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工程塑料应用 2024年第1期52卷 170-176页

作者：郑世浩刘勇耿鑫玺胡永炜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

海泡石是一种天然纤维状含水的镁硅酸盐黏土矿物,具有较高的热稳定性、优异的力学性能以及含有丰富的镁、硅等非卤阻燃元素,可作为一种环境友好型阻燃剂或者阻燃协效剂。但通常需要进行活化改性使其功能化才能更好分散于基体中,以增强... 详细信息

海泡石是一种天然纤维状含水的镁硅酸盐黏土矿物,具有较高的热稳定性、优异的力学性能以及含有丰富的镁、硅等非卤阻燃元素,可作为一种环境友好型阻燃剂或者阻燃协效剂。但通常需要进行活化改性使其功能化才能更好分散于基体中,以增强热塑性聚合物性能。介绍了天然海泡石的多种物化改性方法。综述了海泡石在热塑性聚合物(聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯/醋酸乙烯共聚物等)中的应用研究现状,着重论述了海泡石对热塑性聚合物阻燃性能的影响。最后,总结了海泡石填充热塑性聚合物应用中常见的问题并提出了相应的解决方法,进一步展望了未来海泡石增强热塑性聚合物性能的应用方向。

关键词：海泡石物化改性阻燃热塑性聚合物复合材料

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动静组合加载条件下裂隙砂岩力学特性和破坏规律

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有色金属科学与工程 2024年

作者：刘雨清余伟健湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南科技大学煤炭资源清洁利用与矿山环境保护湖南省重点实验室湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室

为了研究含有交叉裂隙砂岩在动静组合加载条件下的力学特征和裂隙演化损伤规律，采用SHPB霍普金森实验系统对含2条不同交叉角度裂隙的砂岩试样进行了一维动静组合加载试验，分析含不同角度裂隙砂岩的动态力学特征、岩体的动态破坏模式... 详细信息

为了研究含有交叉裂隙砂岩在动静组合加载条件下的力学特征和裂隙演化损伤规律，采用SHPB霍普金森实验系统对含2条不同交叉角度裂隙的砂岩试样进行了一维动静组合加载试验，分析含不同角度裂隙砂岩的动态力学特征、岩体的动态破坏模式。研究结果表明：在动静组合条件下，预制水平裂隙的存在对动态抗压强度的影响远大于预制倾斜裂隙，2条裂隙夹角的增大对砂岩的动态抗压强度有先减小后增大的作用，动静组合加载降低了预制倾斜裂隙对试样强度的影响；随着2条预制裂隙夹角的增大，砂岩的动态抗压强度和动态峰值应变先减小后增大；2条预制裂隙夹角在0°与90°范围内试样以拉伸破坏为主，30°到60°范围内试样以剪切破坏为主，复杂预制裂隙的存在对岩石破坏有规律性影响。

关键词：分离式霍普金森压杆(SHPB) 动静组合加载预制裂隙破坏模式

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岩-煤-岩组合体力学特性及裂隙演化规律

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煤炭学报 2022年第3期47卷 1155-1167页

作者：余伟健潘豹李可沈文兵湖南科技大学煤炭资源清洁利用与矿山环境保护湖南省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 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

基于薄煤层开采及煤岩体巷道变形特点,探究煤岩体变形规律,根据不同岩层组合的力学性质,系统分析了岩和煤组合体的不均匀变形特征。通过不同高度比“岩-煤-岩”组合体的单轴加载试验,分析不同高度比煤岩组合体加载破坏规律,结果表明:组... 详细信息

基于薄煤层开采及煤岩体巷道变形特点,探究煤岩体变形规律,根据不同岩层组合的力学性质,系统分析了岩和煤组合体的不均匀变形特征。通过不同高度比“岩-煤-岩”组合体的单轴加载试验,分析不同高度比煤岩组合体加载破坏规律,结果表明:组合体强度受中间煤体高度影响,试件单轴抗压强度随煤体高度的增加而减小,且试件的破坏形态随着煤体高度的增加由拉伸破坏转变成斜面剪切破坏,最终表现为煤体被挤出破坏。组合体试件破坏受煤体部分主导,两端砂岩对中间煤体起约束作用从而提高煤体强度,煤体中部受到其约束最小,且随着煤体高度的增加,所受影响迅速衰减。通过室内单轴加载与颗粒流等方式分析组合体裂隙发育全过程,结果表明,组合体裂隙发育的过程可分为4个阶段:裂隙孔隙压密阶段、裂隙产生并稳定发育阶段、裂隙加速发育并贯通阶段和破坏后阶段。煤体内部缺陷的存在与其自身较低的强度,导致组合体微裂隙最初于煤体内部生成(在煤体高度非常小时,裂隙自砂岩内部产生);随着试件荷载增大,随机分布在煤体的裂隙相互贯通并向砂岩部分延伸最终造成破坏;且最初的裂隙主要是轴压与端面效应产生的剪切裂纹,在加载至试件单轴抗压强度的80%左右时,试件内部张拉裂隙开始快速发育,组合体开始丧失强度。

