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2023年度矿业与冶金工程学科国家自然科学基金管理工作综述

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工程科学学报 2024年第5期46卷 775-783页

作者：王西勃苗鸿雁高军恒李航宇金佳旭白锦文国家自然科学基金委员会工程与材料科学部矿业与冶金工程学科北京100085

总结了2023年度国家自然科学基金委员会工程与材料科学部矿业与冶金工程学科科学基金项目的申请、评审和资助情况,主要分石油工程、矿业工程、安全科学与工程和冶金与材料加工工程4大领域进行分析;同时介绍了本年度学科战略研究相关工作... 详细信息

总结了2023年度国家自然科学基金委员会工程与材料科学部矿业与冶金工程学科科学基金项目的申请、评审和资助情况,主要分石油工程、矿业工程、安全科学与工程和冶金与材料加工工程4大领域进行分析;同时介绍了本年度学科战略研究相关工作,并对学科下一步的工作进行了展望.

关键词：矿业与冶金工程学科国家自然科学基金申请与评审基金管理学科战略

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煤系固废基绿色充填材料制备及其性能研究

煤田地质与勘探 2022年第12期50卷 75-84页

作者：董猛李江山陈新金佳旭鲁龙钊辽宁工程技术大学土木工程学院辽宁阜新123000 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071

充填技术是绿色开采的重要组成部分,研发成本低廉、性能可靠、低碳环保的充填材料,是发展充填技术的关键。采用煤矸石(CG)和煤系偏高岭土(MK)为原材料制备煤系固废基绿色充填材料,探讨配合比和碱激发剂对充填材料强度以及流动度的影响,... 详细信息

充填技术是绿色开采的重要组成部分,研发成本低廉、性能可靠、低碳环保的充填材料,是发展充填技术的关键。采用煤矸石(CG)和煤系偏高岭土(MK)为原材料制备煤系固废基绿色充填材料,探讨配合比和碱激发剂对充填材料强度以及流动度的影响,并结合X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外吸收光谱仪(FTIR)、热重分析(TG)和扫描电镜能谱分析(SEM-EDS)等表征手段,揭示充填强度发展机理。综合强度、流动性和环境指标,优化充填材料配比。研究结果表明:绿色充填材料体系中,煤系偏高岭土通过碱激发水化反应起到胶凝作用,体系强度随偏高岭土的增加呈线性增长,磨细的煤矸石充当惰性填料,协同Na_(2)SiO_(3)改善流动性。该充填材料主要水化产物为N―A―S―H和沸石,Si―O―Si发生聚解,随即四面体Al―O键部分取代Si―O键,由(SiO_(4))^(4−)变成(AlO_(4))^(4−),进一步聚合形成Si―O―Al基团。当碱激发剂中Na_(2)SiO_(3)与NaOH比例为1∶1时,聚合程度最高。水化产物填充了煤矸石颗粒间孔隙,使基质致密,提高充填材料强度。综合指标评价推荐偏高岭土与煤矸石的配比为3∶7,此时不仅满足强度和流动性的要求,而且碳排放指数仅有0.257。本研究为开发成本低廉、性能可靠、低碳环保的充填材料提供新的思路,具有较好的实用性和经济性。

关键词：煤矸石煤系偏高岭土碱激发绿色充填材料性能研究

基于FLAC^(3D)分析的某铁矿充填效果研究

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中国安全生产科学技术 2022年第4期18卷 120-126页

作者：梁冰郭斌金佳旭武鹏飞辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学矿业学院辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学土木工程学院辽宁阜新123000

为解决辽宁某铁矿开采后地表沉陷问题,验证自研的复合激发尾砂胶结充填体充填效果,运用FLAC^(3D)模拟软件对铁矿二步骤充填开采和地表沉陷进行数值模拟计算研究。研究结果表明:采用3种胶结充填体分别进行二步骤充填后,盐基、碱基、水泥... 详细信息

为解决辽宁某铁矿开采后地表沉陷问题,验证自研的复合激发尾砂胶结充填体充填效果,运用FLAC^(3D)模拟软件对铁矿二步骤充填开采和地表沉陷进行数值模拟计算研究。研究结果表明:采用3种胶结充填体分别进行二步骤充填后,盐基、碱基、水泥基胶结充填体内部的应力平均值分别为0.92,0.79,0.93 MPa,最大位移值分别为38,22,75 mm,说明碱基胶结充填体在改善采场应力环境、减小顶底板变形情况具有一定的优势;以对采空区充填的模拟结果来看,碱基复合激发胶结充填体对围岩具有良好的支撑作用,能够很好地改善地表沉降现象;通过对采场应力和地表沉陷进行为期1 a的跟踪监测,表明监测区域位移变化量基本稳定,且全年监测点位移变化形态与应力变化趋势相同。

