基于压滤效应影响的废弃石粉-黏土浆液性能研究

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作者 陈新明 陈姣姣 +3 位作者 刘晓辉 焦华喆 杨志 杨柳华 《材料导报》 北大核心 2025年第9期106-115,共10页

利用一种灌浆材料压滤效应模拟装置(FSD),开展对考虑灌浆压力、浆体流变、黏土灰分、浆液浓度和废弃石粉粒度组成(FSD影响因素)的浆液性能研究。结合FTIR、TG-DTG、SEM、EDS、AFM、ICP-AES和IC微观表征手段,解释其性能发展机理。受压滤... 利用一种灌浆材料压滤效应模拟装置(FSD),开展对考虑灌浆压力、浆体流变、黏土灰分、浆液浓度和废弃石粉粒度组成(FSD影响因素)的浆液性能研究。结合FTIR、TG-DTG、SEM、EDS、AFM、ICP-AES和IC微观表征手段,解释其性能发展机理。受压滤效应影响,浆液碱性环境变强,活性颗粒数量增多,CaCO_(3)与黏粒晶体之间充分团聚,结晶程度增加;阳离子交换容量升高,钙硅铝基相和硅铝酸盐聚合体生成量增加。基体颗粒间表面水撑开晶层,塑性黏度和屈服应力降低。游离氧化钙减少,浆液硬化后固结收缩率均小于1%。水灰比减小,浆液灌入裂隙固结成模和间歇总时间缩短。单位体积内,团簇状聚合体结构物分散空间被压缩,Al^(3+)和Ca^(2+)的溶出率降低。在煤矿灌浆行业中使用废弃石粉和黏土,不仅可以降低项目成本,还可以减少水土流失和土污染。采用研究提出的最佳的浆液配比和灌浆压力进行试验,结果表明,浆液灌浆性能良好,可被考虑用于矿区岩溶裂隙带形式的充填。 展开更多

关键词 废弃石粉 黏土 灌浆浆液 压滤效应 灌浆性能 性能发展机理

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条带式Wongawilli煤柱特征及作用机理分析 被引量：10

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作者 谭毅 郭文兵 +2 位作者 白二虎 杨达明 王比比 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期1003-1010,共8页

条带式Wongawilli采煤法是一种新型高效减沉采煤法,对减轻采场覆岩破坏、控制地表沉陷、减少采动对地表建(构)筑物的损害具有重要意义,而煤柱是条带式Wongawilli采煤法减沉降损效果的关键。为研究条带式Wongawilli开采煤柱特征及其对覆... 条带式Wongawilli采煤法是一种新型高效减沉采煤法,对减轻采场覆岩破坏、控制地表沉陷、减少采动对地表建(构)筑物的损害具有重要意义,而煤柱是条带式Wongawilli采煤法减沉降损效果的关键。为研究条带式Wongawilli开采煤柱特征及其对覆岩作用,阐明了条带式Wongawilli采煤法煤柱系统与顶板的相互作用机理,本文结合王台铺煤矿地质采矿条件,采用理论分析、相似模拟及现场验证相结合的方法,研究了条带式Wongawilli开采煤柱形式及特征,建立了条带式Wongawilli煤柱的结构力学模型,分析了直接顶离层情况及不规则煤柱、条带煤柱的受力与支护强度。研究表明:条带式Wongawilli采煤法由刀间煤柱、不规则煤柱、条带煤柱形成了特殊的煤柱系统,刀间煤柱起临时支护作用,随着工作面的推进,刀间煤柱随采随垮或者短时间内就失去支撑能力;不规则煤柱能对顶板的维护起到一定作用;条带煤柱是整个煤柱系统的关键。条带式Wongawilli开采直接顶与基本顶发生离层,直接顶弯曲下沉形成"固支梁"或垮落形成"悬臂梁" 2种结构,并作用于条带式Wongawilli煤柱;条带煤柱与传统条带开采煤柱类似,支撑直接顶及基本顶。不规则煤柱类似于支撑单体的形式(类单体)被动支撑直接顶,且不规则煤柱如果发生失稳破坏,条带煤柱的压缩突变量也会突增,影响其稳定性,进而影响整个条带式Wongawilli开采煤柱系统的稳定。 展开更多

