引气剂和聚丙烯纤维对高水材料性质的影响研究

为了改变高水材料的破坏特点,采用引气剂和聚丙烯纤维双掺对其进行改性。试验结果表明:随着引气剂掺量的增加,浆体的流动性逐渐降低,混合浆液失流时间延长,试块密度和单轴抗压强度逐渐减小;聚丙烯纤维的掺入,对浆体流动性、失流时间、引气率影响均较小。聚丙烯纤维最佳掺量为2 kg/m3,引气剂和聚丙烯纤维的掺入使硬化体的弹性模量略有减小,且使试块由脆性破坏转变为延性破坏,在保持整体不散的情况下,提高其压缩量。SEM观察表明:钙矾石在气泡壁上集中生成,聚丙烯纤维与基体的界面处有利于针状钙矾石的生成,从而使聚丙烯纤维更好地发挥增强增韧的作用。     

高水巷旁充填材料力学性能改进试验研究

针对高水充填材料在沿空留巷工程中可压缩率低、韧性差而易被压裂、破坏等问题,对高水充填材料进行性能改进试验,研究不同掺量发泡剂,不同纤维长度及掺量对材料膨胀率和强度的影响,并进行正交试验,同时对改进前后的高水充填材料进行力学性能和微观形貌对比分析。结果表明:水灰比1.5∶1、发泡剂掺量0.03%、聚丙烯纤维掺量0.6%以及复合早强剂掺量1%,是高水充填材料具有良好均匀性、膨胀性及强度等综合特性的最优配比,该配比下高水充填材料可压缩性和整体性大大改进;改进后试样内部密集分布气泡、穿插纤维;外加剂对高水充填材料主要水化产物钙矾石等承载结构无不良影响。     

矿用改性水泥基封孔材料的抗冲击性能试验

为了解决矿用水泥基封孔材料的抗冲击性问题，利用DTM-1000落锤冲击试验机研究不同掺量聚丙烯纤维对水泥基封孔材料抗冲击性能的影响，试验更接近于工程实际。在试验基础上初步探讨纤维素对水泥基材料的抗冲击性能提升的机理，为了进一步提高水泥基封孔材料的抗冲击性，利用试验研究不同玻璃纤维和聚丙烯纤维的混合比例对封孔材料抗冲击性的影响。最终得出当聚丙烯纤维和玻璃纤维混合比在1.5∶1为最佳提高水泥基材料的抗冲击性的比例。矿用改性水泥基封孔材料的抗冲击性能试验对提高水泥基封孔材料的抗冲击性能研究具有重要的参考意义。     

抑制煤炭自然发火注浆堵漏材料的性能研究

针对矿用注浆封堵材料的缺点,如黄泥灌浆材料容易产生裂缝,堵漏风效果差,罗克休、膨胀水泥等材料价格昂贵、含挥发性溶剂,对人体有毒害作用,研制出一种新型的注浆堵漏材料,该材料以水泥为基料,添加减缩剂、聚丙烯纤维、水玻璃、增稠剂。通过试验测试了不同水固比下浆体的粘度、流动度、凝结时间、结石率等性能参数,并利用电镜扫描对浆体的微观结构进行观察,进而确定最佳水固比。研究结果表明,抑制煤炭自然发火注浆堵漏材料的最佳水固比为1:1.4;当聚丙烯纤维的掺量为0.25%,水玻璃的掺量为2.5%时,结石体的微观结构紧致,裂隙较小,满足堵漏风材料的要求。     