关键词：数值模拟充填开采地表沉陷地应力现场监测

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纳米压痕技术在岩石材料中的应用与研究进展

岩石力学与工程学报 2022年第10期41卷 2045-2066页

作者：何智海倪雅倩杜时贵石锦炎金佳旭詹培敏绍兴文理学院土木工程学院浙江绍兴312000 浙江省岩石力学与地质灾害重点实验室浙江绍兴312000 宁波大学岩石力学研究所浙江宁波315211 东南大学材料科学与工程学院江苏南京211189 辽宁工程技术大学土木工程学院辽宁阜新123000 同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室上海201804

作为一种非均质的复合材料,岩石的宏观性能很大程度上取决于其在微纳观尺度上的结构特性。随着纳米压痕技术的推广和发展,岩石材料的纳观结构力学信息得到了大量的报道。为了解纳米压痕技术在岩石中的研究现状,对国内外相关文献进行了... 详细信息

作为一种非均质的复合材料,岩石的宏观性能很大程度上取决于其在微纳观尺度上的结构特性。随着纳米压痕技术的推广和发展,岩石材料的纳观结构力学信息得到了大量的报道。为了解纳米压痕技术在岩石中的研究现状,对国内外相关文献进行了综述。首先,应用纳米压痕技术测试岩石材料的弹性模量、硬度、断裂韧性和时效蠕变的基本原理被阐述。其次,用于纳米压痕测试的样品制备方法和测试参数选择被归纳总结。在此基础上,对页岩、煤、砂岩和泥岩等常见岩石材料的纳观尺度特征进行了总结分类,并分析了影响其纳观力学参数的关键因素。结果表明:由于纳米压痕在力和位移两方面都具有较高的精度,可以用于提取单个晶粒的局部力学特性,这避免了常规力学测试对于试件尺寸的要求。但是纳米压痕测试对于样品的表面粗糙度和加卸载制度有着特定要求,特殊的岩样需要与之匹配的制样方式。此外,岩石的矿物组成和外界环境因素对于材料的纳观力学性能有着重要影响。尽管纳米压痕技术已被广泛应用,但其在岩石材料中的研究起步较晚,在数据分析,多尺度模型搭建和纳–微–细–宏观力学性能传递方面还面临着诸多难点。

关键词：岩石力学纳米压痕微观力学性能蠕变性能断裂韧性

矸石充填开采协同承载机制及充填效果评价研究

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采矿与安全工程学报 2022年第2期39卷 239-247页

作者：武鹏飞梁冰杨逾金佳旭李刚汪北方郭斌辽宁工程技术大学矿业学院阜新辽宁123000 辽宁工程技术大学力学与工程学院阜新辽宁123000 辽宁工程技术大学土木工程学院阜新辽宁123000

为研究矸石充填体充入井下采空区后与围岩及煤柱的相互作用力学机理,基于矸石三向压实试验对矸石充填体与围岩协同承载效应开展研究工作,并对矸石充填开采条件下的充填效果进行评价研究。研究分析了矸石体积压缩率与各试验参数存在的定... 详细信息

为研究矸石充填体充入井下采空区后与围岩及煤柱的相互作用力学机理,基于矸石三向压实试验对矸石充填体与围岩协同承载效应开展研究工作,并对矸石充填开采条件下的充填效果进行评价研究。研究分析了矸石体积压缩率与各试验参数存在的定量函数关系;构建“充填体-围岩-煤柱”协同承载模型,阐明了充填体、围岩、煤柱三者共同对上覆岩层的承载控制作用机理,并给出协同承载系统的稳定判别条件;基于层次可拓模糊评价方法建立充填效果分析模型,构建了充填效果评价的4个主控因素,综合评估矸石充填开采地表和覆岩稳定性;以新巨龙煤矿现场实际为例对其进行充填效果的层次可拓评价分析,综合评价判定其充填效果良好。

关键词：矸石充填协同承载充填效果层次可拓评价

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摩擦桩-砂土接触面剪切特性可视化试验研究

实验力学 2022年第4期37卷 551-560页

作者：金佳旭袁士豪梁冰李世旺刘家顺周克林辽宁工程技术大学辽宁阜新123000 中建陆海投资发展公司天津300000 遵义市黔北公路建设开发投资有限责任公司贵州遵义563000

桩-土界面剪切特性严重影响桩基侧摩阻力发挥,常造成桩基失稳等工程灾害。为研究砂土地区摩擦作用对桩-土界面剪切特性的影响,通过自主设计的大型可视化剪切试验,得到了粗糙度对剪切特性及剪切带颗粒变化规律的影响。试验结果表明:随着... 详细信息

桩-土界面剪切特性严重影响桩基侧摩阻力发挥,常造成桩基失稳等工程灾害。为研究砂土地区摩擦作用对桩-土界面剪切特性的影响,通过自主设计的大型可视化剪切试验,得到了粗糙度对剪切特性及剪切带颗粒变化规律的影响。试验结果表明:随着粗糙度的增加,抗剪强度、摩擦角、剪切刚度和残余强度等参数均显著增加,剪切模量最大增加幅度达49.49%;黏聚力先增加,当粗糙度超过0.393mm时,便开始减小;粗糙度和法向应力均是剪切带厚度的影响因素之一;接触面临界相对粗糙度为0.393mm。上述研究成果对提升砂土地区摩擦桩设计可靠性及完善桩土相互作用宏细观机理具有一定意义。