关键词：岩石力学煤岩组合体裂隙演化单轴压缩 PFC模拟

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砌体梁结构下空巷围岩动态稳定机理及控制

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煤炭学报 2025年

作者：张栋郭永红柏建彪田志军张自政王瑞付豪刘帅刚邓敏朱前程吴文达中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室新疆工程学院矿业与地质工程学院湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室太原理工大学矿业工程学院

空巷围岩结构失稳将在工作面前方形成强动压影响区，严重制约工作面安全高效回采。以盛平煤矿2216煤柱回收工作面为工程背景，梳理了研究现场1#空巷渐变失稳规律。基于砌体梁理论，建立考虑采空区矸石及直接顶动态压缩承载的空巷顶板结... 详细信息

空巷围岩结构失稳将在工作面前方形成强动压影响区，严重制约工作面安全高效回采。以盛平煤矿2216煤柱回收工作面为工程背景，梳理了研究现场1#空巷渐变失稳规律。基于砌体梁理论，建立考虑采空区矸石及直接顶动态压缩承载的空巷顶板结构力学模型。随后，推导得出顶板砌体梁结构动态稳定的临界判据，并分析了其形成机制及影响因素。结果表明：工作面向空巷推进过程中，维持砌体梁结构弯矩平衡所需的直接顶压缩量呈现先减小后增大的趋势；减小块体B长度、增大直接顶厚度等能够促使砌体梁结构回转失稳临界位置向铰接点O1附近转移，从而降低工作面与空巷贯通期间顶板结构失稳风险。在此基础上，建立空巷直接顶力学模型，揭示了空巷内泵送支柱应力动态响应机制及其耦合承载特性。研究表明：减小块体B长度及泵送支柱间距等将提高泵送支柱系统的耦合承载性能。提出了“水压致裂顶板结构调控+高水材料泵送支柱非对称加固”控制技术并在研究现场成功应用。监测结果表明：工作面过空巷期间，空巷围岩结构稳定，支架最大工作阻力平均为5198 kN（31.27 MPa），安全阀开启频率在4.67%～ 25.07%之间，未发生支架压死事故。工作面与空巷贯通时，空巷顶底板移近量最大为341 mm（9#空巷），泵送支柱应力最大为8.15 MPa（8#空巷）、10.31 MPa（9#空巷），耦合承载系数最大提升至0.998（8#空巷）、0.993（9#空巷）。有效确保煤柱回收工作面安全高效开采。

关键词：空巷基本顶结构泵送支柱耦合承载围岩控制

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融合特征选取与机器学习的煤矿安全生产态势预测

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湖南科技大学学报(自然科学版) 2024年第4期39卷 28-36页

作者：叶黎明施式亮鲁义李贺湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201 福建省核工业二九四大队福建福州350019 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

为提高煤矿安全态势的预测精度,提出一种基于特征选取与机器学习融合的煤矿安全生产态势预测模型.首先,对1978年—2019年我国煤矿安全生产态势的相关数据进行归一化处理,使用全子集回归和随机森林2种特征选择方法对8种煤矿安全生产态势... 详细信息

为提高煤矿安全态势的预测精度,提出一种基于特征选取与机器学习融合的煤矿安全生产态势预测模型.首先,对1978年—2019年我国煤矿安全生产态势的相关数据进行归一化处理,使用全子集回归和随机森林2种特征选择方法对8种煤矿安全生产态势的影响因素进行组合;然后,运用岭回归、分类与回归树、自适应提升和极端梯度提升4种机器学习算法分别对12种煤矿安全生产态势特征参数组合进行预测,得到48种预测模型,根据各模型的平均判定系数对模型进行初步筛选;最后,综合比较归一化均方误差以及平均绝对百分比误差,得到2组待调优模型,分别对其进行超参数调优,得到最优预测模型.结果表明:最优预测模型的判定系数为0.971,归一化均方误差为0.029,平均绝对百分比误差为5.3%.

关键词：煤矿安全生产态势特征选取机器学习预测

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海泡石复合材料阻燃性能研究进展

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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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含交叉裂隙试块力学破坏及裂纹扩展研究

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地下空间与工程学报 2023年第2期19卷 410-419页

作者：李祥戴世鑫朱伟卢振兴周彧湖南科技大学地球科学与空间信息工程学院湖南湘潭411201 湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201 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

大自然中岩体裂隙常常以X型和V型形态分布,为探究交叉裂隙在荷载作用下对岩体力学破坏特性和裂纹扩展影响,分别制作类岩石试块其裂隙倾角为30°、60°、90°,裂隙长度为10 mm、20 mm、30 mm、40 mm,形状为V型和X型的裂隙试... 详细信息

