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煤岩层静态爆破释能增透机制探讨

中国安全科学学报 2020年第5期30卷 60-65页

作者：郭怀广朱立凯河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000 中国煤炭科工集团沈阳研究院有限公司煤矿安全技术国家重点实验室辽宁沈阳110016

针对高应力低透气煤层煤与瓦斯突出频发的问题,建立静态破岩致裂力学模型,数值模拟致裂过程,测试并分析影响致裂效果的致裂时效、膨胀压力、致裂孔布置工艺等相关参数,研究静态爆破释能防突及致裂增透机制。结果表明:配置膨胀剂、抑制... 详细信息

针对高应力低透气煤层煤与瓦斯突出频发的问题,建立静态破岩致裂力学模型,数值模拟致裂过程,测试并分析影响致裂效果的致裂时效、膨胀压力、致裂孔布置工艺等相关参数,研究静态爆破释能防突及致裂增透机制。结果表明:配置膨胀剂、抑制剂、水分配比分别为100∶8∶30、100∶12∶30、100∶15∶30,起效时间分别为50、30、100 min的3种破碎剂;其中配比2膨胀效果最好,最大致裂压力为150.8 MPa。破碎剂膨胀稳态持续拉应力大于介质抗拉强度,实现静态爆破功能;控制孔起到裂隙扩展引导和尺寸放大作用。静态爆破降低煤体瓦斯及应力潜能积聚,增加煤体裂隙数量,达到静态爆破释能增透目的。

关键词：煤与瓦斯突出静态爆破释能增透断裂力学致裂时效

两性纳米粒子的制备及其在海洋防污涂料中初步应用研究

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两性纳米粒子的制备及其在海洋防污涂料中初步应用研究

作者：朱立凯哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

为了解决传统防污涂料中的重金属对海洋生态环境造成污染的问题,本实验研发了一种掺杂甜菜碱类纳米粒子的自抛光型海洋防污涂料。此种防污涂料,能够在流动的海水中随基料的水解而不断更新,并借助于嵌段聚合物的两亲性实现纳米粒子的核... 详细信息

为了解决传统防污涂料中的重金属对海洋生态环境造成污染的问题,本实验研发了一种掺杂甜菜碱类纳米粒子的自抛光型海洋防污涂料。此种防污涂料,能够在流动的海水中随基料的水解而不断更新,并借助于嵌段聚合物的两亲性实现纳米粒子的核壳结构的翻转,包裹在内层的甜菜碱结构得以暴露,在涂料表面形成抗吸附层,从而实现减弱和防止海洋污损生物的附着生长的功能,达到海洋防污的效果。本课题组曾通过原子转移活性自由基(ATRP)两步法以甲基丙烯酸正丁酯(BMA)、丙烯酸丁酯(BA)为第一单体与甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)聚合生成两种两亲性嵌段聚合物PBMA-b-PDMAEMA和PBA-b-PDMAEMA。但两步合成嵌段聚合物时,DMAMEA样品必须过量且转化率低。本文通过顺序加料法的方式一步合成了这两种嵌段聚合物,所有的单体转化率均在95%以上,达到了近乎“原子经济”的转化水平,为工业化生产提供了可行性条件。其次,将两性纳米粒子掺入到涂料的基料当中去,对水解及抗菌实验涂料的防污性能展开了初步的探索。发现涂层水解速率与纳米粒子含量、纳米粒子分子量以及纳米粒子嵌段比的相关。抗菌实验揭示自更新涂层可以有效抑制金黄色葡萄球菌在涂层表面的附着。海洋防污测试表明掺杂两性纳米粒子能够有效提高自更新涂料的海洋防污性能。

关键词：环境友好海洋防污涂层自更新甜菜碱两性纳米粒子嵌段聚合物

任家庄煤矿首采范围上覆含气岩层瓦斯探查研究

同方学位论文库评论

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煤矿安全 2015年第2期46卷 28-31页

作者：朱立凯煤科集团沈阳研究院有限公司辽宁沈阳110016 东北大学岩石破裂与失稳研究中心辽宁沈阳110819

任家庄煤矿在建井及首采煤层巷道掘进时,遇到瓦斯异常涌出现象,初步推断瓦斯来源为富含瓦斯气体的砂岩层,如何确定该含气砂岩层的分布规律及其对生产的影响程度成为该矿需要解决的首要问题。针对该矿地质特征及实际掘进情况,对含气砂岩... 详细信息

任家庄煤矿在建井及首采煤层巷道掘进时,遇到瓦斯异常涌出现象,初步推断瓦斯来源为富含瓦斯气体的砂岩层,如何确定该含气砂岩层的分布规律及其对生产的影响程度成为该矿需要解决的首要问题。针对该矿地质特征及实际掘进情况,对含气砂岩层的探查方案进行了研究,对首采范围内的气体分布状态和含气砂岩层的分布进行了研究,获得了首采范围内风化带分布规律及上覆含气岩层的分布规律,并提出了针对性的治理建议。