关键词：基础工程桩土接触面剪切特性粗糙度抗剪强度剪切带

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氧化对牛蹄塘组页岩孔隙结构影响的试验研究

工程地质学报 2022年第1期30卷 205-215页

作者：金佳旭付彦吉郑旭王文芳郝岩屿陈天宇辽宁工程技术大学土木工程学院阜新123000 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

页岩气作为一种高效、清洁能源对我国的能源结构改革具有重要意义。由于页岩具有埋深大、地应力较高、孔隙率低等特点导致页岩气开采效率极低。为了探究氧化作用对牛蹄塘页岩的反应机理及在氧化作用下孔隙结构的变化,及探究合理的试验... 详细信息

页岩气作为一种高效、清洁能源对我国的能源结构改革具有重要意义。由于页岩具有埋深大、地应力较高、孔隙率低等特点导致页岩气开采效率极低。为了探究氧化作用对牛蹄塘页岩的反应机理及在氧化作用下孔隙结构的变化,及探究合理的试验方案进而提高页岩的渗透率和页岩气的开采效率。本文以湖南牛蹄塘组页岩为研究对象,采用30%的过氧化氢溶液对牛蹄塘组页岩试样进行分级浸泡后采用超景深显微镜观察试样表面孔隙结构变化和裂隙演化规律;采用扫描电镜观测氧化前后页岩自然断面和由于氧化作用导致断裂层理面微观结构的变化;采用压汞实验测定氧化前后试样的孔隙结构和氧化作用对页岩孔隙率的改变。结果表明:(1)牛蹄塘组页岩在浸泡8 h后开始逐渐反应产生大量气泡并在试样表面产生附着物,试样层理间力学性质随反应进行不断弱化,最终试样沿层理断裂。(2)通过扫描电镜观察到在原始页岩试样中铁元素以硫铁矿形式大面积附着在黏土表面,氧化后硫铁矿中的硫元素基本被氧元素替换。(3)通过压汞实验得到氧化360 h后的试样较原始试样的孔隙体积由0.041 mL·g;提升到0.137 mL·g;、孔隙率由9.35%提升至25.35%。由此可得,氧化对富有机质页岩的孔隙结构产生显著变化、增强了页岩气在页岩中的运移能力。

关键词：牛蹄塘组页岩氧化孔隙结构压汞层理面断裂矿物成分

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山区公路桥梁结合部位水毁防治试验研究

中国安全科学学报 2017年第8期27卷 108-113页

作者：金佳旭许彬董天文郎俊彪辽宁工程技术大学土木工程学院东北大学资源与土木工程学院

为揭示山区公路桥梁结合部位水毁规律、明确水毁主要原因、完善水毁防治技术,开展无防水毁、浆砌片石和石笼围堰3种工况下的水毁防治模型试验。测定水流流速、水毁堆积物厚度及水毁掏空深度,确认水毁堆积物厚度、掏空深度、水流流速三... 详细信息

为揭示山区公路桥梁结合部位水毁规律、明确水毁主要原因、完善水毁防治技术,开展无防水毁、浆砌片石和石笼围堰3种工况下的水毁防治模型试验。测定水流流速、水毁堆积物厚度及水毁掏空深度,确认水毁堆积物厚度、掏空深度、水流流速三者与水毁冲刷时间之间的关系。研究表明:无防水毁工况下,模型完全毁坏,其冲刷毁坏过程是渐进的,且有显著的阶段性,水毁堆积物形态以竖直向和水平向堆积物厚度表征;浆砌片石和石笼围堰防水毁工况下,模型完好。

关键词：公路桥梁浆砌片石石笼围堰模型试验路桥结合部位水毁

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边坡内部位移监测系统

仪器仪表学报 2009年第10期30卷 2171-2174页

作者：梁冰杨冬鹏孙维吉李义贤金佳旭辽宁工程技术大学力学与工程学院阜新123000

随着我国对煤炭资源大力开采,矿山排土场的排弃量日渐增大,排土场边坡失稳问题频繁发生。实施边坡内部位移监测是保证矿山安全生产及运输的重要手段和措施。目前尚没有广泛应用的长期监测边坡内部岩土体位移的专用仪器。介绍了一种边坡... 详细信息

随着我国对煤炭资源大力开采,矿山排土场的排弃量日渐增大,排土场边坡失稳问题频繁发生。实施边坡内部位移监测是保证矿山安全生产及运输的重要手段和措施。目前尚没有广泛应用的长期监测边坡内部岩土体位移的专用仪器。介绍了一种边坡内部位移监测系统,采用电磁信号发射及信号测距的思想进行设计,可以实现对矿山排土场边坡的内部岩土体动态运移情况进行监测。最终实现数字化、自动化、可靠性高,并能实施长期监测,具有预警功能的监测系统。

关键词：边坡内部监测电磁信号监测系统