关键词 条带式Wongawilli 煤柱 破坏特征 煤柱失稳 离层

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层理对煤岩动态裂纹扩展分形特征的影响 被引量：21

3

作者 龚爽 赵毅鑫 +3 位作者 王震 周磊 杨达明 王文 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期2574-2582,共9页

对于煤岩类材料在不同应变速率下的裂纹扩展行为研究为采矿工程实践提供了重要的理论参考,然而该类研究难度较大。为了研究含层理结构各向异性煤样在冲击载荷下的裂纹扩展行为及发育机制,采用霍普金森加载装置对直切槽半圆形煤样进行冲... 对于煤岩类材料在不同应变速率下的裂纹扩展行为研究为采矿工程实践提供了重要的理论参考,然而该类研究难度较大。为了研究含层理结构各向异性煤样在冲击载荷下的裂纹扩展行为及发育机制,采用霍普金森加载装置对直切槽半圆形煤样进行冲击条件下的断裂特性测试,并采用高速摄像机对冲击过程中裂纹扩展发育特征进行拍摄。利用Matlab和Image J等图像处理软件,进一步分析了层理和加载速率对煤中动态裂纹扩展分形特征的影响。研究表明:层理结构对煤中动态裂纹扩展路径及速度均具有重要影响,45°层理煤样分形裂纹扩展速度最大,而层理倾角为0°煤样的分形裂纹扩展速度最小;层理倾角对裂纹扩展路径的分形维数也具有显著影响,45°时煤样中裂纹扩展路径分维值最大,其次为层理角度22.5°和67.5°,0°和90°最小;同一裂纹的速度峰值和加速度峰值交替出现,且加速度峰值出现在速度峰值之前,裂纹扩展的驱动力可由加速度指标间接表示。考虑瞬时效应和分形特征的若干煤样裂纹扩展速度测试值与瑞利波速接近,且22.5°,45.0°和67.5°层理角度的煤样测试时易出现最高峰值。该试验结果与先前理论假设相吻合,因此获取含结构面煤岩类材料动态裂纹扩展速度时应当充分考虑其分形效应和瞬时特征。研究成果有助于进一步理解掌握含结构面煤岩体受动载扰动下的裂纹扩展分形特征及裂纹速度演变规律。 展开更多

关键词 冲击载荷 煤岩 霍普金森压杆 裂纹扩展 分形维数

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基于区域生长的非结构巷道点云去噪方法 被引量：3

4

作者 连忠文 任助理 +4 位作者 郝英豪 杨帆 白刚 方程 袁瑞甫 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第3期48-55,共8页

目前针对地下巷道点云去噪研究未完全满足巷道点云的特殊去噪需求,尤其是在狭长、密闭且复杂的地下巷道环境中,未能充分应对管壁附属物、粉尘和人为噪声等因素造成的挑战。通过分析井下非结构场景和传感器误差,考虑行人、移动设备和管... 目前针对地下巷道点云去噪研究未完全满足巷道点云的特殊去噪需求,尤其是在狭长、密闭且复杂的地下巷道环境中,未能充分应对管壁附属物、粉尘和人为噪声等因素造成的挑战。通过分析井下非结构场景和传感器误差,考虑行人、移动设备和管网带来的噪声,提出一种基于区域生长的非结构巷道点云去噪方法。利用三维激光扫描技术获得井下巷道场景的3D点云信息,并分析其中由于井下非结构场景和传感器误差造成的异常点,以及行人、移动设备和风/水管网形成的噪声特点;利用k维树(kd-tree)构建点云的拓扑关系,选取适当的种子节点和生长准则,设定合适的曲率和角度阈值,通过区域生长算法实现巷道点云的有效分割,去除未加入分割区域的离群点云;根据噪声特点,基于巷道点云区域分割结果进一步去噪优化。试验结果表明:对于巷道中存在行人、设备等特征的情况,建议将区域生长算法的角度阈值设定为10°左右,曲率阈值设定为3左右;在实际应用中,应平衡数据量的减少与去噪效果,以确保数据处理的有效性,同时提高数据质量;采用基于区域生长的非结构巷道点云去噪方法进行去噪时,点云数量减少幅度介于SOR滤波器和低通滤波器之间,能有效移除行人、设备等噪声。 展开更多