粉煤灰和纤维陶粒重金属浸出特性研究

以粉煤灰、作物秸秆、外加药剂为试验材料经多重工序制得秸秆-粉煤灰纤维陶粒(简称"纤维陶粒"),为考察其作为水处理滤料的安全性,以原灰作对比,测定了粉煤灰及纤维陶粒中8种重金属(Hg、As、Cd、Cr、Cu、Zn、Pb、Ni)质量比,并通过浸出试验分析其浸出特性。结果表明,纤维陶粒中8种重金属质量比均低于原灰,二者重金属质量比从大到小顺序均为Ni、Cr、Cu、Pb、Zn、As、Cd、Hg。除Zn外,原灰重金属浸出量随浸出时间总体呈增加趋势,浸出量从大到小依次为Pb、Ni、Cu、Zn、Cr、As、Cd、Hg;纤维陶粒重金属浸出量随浸出时间整体呈增大趋势,浸出量从大到小依次为Pb、Ni、Cd、Cu、Zn、Cr、As、Hg,与原灰相比增加量减少。纤维陶粒浸出液中各重金属浸出量均低于原灰,Hg、As、Cd、Cr、Cu、Zn、Pb、Ni平均浸出量分别占原灰的56.14%、55.92%、86.17%、64.17%、47.50%、99.51%、40.74%、58.93%。原灰重金属最大浸出率从大到小为Hg、Cd、Pb、As、Zn、Ni、Cu、Cr;纤维陶粒重金属最大浸出率从大到小为Hg、Cd、Pb、As、Ni、Zn、Cu、Cr,Hg和Cr分别为最易和最难浸出重金属。与原灰相比,纤维陶粒中8种重金属质量比、重金属浸出量和最大浸出率均有所降低,能在一定程度上减少重金属向水溶液中的浸出,提高了其作为水处理滤料的安全性。     

石膏基聚苯乙烯饰面防火板的阻燃性能研究

为解决建筑外保温系统发生火灾时火焰蔓延速度快和有毒烟气产生量大等问题,以α-盐石膏和粉煤灰为基材,氢氧化镁为无机阻燃剂,聚羧酸减水剂为外加剂制作自流平砂浆;通过正交试验,研究聚苯乙烯泡沫保温板(EPS)表面涂覆自流平砂浆对其阻燃性能和耐火性能的影响。结果表明:减水剂掺量是影响氧指数(LOI)测试结果的主要因素;氢氧化镁掺量对于热释放速率峰值(pk-HRR)、总热释放量(THR)以及点燃时间(TTI)的影响尤为明显;粉煤灰取代率是影响烟密度等级的主要因素;阻燃性能好的石膏基自流平砂浆最佳配合比为水胶比为0.30,粉煤灰取代率为30%,减水剂掺量为0.2%,氢氧化镁掺量为12%,饰面阻燃处理后能明显提高EPS板材的阻燃和抑烟效果。     

微波处理不同造孔剂制备多孔粉煤灰陶粒研究

以粉煤灰为主要原料,探索不同微波条件下,木屑、碳酸氢铵、煤粉3种造孔剂对生成多孔性粉煤灰陶粒的影响。结果表明,造孔剂的选择和配加量对陶粒性能的影响最大,煤粉和木屑作为造孔剂得到的多孔陶粒,结构质量相对较好。微波处理制备粉煤灰陶粒时,可以加快陶粒的制备过程,但微波功率过大或处理时间过长,会对陶粒的性能造成破坏。当木屑作为造孔剂添加量为15%时,微波功率600 W,处理时间10min,多孔陶粒综合性能最佳,孔隙率可达42. 89%,吸水率30. 11%,抗压强度16. 35 MPa。     

铈、铁掺杂纳米TiO2薄膜的制备及光催化研究

采用溶胶-凝胶法分别制备掺铈、掺铁的纳米TiO2薄膜,降解偶氮染料废水,研究其光催化活性,并采用XRD、HRTEM手段进行特性表征。试验结果表明:适量的铈、铁掺杂使纳米TiO2薄膜的光催化活性提高了近20%,最佳掺铈量(摩尔比)为3%,掺铈最佳热处理温度为550℃;最佳掺铁量(摩尔比)为2.5%,掺铁最佳热处理温度为450℃。     

利用粉煤灰固化风积土的试验研究

采用正交优化试验方法,并通过采用掺加新型固化剂的方法对风积土进行固化试验研究.研究结果表明,影响稳定土无侧限抗压强度大小的主要因素是水泥量,其次是石灰和碎石掺量.粉煤灰掺量为40%、水泥掺量为1 5%、碎石掺量为40%、石灰掺量为8%、固化剂掺量为5%时,无侧限抗压强度最大.在水泥掺量一定的情况下,稳定土的无侧限抗压强度随着固化剂掺量的增大而提高.同时初步探讨了掺加固化剂后粉煤灰类稳定土的固化机理.通过现场工业性试验和观测,结果表明,试验段水泥稳定土基层状况良好,在公路上未发现由于水泥稳定风积土的某种缺陷所引起的变形和开裂,且弯沉值满足有关要求.     

