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Mechanical properties and energy evolutions of burst-prone coal samples with holes and fillings

International Journal of Coal Science & Technology 2024年第3期11卷 176-189页

作者： yukai fu Yongzheng Wu Junchen Li Penghe Zhou Zhuoyue Sun Jie He CCTEG Coal Mining Research Institute Beijing100013China Coal Mining and Designing Department Tiandi Science and Technology Co.Ltd.Beijing100013China Coal Mining and Designing Branch China Coal Research InstituteBeijing100013China Resource Engineering Department China University of Mining and TechnologyBeijing100083China

During the mining process of impact-prone coal seams,drilling pressure relief can reduce the impact propensity of the coal seam,but it also reduces the integrity and strength of the coal mass at the side of the ***,studying the mechanical properties and energy evolution rules of coal samples containing holes and filled structures has certain practical significance for achieving coordinated control of coal mine rockburst disasters and the stability of roadway surrounding *** achieve this aim,seven types of burst-prone coal samples were prepared and subject to uniaxial compression experiments with the aid of a TAW-3000 electro-hydraulic servo testing ***,the stress–strain curves,acoustic emission signals,DIC strain fields and other data were collected during the ***,the failure modes and energy evolutions of samples with varying drilled hole sizes and filling materials were *** results show that the indexes related to burst propensity of the drilled coal samples decline to some extent compared with those of the intact one,and the decline is positively corelated to the diameter of the drilled *** hole filling,the strain concentration degree around the drilled hole is lowered to a certain degree,and polyurethane filling has a more remarkable effect than cement ***,hole filling can enhance the strength and deformation resistance of *** drilling can accelerate the release of accumulated elastic strain energy,turning the acoustic emission events from low-frequency and high-energy ones to high-frequency and low-energy ones,whereas hole filling can reduce the intensity of energy *** experimental results and theoretical derivation demonstrate that hole filling promotes coal deformability and strength mainly by weakening stress concentration surrounding the drilled ***,the fillings can achieve a better filling effect if their elastic modulus and Poisson’s ratio are closer

关键词： Rock mechanics Coal Mechanical properties Hole filling Energy evolution

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高延伸率锚索动态力学特性及工程应用

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煤炭科学技术 2024年第2期52卷 49-62页

作者：付玉凯吴拥政周鹏赫孙卓越李军臣中煤科工开采研究院有限公司北京100013 天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013 煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013 煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室北京100013

传统锚索延伸率低、抗冲击能力差,在强冲击载荷作用下易出现脆性破断失效,导致巷道出现冒顶、冲击地压事故等问题。基于此,自主开发了具有高强度、高延伸率及高抗冲击等特性的锚索,采用实验室试验、理论分析及现场试验等综合手段,分析... 详细信息

传统锚索延伸率低、抗冲击能力差,在强冲击载荷作用下易出现脆性破断失效,导致巷道出现冒顶、冲击地压事故等问题。基于此,自主开发了具有高强度、高延伸率及高抗冲击等特性的锚索,采用实验室试验、理论分析及现场试验等综合手段,分析了高延伸率锚索的静、动载力学性能,研究了高延伸率锚索化学成分、金相组织和夹杂物与普通锚索的差异,提出了高延伸率锚索支护吸能原理,并将高延伸率锚索在现场进行了应用。研究结果表明:静载作用下,高延伸率锚索抗拉强度为1790 MPa,最大力总延伸率8.1%,是普通锚索的1.61~2.25倍;动载作用下,高延伸率锚索钢丝不易散开,破断载荷与普通锚索基本相同,断后伸长率分别是锚索A、B、C的1.82倍、1.68倍和1.52倍,单位长度吸能量分别是锚索A、B、C的2.54倍、1.99倍和1.70倍,高延伸率锚索塑性变形能力更强,吸能能力更高。高延伸率锚索通过在冶炼和轧制工艺过程中控制有害化学元素和有益化学元素含量、细化金相组织及减少夹杂物尺寸和数量等方式提高了钢丝的塑性变形能力,进而提高锚索整体的抗冲击性能。高延伸率锚索在现场应用过程中经受了多次大能量冲击后,巷道支护效果良好,高延伸率锚索未出现破断,有效控制了巷道冲击破坏。