关键词：瓦斯异常涌出瓦斯带瓦斯风化带含气岩层瓦斯治理

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综掘巷道瓦斯涌出规律研究

煤炭技术 2014年第8期33卷 276-279页

作者：朱立凯煤科集团沈阳研究院有限公司沈阳110016 东北大学(沈阳)岩石破裂与失稳研究中心沈阳110004

通过测定煤壁的瓦斯涌出强度和落煤的瓦斯解吸强度,建立煤壁和落煤的瓦斯涌出强度经验公式和瓦斯涌出量预测公式,从而建立综掘巷道的瓦斯涌出量预测模型。通过测定综掘巷道瓦斯涌出,对建立的计算模型进行验证。结果表明,煤壁和落煤的瓦... 详细信息

通过测定煤壁的瓦斯涌出强度和落煤的瓦斯解吸强度,建立煤壁和落煤的瓦斯涌出强度经验公式和瓦斯涌出量预测公式,从而建立综掘巷道的瓦斯涌出量预测模型。通过测定综掘巷道瓦斯涌出,对建立的计算模型进行验证。结果表明,煤壁和落煤的瓦斯涌出强度随时间的变化符合指数或双曲线关系,由该关系建立起的2种预测模型相互结合应用,能够很好地表达综掘巷道的瓦斯涌出规律。

关键词：煤壁落煤综掘巷道瓦斯涌出强度

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含气岩层对首采工作面回采的影响

煤炭技术 2014年第7期33卷 68-70页

作者：朱立凯煤科集团沈阳研究院有限公司沈阳110016 东北大学(沈阳)岩石破裂与失稳研究中心沈阳110004

任家庄煤矿在建井及首采煤层巷道掘进过程中,遇到含有大量游离瓦斯气体的砂岩层,针对该含气岩层的分布情况,对回采工作面开采后形成的冒落带、裂隙带的高度进行经验计算和数值研究,研究结果表明该含气岩层处于开采引起的裂隙带内,在首... 详细信息

任家庄煤矿在建井及首采煤层巷道掘进过程中,遇到含有大量游离瓦斯气体的砂岩层,针对该含气岩层的分布情况,对回采工作面开采后形成的冒落带、裂隙带的高度进行经验计算和数值研究,研究结果表明该含气岩层处于开采引起的裂隙带内,在首采工作面推进400 m后,含气岩层内的游离瓦斯将直接涌入采空区,威胁回采工作面的安全生产。

关键词：瓦斯异常涌出含气砂岩层冒落带高度裂隙带高度数值模拟

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单轴压缩下岩石蠕变失稳破坏过程数值模拟

岩土力学 2007年第9期28卷 1978-1982,1986页

作者：李连崇徐涛唐春安朱立凯大连理工大学土木水利工程学院大连大学材料破坏力学数值试验研究中心大连116622 中国科学院岩土力学重点实验室武汉430071 煤炭科学研究总院抚顺分院抚顺113001

在岩石破裂过程分析(RFPA2D)系统的基础上,考虑岩石损伤过程的时间因素影响,引入岩石细观单元蠕变本构方程,建立了考虑流变效应的岩石破裂过程RFPA2D数值模型。应用该模型模拟了恒定荷载作用下岩石的蠕变破坏过程,得到了岩石蠕变破裂的... 详细信息

在岩石破裂过程分析(RFPA2D)系统的基础上,考虑岩石损伤过程的时间因素影响,引入岩石细观单元蠕变本构方程,建立了考虑流变效应的岩石破裂过程RFPA2D数值模型。应用该模型模拟了恒定荷载作用下岩石的蠕变破坏过程,得到了岩石蠕变破裂的3个典型阶段:初始蠕变阶段、稳定蠕变阶段和加速蠕变阶段,模拟结果同实验室试验所观察到的现象十分吻合。这表明考虑流变效应的RFPA2D数值模型适用于模拟岩石的蠕变破坏这一复杂的、非线性演化问题。此外,数值模拟还揭示了岩石的宏观蠕变破坏实质上是细观层次上单元损伤累计的结果,这些结论对岩石工程的长期稳定性研究具有重要的理论指导和实践意义。

关键词：岩石破裂过程蠕变单轴压缩数值模拟

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动载荷作用下岩石破坏过程的数值试验研究

岩土力学 2008年第4期29卷 887-892页

作者：左宇军唐春安朱万成朱立凯大连大学材料破坏力学数值试验研究中心大连116622 大连理工大学土木与水利工程学院大连116024 东北大学岩石破裂与失稳研究中心沈阳110004

