶板灾害预防控制安全生产重点实验室湖南湘潭411201 湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室湖南湘潭411201

为了研究巷道开挖卸荷引起的围岩损伤演化规律及力学响应机制,采用RMT-150试验机开展了白砂岩试件三轴加载-卸载-单轴再加载力学特性试验,建立了岩石三维损伤本构模型。根据损伤岩石单轴加载应力-应变曲线,分析其破坏模式,确定了单轴再... 详细信息

为了研究巷道开挖卸荷引起的围岩损伤演化规律及力学响应机制,采用RMT-150试验机开展了白砂岩试件三轴加载-卸载-单轴再加载力学特性试验,建立了岩石三维损伤本构模型。根据损伤岩石单轴加载应力-应变曲线,分析其破坏模式,确定了单轴再加载强度、波速与初始轴压加载比的非线性关系。结果表明:(1)三轴应力作用下,岩石损伤演化过程分为5个阶段,即损伤稳定减小阶段、无损伤阶段、损伤稳定增长阶段、损伤加速增长阶段、损伤破坏阶段;(2)单轴再加载强度、波速与初始轴压加载比呈现3次非线性相关关系,从环向应变规律来看,损伤岩石表现出塑性硬化和塑性软化两种状态;(3)损伤岩石以张拉破坏为主,随着损伤变量值增加,破坏形式逐渐向剪切滑移破坏转化。通过对岩石损伤演化规律的研究,为工程围岩稳定性判别及预警提供理论依据。

关键词：开挖卸荷损伤演化单轴再加载初始轴压加载比破坏形式

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冰粒磨料射流冰粒加速规律及破碎煤岩数值模拟

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煤炭学报 2022年第9期47卷 3260-3269页

作者：黄飞焦杨洋米建宇李树清赵志旗刘勇湖南科技大学南方煤矿瓦斯与顶板灾害预防控制安全生产重点实验室湖南湘潭411201 湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201 河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室———省部共建国家重点实验室培育基地河南焦作454003

为了高效增加煤层透气性强化煤层瓦斯抽采,首次提出采用冰粒磨料代替传统磨料的煤层射流割缝增透新技术,以解决常规磨料射流煤层割缝中出现的堵塞孔隙裂隙等瓦斯渗流通道、增加孔壁摩擦阻力导致卡钻抱死等缺陷。然而,鉴于冰粒磨料与常... 详细信息

为了高效增加煤层透气性强化煤层瓦斯抽采,首次提出采用冰粒磨料代替传统磨料的煤层射流割缝增透新技术,以解决常规磨料射流煤层割缝中出现的堵塞孔隙裂隙等瓦斯渗流通道、增加孔壁摩擦阻力导致卡钻抱死等缺陷。然而,鉴于冰粒磨料与常规磨料的差异性,其加速特性与破碎煤岩效果尚不清楚。采用理论推演法研究了冰粒磨料的加速特性和速度分布规律,在此基础上构建了数值计算模型分析了射流速度、冰粒体积分数以及围压对冰粒磨料射流破碎煤岩效果的影响规律。研究结果表明:(1)冰粒磨料掺入高速流体后获得了先增大后减小加速趋势,最终其速度可接近纯水的速度,大幅提升了冰粒磨料的冲击动能,为后续数值模型冰粒速度的赋值提供了依据;(2)数值计算结果出现V型破碎形态,同时冰粒磨料在冲击煤岩前后出现消融现象,符合现有文献研究结果和工程实际情况,表明所建数值模型具有适用性;(3)煤岩纵向破碎深度随冰粒磨料射流速度的增加而线性增加,横向破碎宽度随速度先增加后趋于稳定,煤岩纵向损伤深度约为纵向破碎深度的1.13倍;(4)冰粒磨料掺入纯水射流后,煤岩的纵向破碎深度和横向破碎宽度均出现大幅增加,随着冰粒磨料体积分数的增加,破碎深度和破碎宽度增加的趋势变缓,煤岩横向损伤直径约为横向破碎宽度的1.3倍;(5)煤岩所受围压大幅抑制了其在冰粒磨料射流冲击下的纵向破碎深度,围压越大,纵向破碎深度越小,而横向破碎宽度却几乎不受围压的影响。研究结果可为冰粒磨料射流煤层割缝技术的工程应用提供一定的理论支撑,同时可进一步完善高压磨料射流破岩理论。