粉煤灰陶粒的制备及处理模拟印染废水的研究

以粉煤灰、脱水污泥、粘土及石膏为原料研制粉煤灰陶粒,并与市售陶瓷陶粒对模拟印染废水进行试验,研究了不同COD、pH、温度、反应时间对处理效果的影响。结果表明,处理印染废水的最佳运行条件为:pH=7、温度为40℃、反应时间为5 h。比较发现粉煤灰陶粒处理能力优于陶瓷陶粒。     

高温高湿巷道内不稳定换热系数影响因素分析及模型建立*

为研究高温高湿巷道不稳定换热系数的变化规律,采用Fluent软件对高温高湿巷道内的热湿交换进行数值模拟,通过单因素和正交模拟实验探讨风流温度、风流速度、岩石导热系数、原岩温度以及巷道当量直径对高温高湿巷道不稳定换热系数的影响。研究结果表明:高温高湿巷道不稳定换热系数随时间的变化规律与普通巷道一致,均与通风时间呈负相关,但通风时间为1 a的高温高湿巷道不稳定换热系数较普通巷道增加了12.5%。通过单因素分析得到风流速度、岩石导热系数和当量直径与不稳定换热系数呈正相关。通过极差分析得到各因素对不稳定换热系数的影响程度为:岩石导热系数>当量直径>风流速度>风流温度>原岩温度。利用SPSS软件对正交实验数据进行拟合,建立不稳定换热系数的计算模型,拟为高温高湿巷道内热负荷计算及井下风温预测提供参考。     

富水红砂岩地层隧道联络通道冻结温度场分布规律及其敏感性分析*

为了明确富水红砂岩地层中冻结温度场的影响因素,研究温度场的发展和分布规律,以兰州地铁2号线定西路站到五里铺站之间的隧道联络通道为研究背景,建立三维瞬态温度场有限元模型对冻结加固过程进行模拟,通过数值模拟和实测数据对比验证模型的准确性进而分析土体密度、导热系数、比热容的变化对温度场发展的影响。通过灰色关联分析法,得到各土体参数对温度场发展的影响程度。研究结果表明:冻结孔越密集,形成的冻结帷幕越厚,冻结壁温度越低;随着导热系数增大,形成的冻结壁温度降低,随着土体密度和比热容增大,形成的冻结壁温度升高;影响温度场温度的各参数灰色关联度排序为:比热容>密度>导热系数;当各参数分别增大30%时,温度场温度变化程度排序为:密度>导热系数>比热容。研究结果可为类似地质冻结工程的设计施工及土体改良提供参考依据。     

碳纤维混凝土的耐火性能试验测试与分析*

为研究不同碳纤维体积掺量（0，0.2%，0.6%，1%，1.5%，2%）对混凝土耐火性能的影响，考察不同温度环境下（20，60，100，300，500，800 ℃）的混凝土质量损失率与抗压强度损失率的变化情况；分析高温环境下混凝土的静置时间（0，1，3，7，12 h）对混凝土抗压强度损失率的影响。结果表明:随着碳纤维掺量的增加，混凝土质量损失率与抗压强度损失率呈现先下降后增加的趋势，其纤维掺量的拐点为1%；随着环境温度的上升，纤维混凝土的质量损失率与抗压强度损失率逐渐增加，并呈非线性增长趋势。随着静置时间的增加，混凝土抗压强度损失率逐渐增加，且呈非线性增长趋势。     

周期性风温下矿井巷道围岩换热教学实验装置研制*

为开展矿井热害防治的实验教学,设计并搭建周期性风温作用下巷道非均质围岩换热实验装置,能直观展示高温围岩各岩层的温度变化。利用实验数据可计算出巷道壁面热流密度,进而定量估算巷道围岩的散热量。结果表明:周期性风温通过后,模拟巷道围岩体各处温度随时间也呈简谐波变化;对于非均质的围岩体,导热系数越大的岩层,周期性风温的调热能力越强;巷道壁面处的热流密度也呈周期性变化,但围岩体总体表现为散热,且散热量随时间快速减小,并最终稳定在1.3×104 kJ/m2。     

基于GPR-TOPSIS方法的充填配比多目标多属性优化

为获得某金矿尾砂胶结充填材料最优配比,基于试验结果,以海水比例、灰砂比和料浆质量浓度为输入参数,以充填体强度、塌落度及泌水率为输出参数,建立了充填配比与其响应量的高斯过程回归模型,分析了不同因素对充填性能的影响程度;采用遗传算法对高斯过程回归模型进行多目标参数优化,获得了Pareto非劣解,在此基础上,引入多属性决策的TOPSIS法对Pareto非劣解进行方案优选,确定了充填最优配比。研究结果表明:高斯过程回归模型相对误差值均小于6%,可靠性高;灰砂比及料浆质量浓度对充填性能影响较为显著,采用海水作为充填水源将降低充填体的强度;经优化后的充填配比与试验结果相符。     

