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Experimental investigation of the inhibition of deep-sea mining sediment plumes by polyaluminum chloride

International Journal of Mining Science and Technology 2024年第1期34卷 91-104页

作者： fengpeng zhang Xuguang Chen Jiakang Wei Yangyang zhang Weikun Xu Hao Li College of Engineering Ocean University of ChinaQingdao 266100China Shandong Province Key Laboratory of Ocean Engineering Ocean University of ChinaQingdao 266100China China Merchants Marine and Offshore Research Institute Co. Ltd.Shenzhen 518000China National Deep Sea Center Qingdao 266237China

Deep-sea sediment disturbance may occur when collecting polymetallic nodules,resulting in the creation of plumes that could have a negative impact on the ecological *** study aims to investigate the potential solution of using polyaluminum chloride(PAC)in the water *** effects of PAC are examined through a self-designed simulation system for deep-sea polymetallic nodule collection and sediment samples from a potential deep-sea mining *** experimental results showed that the optimal PAC dose was found to be 0.75 g/*** with the test conditions without the addition of PAC,the presence of PAC leads to a reduction in volume,lower characteristic turbidity,smaller diffusion velocity,and shorter settling time of the *** indicates that PAC inhibits the entire development process of the *** addition of PAC leads to the flocculation of mm-sized particles,resulting in the formation of cm-sized *** flocculation of particles decreases the rate of erosion on the seabed by around 30%.This reduction in erosion helps to decrease the formation of ***,when the size of suspended particles increases,it reduces the scale at which they ***,the settling velocity of flocs(around 10^(-2) m/s)is much higher that of compared to sediment particles(around 10^(-5) m/s),which effectively reduces the amount of time the plume remains in suspension.

关键词： Deep-sea mining Deep-sea polymetallic nodules Sediment plume Polyaluminum chloride Jet impact Particle flocculation

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金属丝电爆炸的电流波形特征及其破岩效果研究

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中国矿业 2024年第6期33卷 210-217页

作者：闫小兵王秀龙贺能马正腾张凤鹏湖南涟邵建设工程(集团)有限责任公司湖南长沙410000 东北大学深部金属矿山安全开采教育部重点实验室辽宁沈阳110819

为研究不同电压下金属丝电爆炸的电流波形特征及破岩效果,基于高压脉冲放电系统开展了金属直丝在空气和红砂岩介质中的电爆炸试验研究。通过比较不同电压下金属丝在空气和岩石中电流波形异同,得到了金属丝在空气和岩石中电流峰值随电压... 详细信息

为研究不同电压下金属丝电爆炸的电流波形特征及破岩效果,基于高压脉冲放电系统开展了金属直丝在空气和红砂岩介质中的电爆炸试验研究。通过比较不同电压下金属丝在空气和岩石中电流波形异同,得到了金属丝在空气和岩石中电流峰值随电压变化的规律,结合金属丝电爆炸破碎红砂岩试验结果,进一步分析了红砂岩在不同高压脉冲载荷作用下的裂纹扩展模式与碎块分布特征。试验结果表明,空气和岩石中的金属丝电爆炸电流峰值与放电电压均呈线性增加关系,在岩石介质约束作用下,岩石中金属丝电爆炸电流峰值和震荡时间均低于空气介质;金属丝电爆炸产生的冲击波使岩石孔壁质点沿径向运动从而产生切向拉应力,形成了以金属丝为中心、径向裂纹为主导的裂纹扩展模式;放电电压对岩石的破碎效果具有显著影响,放电电压由40 kV增加至80 kV,主裂纹数量由一条增加至多条,岩石的破碎程度明显增加且碎块块度分布更加集中。试验成果为高压脉冲放电技术破碎岩石等固体材料的应用与研究提供参考。

关键词：金属丝电爆炸放电电压电流波形岩石破裂红砂岩

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等离子冲击波作用下红砂岩的动态破裂行为试验与数值模拟研究

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有色金属（矿山部分） 2024年第3期76卷 170-177,185页

作者：李欣冉饶珂嘉苏贺侯雨函冯茂根彭建宇张凤鹏东北大学深部金属矿山安全开采教育部重点实验室沈阳110819 东北大学信息科学与工程学院沈阳110819

为了研究等离子冲击波作用下岩石的破裂行为,开展了不同放电间距下的高压脉冲击穿红砂岩试验。利用超高速相机观测了红砂岩试件的裂纹扩展过程,讨论了放电间距对等离子冲击波作用下红砂岩试样表面裂纹密度的影响。随后,利用数值模拟软件... 详细信息