关键词 非结构巷道 三维激光扫描 点云去噪 点云区域分割 区域生长 KD-TREE

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煤岩组合体峰前轴向裂纹演化与非线性模型 被引量：33

5

作者 左建平 陈岩 +1 位作者 宋洪强 魏旭 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第9期1609-1615,共7页

随着中国煤炭开采深度逐渐加深,煤岩组合体的力学特性与应力–应变关系显得越来越重要。煤岩组合体的原生裂纹和煤岩体之间的界面对其力学性质有较大影响。为了探知裂纹和界面的影响,主要研究了轴向裂纹应变随应力、应变的演化特征,并... 随着中国煤炭开采深度逐渐加深,煤岩组合体的力学特性与应力–应变关系显得越来越重要。煤岩组合体的原生裂纹和煤岩体之间的界面对其力学性质有较大影响。为了探知裂纹和界面的影响,主要研究了轴向裂纹应变随应力、应变的演化特征,并基于工程应变和自然(真实)应变的概念,建立轴向裂纹闭合模型(axial crack closure model,简称ACCM)及轴向裂纹扩展模型(axial crack propagation model,简称ACPM),最后建立了峰前应力–应变关系模型。分析发现,轴向裂纹应变与轴向应变关系可分为4个阶段,即初始阶段、稳定阶段、缓慢增长阶段和快速增长阶段,轴向裂纹应变与轴向应力关系与之类似。轴向裂纹闭合模型、轴向裂纹扩展模型与峰前应力–应变模型均能够较好地与试验数据吻合,能够描述应力–应变关系的非线性特点。 展开更多

关键词 岩石力学 煤岩组合体 裂纹闭合 裂纹扩展 非线性

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基于NMR技术的玄武岩纤维喷射混凝土韧性演化规律 被引量：17

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作者 焦华喆 韩振宇 +2 位作者 陈新明 杨亦轩 王云飞 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期2990-2998,共9页

随着煤矿开采深度的增加,普通喷射混凝土支护结构易开裂脱落。玄武岩纤维(BF)的加入可以有效地提升喷射混凝土韧性与抑制围岩变形的能力。通过弯曲韧性试验研究了BF对玄武岩纤维喷射混凝土(BFRS)韧性的影响规律,通过核磁共振试验(NMR)... 随着煤矿开采深度的增加,普通喷射混凝土支护结构易开裂脱落。玄武岩纤维(BF)的加入可以有效地提升喷射混凝土韧性与抑制围岩变形的能力。通过弯曲韧性试验研究了BF对玄武岩纤维喷射混凝土(BFRS)韧性的影响规律,通过核磁共振试验(NMR)研究了孔隙分布对BFRS韧性的影响,并进行了井下现场支护试验。结果表明:BF掺入后,BFRS 7 d与28 d试块抗弯强度分别提高了9.8%,6.8%,且BF对早龄期抗弯强度提升效果更为明显;分别采用DBV与JSCE标准对BFRS韧性进行评价,实验发现最优纤维掺量为4.5 kg/m^3,此时D1^f和D2^f分别为29.5 N·m和57.9 N·m,试件弯曲韧性比同时达到最大值0.875;对比可知,DBV多值韧性标准更适合评价BFRS抗弯韧性。通过NMR试验发现纤维掺量对BFRS孔隙结构影响较大,纤维掺量达到3 kg/m^3时,BFRS大孔径孔隙占比仅为0.25%,当纤维掺量超过临界掺量4.5 kg/m^3,BFRS大孔径孔隙占比增加,喷射混凝土基体内部缺陷增多,韧性降低。进行井下支护试验发现BFRS抑制变形能力优于普通喷射混凝土,其中纤维掺量为4.5 kg/m^3时,支护段巷道35 d收敛位移最小,仅为0.21 mm,此时支护效果最好。分布在BFRS基体内部的纤维可以形成稳定的三维承力结构,有效改善BFRS基体内部孔隙结构,增加BFRS韧性,提高被支护巷道抗变形能力。高韧性BFRS可以有效地满足深部大变形巷道支护要求,达到“变形不开裂,开裂不掉落”的效果。 展开更多

关键词 玄武岩纤维 喷射混凝土 韧性 核磁共振 孔隙结构

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机械研磨时间对粗粉煤灰基充填胶凝材料性能的影响 被引量：18