关键词：冰粒磨料煤层割缝加速机理射流破岩损伤

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断层影响下千米深井巷道围岩破坏机制及控制

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湖南科技大学学报（自然科学版） 2023年第1期38卷 1-8页

作者：梅成成朱永建王平任恒李鹏湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201 湖南科技大学南方煤矿瓦斯与顶板灾害预防控制安全生产重点实验室湖南湘潭411201 湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室湖南湘潭411201

为解决深部巷道断层附近围岩变形量大的问题,以山东鑫汇金矿-1 070 m水平石门巷道为研究背景,现场调查发现巷道存在冒顶和片帮等隐患,且巷道断面尺寸在原有支护下2个月后由3.6 m×3.1 m缩减到3.1 m×2.5 m.采取修正后的Hoek-Br... 详细信息

为解决深部巷道断层附近围岩变形量大的问题,以山东鑫汇金矿-1 070 m水平石门巷道为研究背景,现场调查发现巷道存在冒顶和片帮等隐患,且巷道断面尺寸在原有支护下2个月后由3.6 m×3.1 m缩减到3.1 m×2.5 m.采取修正后的Hoek-Brown准则引入Hoek-Brown常数(m_(1))、岩体地质强度指标(GSI)和扰动因子(D)3个参数,计算后发现临界失稳半径与Hoek-Brown常数、地质强度指标和岩石单轴抗压强度呈负相关,与围岩应力和扰动因子呈正相关.在此基础上,通过数值模拟对比了原方案和“超前管棚注浆支护+锚梁网喷+长锚索+钢支架”联合支护方案的效果,结果表明:巷道顶底板变形量最大分别减小了400和300 mm,底板变形量两帮变形量最大减小了200 mm,检验了支护方案的有效性.方案实施后,现场监测表明,巷道顶底板及两帮的围岩变形量维持在250 mm以内,巷道围岩状况满足工程的需要.

关键词：断层深部巷道数值模拟围岩控制

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基于DPM模型的水喷雾抑制氯气泄漏扩散方法研究

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安全与环境工程 2023年第6期30卷 89-95页

作者：范林盛刘勇白金花程智慧湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201 湖南科技大学南方煤矿瓦斯与顶板灾害预防控制安全生产重点实验室湖南湘潭411201 湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室湖南湘潭411201

有效的有毒气体泄漏扩散抑制方法可以减少液氯槽罐车道路运输事故泄漏后对周围人员生命健康的威胁。运用理论分析与数值模拟相结合的方法,建立了水喷雾抑制氯气泄漏扩散控制模型;采用Fluent软件对水喷雾抑制氯气泄漏扩散行为进行了数值... 详细信息

有效的有毒气体泄漏扩散抑制方法可以减少液氯槽罐车道路运输事故泄漏后对周围人员生命健康的威胁。运用理论分析与数值模拟相结合的方法,建立了水喷雾抑制氯气泄漏扩散控制模型;采用Fluent软件对水喷雾抑制氯气泄漏扩散行为进行了数值模拟,分析了基于离散相模型(DPM)的不同喷射源类型、位置、数量等关键参数对氯气泄漏扩散抑制效果的影响。结果表明:不同喷射源类型水雾均能对氯气泄漏扩散起到抑制作用,但作用方式不同;在坡道路面设置水雾喷射源对坡道路面的氯气云团扩散具有更好的抑制效果,且随着与罐体距离的缩短,其抑制效果更佳;在坡道路面与平面路面的交界处或附近设置水雾喷射源,对平面路段后方的氯气云团扩散具有较好的抑制效果;随着水雾喷射源数量的增加,水雾对氯气泄漏扩散的抑制作用增强。该研究成果可为液氯道路运输过程中的氯气泄漏扩散应急处置提供理论依据。

关键词：氯气泄漏数值模拟抑制扩散水喷雾离散相模型(DPM)

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