为了研究等离子冲击波作用下岩石的破裂行为,开展了不同放电间距下的高压脉冲击穿红砂岩试验。利用超高速相机观测了红砂岩试件的裂纹扩展过程,讨论了放电间距对等离子冲击波作用下红砂岩试样表面裂纹密度的影响。随后,利用数值模拟软件LS-DYNA建立与实验条件一致的有限元模型,对比了模拟和实验结果,再现了试验过程。结果表明:等离子冲击波作用下,垂直放电通道方向的两个表面上的破坏主要是径向裂纹;平行放电通道的四个侧面则是横向裂纹占主导。随着放电间距的增大,试件表面的裂纹密度逐渐增大。依据数值模拟结果对试件内部的破裂过程及应力波的衰减进行了分析。结果表明:随着放电间距的增加,等离子冲击波在红砂岩试样内部形成的有效应力呈现出指数型衰减,在自由面附近有效应力峰值趋于稳定。

关键词：高压电脉冲放电间距裂纹扩展裂纹密度应力波

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Monitoring, Warning, and Control of Rockburst in Deep Metal Mines

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Engineering 2017年第4期3卷 538-545页

作者： Xia-Ting Feng Jianpo Liu Bingrui Chen Yaxun Xiao Guangliang Feng fengpeng zhang Key Laboratory of Ministry of Education on Safe Mining of Deep Metal Mines Northeastern University Shenyang 110819 China State Key Laboratory of Ceomechanics and Geotechnical Engineering Institute of Rock and Soil Mechanics Chinese Academy of Sciences Wuhan 430071 China

This paper reviews the recent achievements made by our team in the mitigation of rockburst risk. It includes the development of neural network modeling on rockburst risk assessment for deep gold mines in South Africa, an intelligent microseismicity monitoring system and sensors, an understanding of the rockburst evolution process using laboratory and in situ tests and monitoring, the establishment of a quantitative warning method for the location and intensities of different types of rockburst, and the development of measures for the dynamic control of rockburst. The mitigation of rockburst at the Hongtoushan copper mine is presented as an illustrative example.

关键词： Deep metal mining Rockburst Monitoring Warning Mitigation

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短纤维层间增韧的三维有限元分析

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复合材料学报 2009年第6期26卷 182-188页

作者：高相胜张凤鹏北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191 东北大学理学院沈阳110004

层间短纤维强韧化是复合材料层合板层间增韧的有效途径之一。采用三维非线性有限元方法分析了层间短纤维强韧化复合材料层合板的分层扩展问题,探讨其影响因素。以混合模式下通用裂纹扩展的能量准则作为分层扩展判据,通过虚拟裂纹闭合技... 详细信息

层间短纤维强韧化是复合材料层合板层间增韧的有效途径之一。采用三维非线性有限元方法分析了层间短纤维强韧化复合材料层合板的分层扩展问题,探讨其影响因素。以混合模式下通用裂纹扩展的能量准则作为分层扩展判据,通过虚拟裂纹闭合技术计算分层尖端能量释放率。用节点双编号和单元生死技术模拟分层扩展。采用弹簧单元模拟层间短纤维作用,通过改变弹簧刚度修正短纤维桥联力。采用GAP元处理分层区的接触非线性问题。分析了分层区桥联力对层间应力场、位移场以及分层扩展的影响。研究结果表明,层间短纤维有效延缓了分层扩展,增韧效果明显。

关键词：复合材料层合板层间短纤维增韧能量释放率分层扩展

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思山岭铁矿地应力分布规律与采场结构参数优化

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金属矿山 2023年第10期 1-9页

作者：闫广亮李真张芫涛林卫星张凤鹏本溪龙新矿业有限公司辽宁本溪117013 深部金属矿山安全开采教育部重点实验室辽宁沈阳110819 长沙矿山研究院有限责任公司湖南长沙410012 国家金属采矿工程技术研究中心湖南长沙410012

采用水压致裂法分别测量思山岭铁矿围岩与矿体地应力,分析围岩与矿体地应力分布规律及其差异。结果表明:围岩与矿体地应力均随埋深增加近线性增大,水平最大主应力始终为第一主应力,方向近NEE向;围岩与矿体水平主应力差值均较大,埋深超... 详细信息