关键词：冲击地压深部巷道锚杆支护落锤高延伸率锚索

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基于改进FMT^(*)算法的机器人路径规划

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组合机床与自动化加工技术 2024年第5期 33-35,39页

作者：王其浩付昱凯彭瑞飞沈阳化工大学信息工程学院沈阳110021 中国科学院沈阳自动化研究所沈阳110016

为了解决FMT^(*)算法在路径规划过程中收敛速度慢、路径优化效率低的问题,提出了一种基于启发函数的知情快速行进树(HIFMT^(*))算法。HIFMT^(*)算法将路径规划分为寻找初始路径和路径优化两个阶段,在寻找初始路径阶段,通过引入启发函数... 详细信息

为了解决FMT^(*)算法在路径规划过程中收敛速度慢、路径优化效率低的问题,提出了一种基于启发函数的知情快速行进树(HIFMT^(*))算法。HIFMT^(*)算法将路径规划分为寻找初始路径和路径优化两个阶段,在寻找初始路径阶段,通过引入启发函数加快了算法的收敛速度。在路径优化阶段,先去除初始路径的冗余节点进行初步优化,再对处理后的路径进行知情优化操作,直到最终生成的路径为最优路径。通过对比HIFMT^(*)算法与同种类型的算法在二维地图中的仿真结果,在规则障碍物环境与杂乱障碍物环境下,HIFMT^(*)算法找到最优解的速度相较于FMT^(*)算法和BBI-FMT^(*)算法分别提升了75.73%和68.35%、53.25%和29.44%,验证了HIFMT^(*)算法的有效性。

关键词：路径规划快速行进树启发函数知情优化

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煤巷围岩稳定性定量化评价及分类支护技术

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河南理工大学学报（自然科学版） 2024年第5期43卷 19-27页

作者：焦建康孙志勇王涛付玉凯中煤科工开采研究院有限公司北京100013 天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013

目的为了建立晋城矿区煤巷围岩稳定性评价指标和定量化分类方法,方法在统计分析晋城矿区68组煤巷围岩强度、岩层结构发育程度、地应力数值的基础上,综合分析煤巷围岩稳定性影响因素,选取最大水平主应力、垂直主应力、顶板综合强度、巷... 详细信息

目的为了建立晋城矿区煤巷围岩稳定性评价指标和定量化分类方法,方法在统计分析晋城矿区68组煤巷围岩强度、岩层结构发育程度、地应力数值的基础上,综合分析煤巷围岩稳定性影响因素,选取最大水平主应力、垂直主应力、顶板综合强度、巷帮煤体平均强度、顶板10 m范围内裂隙岩层厚度5个关键影响指标,提出顶板应力强度系数、巷帮应力强度系数、顶板松散性系数3个综合指标,通过K-means聚类算法,对煤巷顶板和巷帮进行定量化分类,结合成巷方式和煤柱尺寸,将晋城矿区煤巷围岩划分为5种稳定性类别和30种围岩类型。针对不同煤巷围岩稳定性类别,提出具体的支护形式和支护参数,并对不同类型围岩锚固方式、组合构件和护表构件进行精细化匹配。最后通过现场工业实践验证分类方法和支护方案的合理性。结果矿压监测结果表明,巷道掘进期间顶底板最大移近量78 mm,两帮最大移近量58 mm,回采期间巷道顶底板最大移近量260 mm,两帮最大移近量119 mm。结论晋城矿区煤巷围岩稳定性评价指标和定量化分类方法切实可行,分类支护方案合理。