7

作者 刘音 刘洋 +3 位作者 周煜明 路瑶 崔博强 郭皓 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2017年第6期221-225,共5页

为提高粗粉煤灰的综合利用效率,运用电镜扫描和粒度分析方法对粗粉煤灰活性进行研究,探究粗粉煤灰在机械研磨过程中活性随时间的变化关系,观察不同机械研磨时间下粉煤灰活性的激发效果,并分析了机械研磨粗粉煤灰活化机理。试验结果表明... 为提高粗粉煤灰的综合利用效率,运用电镜扫描和粒度分析方法对粗粉煤灰活性进行研究,探究粗粉煤灰在机械研磨过程中活性随时间的变化关系,观察不同机械研磨时间下粉煤灰活性的激发效果,并分析了机械研磨粗粉煤灰活化机理。试验结果表明:研磨20 min时粗粉煤灰胶结剂的强度增长幅度最高,达50%,继续研磨强度增长速率明显下降,因此,机械研磨激发粗粉煤灰活性应控制在20 min内,继续研磨对提高活性作用不大。机械研磨活化粗粉煤灰机理主要包括物理效应、晶态转变以及化学变化。虽然机械研磨提高了粉煤灰的活性,但不能从根本上激发粗粉煤灰的活性,因此提高粗粉煤灰胶凝性需多方面综合考虑,选取最经济的颗粒细度和研磨时间。 展开更多

关键词 粗粉煤灰 机械研磨 研磨时间 充填胶凝材料

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卸载条件下煤岩组合体的裂纹张开效应研究 被引量：15

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作者 左建平 陈岩 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第12期3142-3148,共7页

利用MTS 815试验机对深部煤岩组合体进行分级循环加卸载试验,研究了卸载过程中煤岩组合体轴向裂纹的张开效应,得出其轴向裂纹闭合应力(应变)和张开应力(应变)。研究结果表明:随着循环次数的增加,加载和卸载过程中煤岩组合体的裂纹闭合应... 利用MTS 815试验机对深部煤岩组合体进行分级循环加卸载试验,研究了卸载过程中煤岩组合体轴向裂纹的张开效应,得出其轴向裂纹闭合应力(应变)和张开应力(应变)。研究结果表明:随着循环次数的增加,加载和卸载过程中煤岩组合体的裂纹闭合应力(应变)和张开应力(应变)具有增大的趋势;由于分级荷载的逐步增加,煤岩组合体产生新的裂纹,轴向裂纹闭合应变差、轴向裂纹张开应变差、轴向裂纹应力差随循环次数增大而增大;推导出轴向裂纹张开模型,并利用试验数据进行验证,模型理论值与试验值较为吻合,能有效描述卸载条件下轴向裂纹张开效应。 展开更多

关键词 煤岩组合体 卸载 裂纹张开 非线性模型

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冲击荷载作用下含双孔洞裂纹石灰岩动态断裂行为 被引量：5

9

作者 龚爽 赵毅鑫 +4 位作者 周磊 王震 郭文兵 姚世斌 杨大鹏 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期3030-3047,共18页

深入了解不同孔洞缺陷结构对岩石动态力学特性和断裂行为的影响,对于巷道支护设计、岩体工程稳定性评价以及冲击地压动力灾害防治等均具有重要的理论指导意义。为研究含不同孔洞缺陷石灰岩试样在冲击荷载下的动态断裂行为,利用分离式霍... 深入了解不同孔洞缺陷结构对岩石动态力学特性和断裂行为的影响,对于巷道支护设计、岩体工程稳定性评价以及冲击地压动力灾害防治等均具有重要的理论指导意义。为研究含不同孔洞缺陷石灰岩试样在冲击荷载下的动态断裂行为,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)冲击加载系统,对含双孔洞裂纹石灰岩试样进行冲击条件下的断裂特性测试,并采用高速摄像仪对动态裂纹萌生、扩展、贯通直至试样破坏全过程进行了记录,结合图像处理方法进一步分析了冲击荷载作用下含双孔洞裂纹石灰岩的动态抗压强度、动态变形模量、破坏模式和裂纹扩展行为。研究表明:峰值应力处试样破坏的峰值应变在0.00297~0.00493变化,孔洞间距的非对称增长对石灰岩试样峰值强度具有较大弱化影响,非对称孔洞缺陷的间距越大,其对试样的峰值强度弱化程度越高;当孔洞缺陷呈现为非对称状态时,由于受力不均易较早发生压缩破坏。石灰岩试样双孔洞缺陷的形状、间距和非对称性均对其动态抗压强度具有显著影响。石灰岩试样下方的孔洞缺陷对其主裂纹发育具有显著影响,使得初始拉伸裂纹扩展方向产生偏转,试样最终破坏主模式为剪切-拉伸复合断裂。在石灰岩试样的裂纹发育类型中,类型Ⅴ和Ⅵ的远场拉伸和剪切裂纹较为常见。此外,考虑扩展路径分形效应的裂纹速度为表观裂纹扩展速度的1.01~1.17倍。当孔洞缺陷呈非对称分布且间距较大时,最终形成的裂纹数量较少,裂纹扩展速度降低,且更有利于抑制岩石表面的岩屑剥落现象。 展开更多

