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何满潮院士:NPR新材料带来矿业技术变革

作者: 管理员   发布时间:2023-04-25  浏览次数:488

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“一代材料会带来一代技术,一代技术会带来一代工程革命。”4月19日,在第三届全国黄金行业科技创新与新技术应用交流大会上,中国科学院院士何满潮表示,具有负泊松比(NPR)效应的恒阻大变形锚杆(索)新材料实现了材料上的技术革命,必将带来工程上一次革命性变革。

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复杂地质条件下进行资源开采,岩土大变形、岩爆等工程灾变给矿业开发带来了巨大的影响,其致灾本质是隧洞围岩在“三高一扰动”的深部环境下发生的岩土体非线性大变形现象。锚杆是深部工程关键支护材料,可靠有效的深部锚杆支护材料是保证深部工程安全建设和健康运营的物质基础,但现有锚杆主要由泊松比效应的钢铁材料加工而成,即受拉时发生颈缩变形从而破断的小变形材料,因不能适应致灾岩体的大变形特性而导致功能失效,工程灾害频发。

“每一次巷道的破坏,都意味着首先是支护材料被破坏了,材料的破坏才有工程的破坏。”何满潮表示,研发能够忍受深部岩体大变形的控制材料,对于岩体大变形灾害控制至关重要,深部工程大变形的破坏特性也呼唤着大变形材料革命。“工程破坏的特性呼唤着材料创新,而材料创新的关键是解决消灭材料颈缩。”

“理想塑性”材料是1870年法国力学家圣维南及1913年德国力学家米塞斯等科学家提出的概念。由于理想塑性材料具有忍受大变形而强度不下降的独特性质,对于解决小变形金属材料受拉破断而导致深埋隧洞围岩大变形灾害难题至关重要。

何满潮介绍,理想塑性材料是一种具有负泊松比效应的材料,即杆件受拉直径变粗。NPR锚杆/索新材料具有高恒阻、大变形、防冲抗爆、超强吸能等超常特性,拉伸过程中屈服平台消失,断裂后无明显颈缩。

材料创新带来的是工程革命。何满潮表示,用NPR新材料代替PR材料支护,实现了技术变革。基于NPR新材料,我们提出了新的采矿工法——110/N00工法开采工艺。

何满潮指出,与传统121工法对比,这种方法可将煤炭采出率从约60%提高至接近100%,而且能大大提高开采的安全性及实现开采的生态保护。该工法已在全国500多个煤矿应用,经济和社会效益非常显著,也适用于非煤矿山的开采中,被称为“矿业领域的第三次技术变革”。

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