关键词：煤层巷道地质力学测试定量化评价分类支护

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强冲击载荷下巷道围岩变形破坏特征及控制技术

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煤炭科学技术 2024年第9期52卷 76-87页

作者：吴拥政付玉凯何思锋李军臣焦建康中煤科工开采研究院有限公司天地科技股份有限公司开采设计事业部煤炭科学研究总院开采研究分院

针对冲击地压巷道围岩及支护结构变形破坏难题，采用数值计算、现场实测、现场试验等研究方法，分析了强冲击载荷下巷道围岩及支护结构变形破坏特征，研究了冲击载荷、采动应力等对巷道围岩和支护结构动态力学响应的影响，开发了抗冲击... 详细信息

针对冲击地压巷道围岩及支护结构变形破坏难题，采用数值计算、现场实测、现场试验等研究方法，分析了强冲击载荷下巷道围岩及支护结构变形破坏特征，研究了冲击载荷、采动应力等对巷道围岩和支护结构动态力学响应的影响，开发了抗冲击支护材料，提出了支护-卸压联合控制技术，并选择典型冲击地压矿井进行了应用。研究结果表明：巷道顶板发生冲击时，巷道顶板、两帮和底板质点最大振速分别为1.41、0.63、0.25 m/s，迎波侧巷表围岩受冲击影响最大，侧向次之，背波侧最小。在采动应力与冲击载荷叠加作用下巷道破坏范围更大，塑性区面积达到原岩应力时的2.1倍。随着冲击能量的增加，巷道变形量和质点振动速度峰值均急剧增大，且锚杆（索）受力也出现明显波动。爆破卸压对巷帮锚杆锚固力影响不大，而对锚索锚固力有明显影响，锚索锚固力平均降低26.7%。高冲击韧性锚杆屈服强度800 MPa，断后伸长率20%，冲击吸收功150 J；高延伸率锚索最大力延伸率8%，抗拉强度1 770 MPa。联合控制技术在宽沟煤矿进行了现场应用，巷帮锚杆受力53～84 kN，顶板锚索受力122～219 kN，锚杆（索）受力均处于安全允许范围之内，顶板浅部和深部未发生离层，在大能量微震事件作用下，支护系统也能保持稳定。

关键词：巷道支护冲击地压冲击载荷吸能支护区域卸压

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腐蚀环境下锚杆慢应变速率拉伸实验研究

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煤炭工程 2024年第5期56卷 138-144页

作者：王朝引张振配付玉凯杨超褚晓威中煤西北能源化工集团有限公司内蒙古鄂尔多斯017200 中煤科工开采研究院有限公司北京100013 鄂尔多斯市伊化矿业资源有限责任公司内蒙古鄂尔多斯017318

针对锚杆在腐蚀性介质水中易发生腐蚀而导致锚杆支护失效的问题,对煤矿常用锚杆进行化学成分分析,采用慢应变速率应力腐蚀试验机进行SSRT试验,并对比了断口形貌。研究结果表明:标准溶液中锚杆表现出较高的应力腐蚀敏感性,塑性参数的敏... 详细信息

针对锚杆在腐蚀性介质水中易发生腐蚀而导致锚杆支护失效的问题,对煤矿常用锚杆进行化学成分分析,采用慢应变速率应力腐蚀试验机进行SSRT试验,并对比了断口形貌。研究结果表明:标准溶液中锚杆表现出较高的应力腐蚀敏感性,塑性参数的敏感程度大于强度参数,塑性参数均低于在空气中的数值;表面处理锚杆依然表现出应力腐蚀敏感性,主要表现为延伸率的降低,特别在应变速率为1×10^(-5)s^(-1)和1×10^(-7)s^(-1)表现更加明显。此外,拉伸速率与SCC的断口形貌具有直接相关性,拉伸速率越大,断裂方式越接近塑性断裂,拉伸速率较小导致材料出现脆性断裂特征。总体来看,在设计和使用腐蚀性锚杆时,需要考虑其应力腐蚀敏感性指数,并且在实际使用中要注意控制拉伸速率,以减小试样应力腐蚀敏感性的影响。