关键词 孔洞缺陷 石灰岩 霍普金森压杆 裂纹扩展 动力学特性

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高浓度全尾砂充填料浆流变特性试验研究 被引量：9

10

作者 王富林 杨仕教 +1 位作者 苏帅 张志浩 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2019年第2期87-90,96,共5页

为探究某矿全尾砂充填料浆的流变特性,利用MCR52流变仪对不同浓度和灰砂比的全尾砂充填料浆进行流变参数测试,同时进行了扩展度测定。结果表明:对充填料浆流变特性的影响程度由大到小依次为质量浓度、灰砂比;料浆质量浓度相同时,屈服应... 为探究某矿全尾砂充填料浆的流变特性,利用MCR52流变仪对不同浓度和灰砂比的全尾砂充填料浆进行流变参数测试,同时进行了扩展度测定。结果表明:对充填料浆流变特性的影响程度由大到小依次为质量浓度、灰砂比;料浆质量浓度相同时,屈服应力和平均黏度均随胶凝材料掺量的减小而减小,扩展度增大;料浆灰砂比相同时,屈服应力和平均黏度随料浆质量浓度增大而增大,扩展度减小;充填料浆浓度由76%增大至78%时,屈服应力、平均黏度陡增2～3倍,扩展度急剧减小,浓度低的充填料浆流动性能较好;全尾砂充填料浆具有"剪切变稀"的明显特征,扩展度可直观表征料浆的流动性能。 展开更多

关键词 充填料浆 流变特性 屈服应力 黏度 扩展度

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煤矸石大粒径粗骨料比例对充填膏体性能影响的试验研究 被引量：10

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作者 刘音 李金平 +1 位作者 路瑶 周煜明 《煤矿开采》 北大核心 2016年第5期1-3,17,共4页

为了研究充填体中煤矸石大粒径粗骨料所占比例对充填体性能的影响, 利用破碎煤矸石、粉煤灰和水泥制成充填膏体, 其粗骨料中大粒径粗骨料占质量比例为0, 5%, 10%, 15%,20%.分别测试了其坍落度, 初、终凝时间以及养护1d, 3d, 7d, 28d 后... 为了研究充填体中煤矸石大粒径粗骨料所占比例对充填体性能的影响, 利用破碎煤矸石、粉煤灰和水泥制成充填膏体, 其粗骨料中大粒径粗骨料占质量比例为0, 5%, 10%, 15%,20%.分别测试了其坍落度, 初、终凝时间以及养护1d, 3d, 7d, 28d 后的单轴抗压强度.试验结果表明 大粒径粗骨料比例对充填膏体的流动性能具有较大影响, 在质量浓度一定的情况下, 随着大粒径粗骨料比例的增加, 充填膏体流动性能变差, 采用试验条件的骨料配比时, 充填膏体坍落度由226mm 减小到176mm, 而充填膏体初、终凝时间基本不变; 充填膏体试件早期强度受其影响不大,而后期强度随着大粒径的比例增加而呈准线性增加的趋势, 最大达到4. 018MPa.综合分析可知15-25mm 粗骨料粒径颗粒比例为15%时, 充填膏体性能最好. 展开更多

关键词 大粒径 粗骨料比例 充填膏体性能 单轴抗压强度

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