采用水压致裂法分别测量思山岭铁矿围岩与矿体地应力,分析围岩与矿体地应力分布规律及其差异。结果表明:围岩与矿体地应力均随埋深增加近线性增大,水平最大主应力始终为第一主应力,方向近NEE向;围岩与矿体水平主应力差值均较大,埋深超千米时最大与最小主应力比值分别为1.58与1.46,思山岭铁矿处于强各向异性高应力状态。围岩地应力略高于矿体地应力,千米以深时围岩水平主应力约是矿体水平主应力的1.06倍。基于地应力分布规律与矿体层理,将思山岭铁矿40 m×40 m×60 m(长×宽×高)的方形采场优化为80 m×20 m×60 m的长条形采场,模拟结果显示长条形采场开挖后的应力、位移、塑性区分布均优于方形采场,进一步提出了深埋高应力层状矿体的采场结构参数设计方法。

关键词：思山岭铁矿深部开采水压致裂法地应力采场结构参数优化

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高压脉冲作用下岩石的击穿特性与物理力学参数关系试验研究

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金属矿山 2023年第3期 100-105页

作者：彭建宇李嘉强张凤鹏杜川深部金属矿山安全开采教育部重点实验室辽宁沈阳110819 辽宁省深部工程与智能技术重点实验室辽宁沈阳110819

高压脉冲提供了一种非常具有应用前景的新型破岩技术。为了研究高压脉冲作用下岩石的击穿破裂特性,并掌握击穿场强与物理力学参数之间的关系,开展了不同岩性岩石的电击穿试验。借助扫描电子显微镜分析了高压脉冲击穿后岩石的微观破裂机... 详细信息

高压脉冲提供了一种非常具有应用前景的新型破岩技术。为了研究高压脉冲作用下岩石的击穿破裂特性,并掌握击穿场强与物理力学参数之间的关系,开展了不同岩性岩石的电击穿试验。借助扫描电子显微镜分析了高压脉冲击穿后岩石的微观破裂机制,比较了不同岩性岩石在刚好击穿时的破裂模式,研究了岩石物理力学参数对击穿场强的影响。微观分析结果表明:等离子体通道附近区域呈现高温灼烧特征,晶粒表面光滑且出现孔洞;冲击波作用下裂纹区主要为沿晶断裂和穿晶断裂;过渡区则表现出高温和冲击波共同作用的特征。此外,岩石的击穿场强与密度、波速、弹性模量之间的相关性较弱;而与抗压强度及抗拉强度之间具备一定的量化关系,击穿场强随着抗压强度和抗拉强度的增大呈指数型增长。

关键词：高压脉冲岩性岩石破裂击穿场强物理力学参数

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红砂岩受高压电脉冲击穿作用下的破裂行为试验研究

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金属矿山 2022年第11期51卷 71-76页

作者：彭建宇王浩南吴硕张凤鹏深部金属矿山安全开采教育部重点实验室辽宁沈阳110819 辽宁省深部工程与智能技术重点实验室辽宁沈阳110819

高压脉冲放电破岩具有绿色环保、能量可控的特色,是一种应用前景广阔的新兴岩石破碎技术。通过电击穿试验分析了高压脉冲作用下红砂岩的破裂机制,研究了不同试件尺寸和放电电压下红砂岩的破裂模式及破裂程度。结果表明:高温和冲击波是... 详细信息

高压脉冲放电破岩具有绿色环保、能量可控的特色,是一种应用前景广阔的新兴岩石破碎技术。通过电击穿试验分析了高压脉冲作用下红砂岩的破裂机制,研究了不同试件尺寸和放电电压下红砂岩的破裂模式及破裂程度。结果表明:高温和冲击波是导致试件破裂的内在机制。高压电脉冲作用下,红砂岩在电极附近由于等离子通道贯通后的迅速膨胀作用形成击穿区,损伤最为严重。击穿区外侧受冲击波的影响出现径向裂纹,冲击波强度足够时可继续诱发试件边界附近出现剥落裂纹。击穿区、径向裂纹及剥落裂纹的形成与试件的尺寸和放电电压密切相关。采用裂纹密度和分形维数两个指标量化分析了高压脉冲作用后试件的破裂程度。随着试件尺寸增加,试件由块状破碎转变成穿孔破坏模式,试件的裂纹密度、裂纹的复杂程度以及分形维数呈现出降低趋势。随着放电电压的增加,试件由穿孔破坏模式转变成块状破碎,其裂纹密度、裂纹的复杂程度和分形维数呈现增加趋势。