关键词：锚杆矿井水拉伸速率应力腐蚀敏感性指数

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矿用锚杆动态力学性能试验研究

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煤炭工程 2024年第7期56卷 73-78页

作者：沈伟付玉凯赵玉宝山世昌牛清河周鹏赫中国中煤能源集团有限公司北京100010 天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013 中煤陕西榆林大海则煤业有限公司陕西榆林719014

为研究冲击载荷作用下矿用锚杆的动态力学性能,选取蒙陕矿区冲击地压巷道常用的锚杆材料,利用AW-1500微机控制电液伺服试验机和落锤冲击试验机分别测试了锚杆的静、动载力学性能,获取了锚杆载荷与位移曲线、冲击力时程曲线、位移时程曲... 详细信息

为研究冲击载荷作用下矿用锚杆的动态力学性能,选取蒙陕矿区冲击地压巷道常用的锚杆材料,利用AW-1500微机控制电液伺服试验机和落锤冲击试验机分别测试了锚杆的静、动载力学性能,获取了锚杆载荷与位移曲线、冲击力时程曲线、位移时程曲线等数据。研究发现:锚杆冲击力时程曲线分为急剧增加、平稳和衰减三个阶段。随着冲击次数或冲击能量的增加,锚杆的冲击力峰值逐步增加,锚杆冲击力稳定在200~300 kN之间,当锚杆达到冲击破断时,冲击力峰值位于250~300 kN之间。冲击载荷作用下锚杆杆体破断位置颈缩不明显,表现出明显的脆断特征,动态破断载荷略大于其静载破断载荷,而延伸率大幅度降低,动载下的断后延伸率为10%左右。该研究结果可为冲击地压巷道锚杆支护设计和材料选取提供一定的试验依据。

关键词：深部巷道锚杆冲击载荷落锤冲击力学特性

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低能量循环冲击作用下锚杆支护系统动态响应特征试验研究

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采矿与岩层控制工程学报 2024年第5期6卷 65-76页

作者：娄金福卢志国董双勇付玉凯彭相愿李建忠杨磊中煤科工开采研究院有限公司北京100013 煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室北京100013 煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013

为定量探究循环冲击下锚杆支护系统动态响应特征,采用自主研制的冲击试验平台对锚杆支护系统进行5 000 J能量循环冲击,并同步跟踪锚杆杆体变形、载荷、吸能及围岩破碎特征等参数信息。试验结果表明:随循环冲击次数的增加,杆体响应时间... 详细信息

为定量探究循环冲击下锚杆支护系统动态响应特征,采用自主研制的冲击试验平台对锚杆支护系统进行5 000 J能量循环冲击,并同步跟踪锚杆杆体变形、载荷、吸能及围岩破碎特征等参数信息。试验结果表明:随循环冲击次数的增加,杆体响应时间差先快速降低再缓慢增大,杆体载荷和能量吸收特征参数均先增大后下降,三者均在第2次冲击时达到极值;循环冲击下锚杆杆体晶格结构被拉伸,导致杆体抗变形能力增强,因此等能量冲击下杆体峰值变形量呈降低趋势,但杆体变形速率在第2次冲击时达到最大值;首次冲击使围岩层间空隙压实,完整性提高,承载能力增强;第2次冲击时,杆体载荷、变形及吸能特征等各项参数达到最大值;越靠近巷道表面的围岩,破碎程度越高,裂隙分布越复杂,与现场实测结果相吻合。研究成果可为优化动载巷道支护设计提供参考。

关键词：锚杆循环冲击动态响应特征巷道支护冲击地压

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锚杆杆尾扭矩与预紧力相互转化的影响因素研究

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采矿与安全工程学报 2016年第5期33卷 800-805页

