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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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基于JRC的结构面双面剪切强度经验公式

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岩石力学与工程学报 2023年第S01期42卷 3242-3255页

作者：范祥邓志颖安宏磊吴睿任贤达丁凡长安大学公路学院陕西西安710064 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 中交第一公路勘察设计研究院有限公司陕西西安710075

为揭示岩体结构面单、双面剪切强度差异,更好评估层状岩体的稳定性,选择4条Barton标准剖面线建立结构面模型,制作含单、双结构面的类岩试样进行剪切试验。基于试验结果,分析3种法向应力(σ_(n))下单、双结构面的峰值剪切强度(τ_(p))的... 详细信息

为揭示岩体结构面单、双面剪切强度差异,更好评估层状岩体的稳定性,选择4条Barton标准剖面线建立结构面模型,制作含单、双结构面的类岩试样进行剪切试验。基于试验结果,分析3种法向应力(σ_(n))下单、双结构面的峰值剪切强度(τ_(p))的差异及其原因。基于颗粒流模拟结果,推导出同JRC双结构面的峰值剪切强度经验公式,引入组合节理粗糙系数(JRC_(c))表征异JRC双结构面的粗糙度,构造JRC_(c)与低、高粗糙度系数(JRC_(xx),JRC_(yy))的相关关系,建立了综合考虑JRC_(xx),JRC_(yy)对异JRC双结构面峰值剪切强度影响的经验公式,然后分析同JRC双结构面与异JRC双结构面的τ_(p)随混合节理粗糙系数变化的规律,最终建立了估算任意JRC组合双结构面峰值剪切强度的经验公式。研究表明:在τ_(p)-JRC曲线的增长趋势随σ_(n)增大而增大的阶段,σ_(n)一定时,双结构面的τ_(p)随上、下结构面的JRC之和增大而增大;对于JRC之和较小的异JRC双结构面,其τ_(p)由JRC较低的结构面控制,但这种控制作用随JRC之和增大而减弱,逐渐转换为由JRC较高的结构面控制。

关键词：岩石力学同JRC双结构面异JRC双结构面峰值剪切强度组合节理粗糙系数(JRC_(c)) 经验公式

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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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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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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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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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倾斜煤层厚层坚硬顶板条件下沿空留巷关键参数

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湖南科技大学学报（自然科学版） 2023年第4期38卷 1-11页

作者：伍琦朱永建任恒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

为了确定倾斜煤层厚层坚硬顶板条件下的合理预裂爆破切顶卸压参数,通过理论计算和数值模拟,在切顶预裂爆破深度为4.0,5.0,5.5,6.0,8.0 m及切顶角度为0°,5°,10°,15°,20°时,对巷道顶板的垂直应力分布和巷道顶板... 详细信息

为了确定倾斜煤层厚层坚硬顶板条件下的合理预裂爆破切顶卸压参数,通过理论计算和数值模拟,在切顶预裂爆破深度为4.0,5.0,5.5,6.0,8.0 m及切顶角度为0°,5°,10°,15°,20°时,对巷道顶板的垂直应力分布和巷道顶板垂直位移进行分析.试验结果表明:考虑经济成本,最优切缝深度为5.5 m;当预裂切顶角度为10°时,能有效切落采空区侧顶板,并且巷内围岩压力的卸压效果较为明显;根据聚能管直径确定切顶卸压爆破孔直径为55 mm,根据理论计算和数值模拟确定切顶卸压爆破孔间距为600 mm.将所得结果应用于柏林煤矿-2446(K26)综采工作面,可以保证该综采工作面的安全高效开采.

关键词：倾斜煤层坚硬顶板沿空留巷切顶卸压关键参数

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