不同煤层煤氧化自燃性实验分析

为研究不同煤层煤自然发火特征的异同性及规律，以淮南矿区1号、3号、6号、13号煤层为研究对象，通过自然发火实验，对不同煤层煤的自然发火期周期、煤样70℃时放热强度和R70值进行分析。研究结果表明:4个不同煤层煤样自燃性由强到弱依次为:3煤>6煤>1煤>13煤；变质程度相近的4个煤层，3煤自然发火期最短，这与煤体中硫分和水分含量高有关；13煤变质程度较高，且前期放热强度、耗氧速率增长缓慢，其自燃性较弱；4个不同煤层煤的耗氧速率、CO，CO2产生率，以及C2H4/C2H6值随煤温升高具有相似的变化规律；煤中CH4气体大量解吸出现于煤温60℃之前，煤中灰分在80~120℃开始逐渐吸热融化，解析和融化均会抑制煤氧接触并且减小煤氧反应放热总量。     

热电厂炉渣作为煤矿膏体充填材料的配比试验研究

为了寻求既满足充填工艺要求又能够降低成本的新型充填材料，通过一系列试验，研究了热电厂粉煤灰/炉渣比例、膏体质量浓度和水泥含量等因素对膏体充填材料性能的影响规律，据此确定了材料最优配比。结果表明:随着粉煤灰/炉渣比例的增加，坍落度、扩展度和充填体强度均呈现先较大幅度增加然后又缓慢减小的变化趋势，料浆泌水率呈近似负指数规律降低；随着质量浓度的增加，坍落度、扩展度及泌水率均随之显著变小，充填体强度近线性增大；随着水泥含量的增加充填体强度随之显著增大，坍落度、扩展度和泌水率均呈现缓慢减小的变化趋势；材料的最优配比为粉煤灰、炉渣和水泥的质量比为 20∶48∶6，质量浓度为 74%，此时料浆流动性和充填体强度完全符合充填开采基本要求。     

低压环境下不同三元圆柱锂电池热失控危险特性对比研究

为研究21700和18650新旧2型多用途锂离子电池在航空运输低压环境下的热失控特性差异，采用动压变温实验舱搭建实验平台开展实验。将实验环境压力设定为飞机巡航时的环境压力30 kPa，对比常压101 kPa，使用外部热源加热的方式触发锂电池热失控，利用热传播引发相邻电池热失控，分别从热失控温度变化特性、热释放速率和热解气体组分浓度变化进行分析。研究结果表明:能量密度更高的21700电池热失控峰值温度更高，高温危险性要高于18650电池，但触发热失控所需的热量更多，电池间热传播时间会延长；低压环境有利于降低锂电池热失控燃爆峰值温度，减小燃爆热释放速率，但会产生更多CxHy和CO等具有燃爆性的热解气体，可能会在有限空间内与氧气混合引起二次燃爆。     

不同外热功率下18650锂离子电池热失控特性*

为探究不同外热功率（220,170,120,70 W）下锂离子电池的热失控特性,采用动压变温实验舱作为燃爆实验舱,并利用量热仪和ISO-9705烟气分析仪监测特征参数,对荷电状态（SOC）为100%的18650型锂离子电池进行高温热失控实验。结果表明:在不同的外热功率条件下,锂离子电池进入热失控的过程呈现出相似的趋势,但是各阶段的特性却存在差异。池体表面中心温度、HRR,THR和耗氧量均随外热功率的降低而降低。高外热功率下燃爆响应时间点明显提前,池体温度更高,220 W外热功率下,燃爆响时间点为176 s,池体温度为720.6 ℃,比70 W时提前366 s,高210.03 ℃,可见高外热功率时,电池热危害性更高。热解烟气CO的峰值体积百分比浓度随着外热功率的降低而升高,而CxHy的峰值质量百分比浓度降低,,CO2的峰值体积百分比浓度降低。在70 W外热功率时,CO峰值体积百分比浓度高达0.322%,220 W时CO峰值体积百分比浓度仅为0.165%,说明低外热功率时,电池毒危害性更高。