关键词：高压电脉冲岩石破碎破裂模式裂纹密度分形维数

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N-doped graphene quantum dot-decorated N-TiO2/P-doped porous hollow g-C_(3)N_(4) nanotube composite photocatalysts for antibiotic photodegradation and H2 production

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International Journal of Minerals,Metallurgy and Materials 2024年第1期31卷 165-178页

作者： Jingshu Yuan Yao zhang Xiaoyan zhang Junjie zhang Shen’gen zhang Institute for Advanced Materials and Technology University of Science and Technology BeijingBeijing 100083China Xi’an Fanyi University Xi’an 710105China Shunde Graduate School of University of Science and Technology Beijing Foshan 528399China State Key Laboratory of Lunar and Planetary Sciences Macao University of Science and TechnologyMacao SAR 820000China

Exclusive responsiveness to ultraviolet light (~3.2 eV) and high photogenerated charge recombination rate are the two primary drawbacks of pure TiO_(2). We combined N-doped graphene quantum dots (N-GQDs), morphology regulation, and heterojunction construction strategies to synthesize N-GQD/N-doped TiO_(2)/P-doped porous hollow g-C_(3)N_(4) nanotube (PCN) composite photocatalysts (denoted as G-TPCN). The optimal sample (G-TPCN doped with 0.1wt% N-GQD, denoted as 0.1% G-TPCN) exhibits significantly enhanced photoabsorption, which is attributed to the change in bandgap caused by elemental doping (P and N), the improved light-harvesting resulting from the tube structure, and the upconversion effect of N-GQDs. In addition, the internal charge separation and transfer capability of0.1% G-TPCN are dramatically boosted, and its carrier concentration is 3.7, 2.3, and 1.9 times that of N-TiO_(2), PCN, and N-TiO_(2)/PCN(TPCN-1), respectively. This phenomenon is attributed to the formation of Z-scheme heterojunction between N-TiO_(2) and PCNs, the excellent electron conduction ability of N-GQDs, and the short transfer distance caused by the porous nanotube structure. Compared with those of N-TiO_(2), PCNs, and TPCN-1, the H2 production activity of 0.1%G-TPCN under visible light is enhanced by 12.4, 2.3, and 1.4times, respectively, and its ciprofloxacin (CIP) degradation rate is increased by 7.9, 5.7, and 2.9 times, respectively. The optimized performance benefits from excellent photoresponsiveness and improved carrier separation and migration efficiencies. Finally, the photocatalytic mechanism of 0.1% G-TPCN and five possible degradation pathways of CIP are proposed. This study clarifies the mechanism of multiple modification strategies to synergistically improve the photocatalytic performance of 0.1% G-TPCN and provides a potential strategy for rationally designing novel photocatalysts for environmental remediation and solar energy conversion.

关键词： N-doped TiO_(2) N-doped graphene quantum dots P-doped g-C_(3)N_(4) porous hollow nanotube heterojunction photocatalysis

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Reversing free-electron transfer of sulfide cocatalyst for exceptional photocatalytic H_(2)evolution

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Journal of Materials Science & Technology 2024年第4期171卷 147-149页

作者： Yanfeng zhang Zhenyi zhang National Experimental Chemistry Teaching Center Hebei Key Laboratory of Inorganic Nano-materialsCollege of Chemistry and Materials ScienceHebei Normal UniversityShijiazhuang 050024China Key Laboratory of New Energy and Rare Earth Resource Utilization of State Ethnic Affairs Commission Key Laboratory of Photosensitive Materials and Devices of Liaoning ProvinceSchool of Physics and Materials EngineeringDalian Minzu UniversityDalian 116600China

Recently,Yu and co-workers deeply explore the potential impact of free electron transfer between co-catalysts and photocatalyst carriers on H_(2)evolution efficiency of active sites over MoS_(2+x).They pro-pose an electron-reversal tactics to evade the unexpected electron transfer and synchronously regulate the above transfer in a beneficial orientation for weakening hydrogen adsorption on S ***,this highlight not only discusses and summarizes the essences of electron reversal and the optimized H ad-sorption/desorption mechanism,but also emphasizes the significance of femtosecond transient absorp-tion spectroscopy(fs-TAS)and in-situ irradiated X-ray photoelectron spectroscopy(ISI-XPS)for revealing charge transfer dynamics and *** anticipate that this highlight can disseminate a new per-spective on the roles of photocatalyst carriers in improving cocatalytic H_(2)-production kinetics.

关键词： Photocatalysis Cocatalyst Electron reversal Antibonding-orbital occupancy S–H bonds

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