作者：付玉凯天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013 煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013 煤炭科学研究总院煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013

针对目前井下普遍存在的锚杆杆尾预紧扭矩向预紧力转化效率低的问题,理论分析了预紧扭矩与预紧力之间的关系,建立了数学表达式,分析了锚杆杆尾预紧扭矩转化效率低的主要影响因素。利用锚杆预紧扭矩试验台,试验研究了锚杆杆尾螺纹加工精... 详细信息

针对目前井下普遍存在的锚杆杆尾预紧扭矩向预紧力转化效率低的问题,理论分析了预紧扭矩与预紧力之间的关系,建立了数学表达式,分析了锚杆杆尾预紧扭矩转化效率低的主要影响因素。利用锚杆预紧扭矩试验台,试验研究了锚杆杆尾螺纹加工精度、锚杆螺纹处直径及减磨垫片材质3种因素对杆尾预紧扭矩转化效率的影响,得出了螺纹加工精度、锚杆螺纹处直径及减磨垫片材质与锚杆杆尾预紧扭矩转化效率之间的关系,并通过井下试验加以验证。研究结果表明:提高杆尾螺纹加工精度,减小锚杆螺纹直径,使用合适的减摩垫片均能提高杆尾螺纹预紧扭矩向预紧力转化的效率,但减磨垫圈对其影响最显著。井下试验结果与试验室试验结果基本相符,进一步说明了螺纹加工精度、锚杆螺纹处直径及减磨垫片材质对锚杆杆尾预紧扭矩转化效率的影响。

关键词：锚杆预紧扭矩预紧力螺纹减磨垫片

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Self-templating synthesis of biomass-based porous carbon nanotubes for energy storage and catalytic degradation applications

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Green Energy & Environment 2024年第3期9卷 584-595页

作者： Manman Xu Shiqi fu yukai Wen Wei Li Qiongfang Zhuo Haida Zhu Zhikeng Zheng Yuwen Chen Anqi Wang Kai Yan Research Centre for Eco-Environmental Engineering School of Environment and Civil EngineeringDongguan University of TechnologyDongguan523808China School of Environmental Science and Engineering Sun Yat-sen UniversityGuangzhou510275China

Dwindling energy sources and a worsening environment are huge global problems,and biomass wastes are an under-exploited source of material for both energy and material ***,self-template decoction dregs of Ganoderma lucidum-derived porous carbon nanotubes(ST-DDLGCs)were synthesized via a facile and scalable strategy in response to these ***-DDLGCs exhibited a large surface area(1731.51 m^(2)g^(-1))and high pore volume(0.76 cm^(3)g^(-1)),due to the interlacing tubular structures of precursors and extra-hierarchical porous structures on tube *** the ST-DDLGC/PMS system,the degradation efficiency of capecitabine(CAP)reached~97.3%within 120 ***,ST-DDLGCs displayed high catalytic activity over a wide pH range of 3–9,and strong anti-interference to these typical and ubiquitous anions in wastewater and natural water bodies(i.e.,H_(2)PO_(4)^(-),NO_(3)^(-),Cl^(-) and HCO_(3)^(-)),in which a ^(1)O_(2)-dominated oxidation was identified and non-radical mechanisms were ***,ST-DDLGC-based coin-type symmetrical supercapacitors exhibited outstanding electrochemical performance,with specific capacitances of up to 328.1 F g^(-1)at 0.5 A g^(-1),and cycling stability of up to 98.6%after 10,000 cycles at a current density of 2 A g^(-1).The superior properties of ST-DDLGCs could be attributed to the unique porous tubular structure,which facilitated mass transfer and presented numerous active *** results highlight ST-DDLGCs as a potential candidate for constructing inexpensive and advanced environmentally functional materials and energy storage devices.

关键词： Ganoderma lucidum residue Porous carbon nanotubes Self-template method Wastewater treatment Supercapacitor electrode

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