采用基于细观损伤力学基础上开发的动态版RFPA2D数值模拟软件,对动载荷作用下应力波延续时间、应力波峰值和围压对岩石试样破坏的影响进行了数值研究,结果表明,应力波延续时间较短,则尾随应力波波前的高应力区范围较窄,应力波衰减较快;... 详细信息

采用基于细观损伤力学基础上开发的动态版RFPA2D数值模拟软件,对动载荷作用下应力波延续时间、应力波峰值和围压对岩石试样破坏的影响进行了数值研究,结果表明,应力波延续时间较短,则尾随应力波波前的高应力区范围较窄,应力波衰减较快;相反,应力波延续时间较长,则紧跟应力波波前的高应力区范围较大,岩石处于破坏状态的时间延长,岩石的破碎程度加大。此外,存在一个合适的应力波延续时间,过分地加大应力波延续时间,反而不利于岩石裂隙的发育。动载荷的峰值越大,试样的破坏程度越大,当峰值达到一定值时,试样顶部呈现粉碎状,试样从上到下破坏程度逐渐减弱。在冲击载荷作用下的岩石随着围压的增加更难破碎,但当围压增大到一定程度时,岩石会突然失稳破坏。

关键词：数值模拟动载荷破坏过程应力波延续时间应力波峰值围压

煤与瓦斯突出过程中地应力、瓦斯压力作用机理探讨

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采矿与安全工程学报 2018年第5期35卷 1038-1044页

作者：朱立凯杨天鸿徐涛赵国会谢正红东北大学岩石破裂与失稳研究中心辽宁沈阳110819 煤科集团沈阳研究院有限公司辽宁沈阳110016

基于煤岩破裂损伤理论和气固耦合方法,针对不同地应力和不同瓦斯压力条件,采用RFPA2D-Flow数值计算软件对煤与瓦斯突出发生、发展过程进行数值研究,获得了煤体裂纹孕育、扩展演化规律及突出孔洞变化特征,并结合红阳二矿、西马煤矿突出... 详细信息

基于煤岩破裂损伤理论和气固耦合方法,针对不同地应力和不同瓦斯压力条件,采用RFPA2D-Flow数值计算软件对煤与瓦斯突出发生、发展过程进行数值研究,获得了煤体裂纹孕育、扩展演化规律及突出孔洞变化特征,并结合红阳二矿、西马煤矿突出实例进行验证分析。研究表明:地应力与煤与瓦斯突出发生所需的最小瓦斯压力呈线性反比关系,地应力越高突出所需的瓦斯压力越小;高地应力条件下煤与瓦斯突出的初始阶段,煤体主要在剪-拉应力作用下,形成以"–"型和"I"型裂纹组成的网格型裂纹,宏观破坏呈楔形分布,而较低地应力条件下煤与瓦斯突出的初始阶段,煤体主要在拉应力作用下,形成"I"型裂纹,宏观破坏呈环状分布;突出过程中地应力的作用使煤体破坏以楔形方式发展,瓦斯的作用使煤体破坏以弧形方式发展,突出孔洞的最终形状由地应力和瓦斯共同决定。

关键词：煤与瓦斯突出瓦斯压力数值模拟气固耦合

基于PFC2D岩质边坡稳定性分析的强度折减法

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东北大学学报（自然科学版） 2013年第1期34卷 127-130页

作者：王培涛杨天鸿朱立凯刘洪磊东北大学资源与土木工程学院辽宁沈阳110819 煤炭科学研究总院沈阳研究院辽宁沈阳110016

基于颗粒流离散单元法,将强度折减法引入到边坡稳定性研究中,可以解决应用连续变形分析方法研究存在的缺陷.取特定平均不平衡力比率作为边坡失稳与否判断准则,将颗粒间粘结强度及摩擦系数进行折减,以边坡岩体出现失稳破坏且断裂面贯通... 详细信息

基于颗粒流离散单元法,将强度折减法引入到边坡稳定性研究中,可以解决应用连续变形分析方法研究存在的缺陷.取特定平均不平衡力比率作为边坡失稳与否判断准则,将颗粒间粘结强度及摩擦系数进行折减,以边坡岩体出现失稳破坏且断裂面贯通作为失稳判断准则,一方面能够对边坡局部危险区域予以定性预测,另一方面监测边坡变形到破坏的失稳过程,最终定量分析边坡稳定性.结合黑山铁矿现场边坡稳定研究实例,分别研究了边坡开挖扰动前后的边坡变形特征,得到开挖前后边坡安全系数分别为1.803和1.183,与预期结论一致.

关键词： PFC2D 离散元法岩质边坡稳定性强度折减法数值模拟