大自然中岩体裂隙常常以X型和V型形态分布,为探究交叉裂隙在荷载作用下对岩体力学破坏特性和裂纹扩展影响,分别制作类岩石试块其裂隙倾角为30°、60°、90°,裂隙长度为10 mm、20 mm、30 mm、40 mm,形状为V型和X型的裂隙试块,利用设备RYL-600微机控制岩石剪切流变仪进行单轴压缩试验,分析了含不同裂隙长度和角度下的类岩石试块力学特性及裂纹扩展演变规律。结果表明:含X型裂隙、V型裂隙岩体试块应力强度明显低于完整试块,含交叉裂隙试块应力应变曲线明显比完整试块更早进入破坏阶段;不同裂隙角和裂隙长度会改变原本裂纹萌生、扩展方向以及裂纹最终破坏状态,随着裂纹倾角越大,含交叉裂隙试块裂纹扩展越明显,试块表面脱落面积和数量逐渐减小。

关键词：单轴压缩裂纹扩展交叉裂隙力学特性

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含N型裂隙类岩石材料破坏特征研究

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地下空间与工程学报 2023年第S02期19卷 640-648页

作者：丁新宇万文李祥周彧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实验室湖南湘潭411201 湖南科技大学地球科学与空间信息工程学院湖南湘潭411201

采用相似材料模拟岩体中含有N型裂隙时岩体力学特性损伤情况和裂纹扩展情况。以水泥和砂预制含N型裂隙类岩石试件,并对试件进行单轴压缩试验,研究含N型裂隙岩体在单轴压缩下的力学特性及裂纹扩展。研究表明:含N型裂隙试件强度远低于完... 详细信息

采用相似材料模拟岩体中含有N型裂隙时岩体力学特性损伤情况和裂纹扩展情况。以水泥和砂预制含N型裂隙类岩石试件,并对试件进行单轴压缩试验,研究含N型裂隙岩体在单轴压缩下的力学特性及裂纹扩展。研究表明:含N型裂隙试件强度远低于完整试件,并且破坏形式也不相同,完整试件破坏时是张拉破坏,含N型裂隙试件破坏时则是剪切破坏作用为主;裂隙长度不变时,裂隙角的增加对含N型裂隙试件强度的影响非常明显;含N型裂隙试件破坏时产生大量张拉裂纹和剪切裂纹,剪切裂纹降低了试件强度,降低幅度与剪切裂纹数量有关。

关键词：类岩石材料岩体单轴压缩 N型裂隙裂纹扩展

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极近距离煤层群沿空留巷围岩控制原理与技术

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湖南科技大学学报(自然科学版) 2024年第4期39卷 9-18页

作者：王平曾梓龙朱永建王希之廖洪波赵俊杨林郭海军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 四川川煤华荣能源有限责任公司小河嘴煤矿四川达州635711

针对极近距离煤层群分层转合层开采沿空留巷围岩控制的难题,结合现场实测、试验分析以及数值模拟等手段,探讨转采巷道围岩的变形机理,分析转采巷道沿空留巷围岩控制原理并提出相应的控制技术.复杂的地层结构,多次强烈的采动影响,软弱、... 详细信息

针对极近距离煤层群分层转合层开采沿空留巷围岩控制的难题,结合现场实测、试验分析以及数值模拟等手段,探讨转采巷道围岩的变形机理,分析转采巷道沿空留巷围岩控制原理并提出相应的控制技术.复杂的地层结构,多次强烈的采动影响,软弱、破碎的巷道围岩以及半煤岩巷非均匀变形是造成分层转合层开采沿空留巷围岩难以控制的主要原因.提出切顶卸压→应力再平衡,支护体与支撑体协同承载→结构再稳定的控制原理,形成切顶卸压+砌墙封闭与柱式支撑+锚杆与锚索梁为核心的围岩支护技术.结果表明:转采巷道沿空留巷围岩在现有支护条件下可以实现基本稳定,证明转采巷道沿空留巷围岩控制原理与技术切实可行.

关键词：分层开采合层开采沿空留巷围岩控制巷道支护

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露天矿山自卸卡车行驶扬尘浓度数值模拟研究

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矿业研究与开发 2023年第5期43卷 155-161页

作者：王新喆王鹏飞刘岩湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭市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市411201

为了优化露天矿山道路粉尘的控制措施,揭示自卸卡车扬尘规律,通过数值模拟方法,建立几何模型,采用离散项模型及动网格技术,对自卸卡车行驶过程中粉尘分布特征和车身周围气流进行数值计算。研究结果表明:随着自卸卡车车速提高,扬尘高度... 详细信息

为了优化露天矿山道路粉尘的控制措施,揭示自卸卡车扬尘规律,通过数值模拟方法,建立几何模型,采用离散项模型及动网格技术,对自卸卡车行驶过程中粉尘分布特征和车身周围气流进行数值计算。研究结果表明:随着自卸卡车车速提高,扬尘高度与浓度均增加,车速越快,车尾粉尘浓度越高,当车速达到40 km/h时,道路粉尘浓度为358 mg/m^(3);在车尾附近,扬尘浓度随着地面粉尘粒径减小而增加,平均粉尘粒径为1μm时,扬尘浓度最高;地面粉尘质量流率越大,扬尘浓度越高。基于自卸卡车运输粉尘扩散规律和模拟结果,建议自卸卡车运行车速为25 km/h,同时增加粉尘粒径和地面粉尘质量,为下一步实施降尘措施打下基础。

关键词：露天矿山动网格技术粉尘离散项模型道路运输

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