扫描隧道显微镜钨针尖的制备与表征

采用直流电化学刻蚀方法制备扫描隧道显微镜钨针尖,研究了电化学刻蚀过程中NaOH溶液浓度、钨丝浸入长度和刻蚀电压对针尖形貌的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)测量针尖曲率半径和针尖纵横比值,以表征针尖的尺寸和形状;通过能谱仪(EDS)分析针尖表面成分,以表征表面清洁度;通过场发射显微镜(FEM)得到Fowler-Nordheim (F-N)曲线来检测针尖发射性能。实验结果表明,当溶液浓度为2 mol/L、钨丝浸入长度为4 mm、刻蚀电压为3 V时,可以得到曲率半径约为100 nm、纵横比值为13的针尖,且表面无钨的氧化层。FEM结果显示当对针尖施加500 V的负偏压时,针尖可以稳定发射50 nA量级的电流,且针尖性能具有良好的一致性。     

囊体材料主要缺陷及其对材料性能影响研究

为了更好地判断囊体材料不同外观缺陷对性能的影响,收集整理了囊体材料不同种类的缺陷,对比测试了不同种类缺陷部位和正常部位囊体材料的拉伸强度和氦气渗透率。分析结果表明:折痕、磨损痕、接头、跳纱、污点、起球、并丝等缺陷对囊体材料拉伸强度影响较小;经斜、纬斜、断纱、褶皱、稀密路等缺陷对囊体材料拉伸强度影响较大;织物缺陷对囊体材料氦气渗透率基本没有影响。     

沿空留巷充填体蠕变特性数值模拟

结合沿空留巷井下充填体的力学特性,得出充填体在井下基本呈现单轴压缩力学状态,进而选用FLAC3D数值模拟软件中的Cvisc模型对充填体蠕变特性进行分析,得出充填体在逐级加载条件下先后经历瞬时变形,稳定蠕变和加速蠕变3个阶段。其中,加速蠕变阶段充填体很快破坏,且加载强度基本在其本身强度的70%~72%;然后设计充填强度分别为3 MPa和5 MPa 2种方案对煤矿现场实际开采情况进行模拟,得出在不考虑充填体蠕变特性的情况下,3 MPa的强度就可以满足留巷要求;但引入时间效应后,充填强度为3 MPa的方案在1.6年后充填体承载失效,留巷失败,故最终确定了强度为5 MPa的充填方案。经过现场实践检验,充填体强度合理,留巷取得成功。     

镁渣热容的理论计算及试验测定

我国已成为世界最大的镁生产国，镁的冶炼过程会产生大量的镁渣。本文首先通过理论计算的方法得到镁渣的热容为0.754J/（℃-1·g-1），再采用差示扫描量热法（DSC法），以刚玉为标准物质测定了镁渣从常温至700℃的热容数据，并通过回归分析得到了常温至700℃热容与温度的关系式，试验结果与理论计算值基本吻合。     

基于分形理论的菱镁矿粉磨程度表征研究

为了研究菱镁矿粉磨程度的定量表征，以辽宁丹东地区菱镁矿为原料，进行了磨矿试验、粒度检测试验、磨矿细度试验，应用分形理论，建立了用于表征粉磨菱镁矿颗粒粒度分布的体分形维数数学关系。结果表明:体分形维数与磨矿细度呈非线性关系，当体分形维数均值达到极大值，即D₃=2.4662时，对应的磨矿细度为-0.074 mm含量81.6%，通过浮选试验发现此时浮选指标最好。该研究实现了菱镁矿粉磨程度的定量表征，建立了体分形维数与选矿浮选的联系。      

远程控制超声扫描的远端操纵系统

针对远程超声扫描,研制了一种远端操纵系统,并实现了超声探头的人机协作控制。探头控制中利用远端操纵系统网传信号实时复现远端操作员的扫描动作,并在此基础上利用阻抗控制方式自动控制探头对皮肤的压力。实验结果表明:近端超声探头的位置误差和姿态误差分别保持在±2.0 mm和±1.5°以内,能较好地复现操作员的扫描动作;探头压力跟踪误差稳定在±0.5 N的范围内,不但能将操作员的扫描手感真实地施加到皮肤上来提升其临场感,而且为进一步提高超声图像的质量,增强超声扫描的安全性提供了参考。     

膏体充填工作面围岩应力变化规律模拟分析

为了掌握膏体充填工作面覆岩结构应力变化规律,结合五一矿具体实际,采用FLAC数值模拟软件进行模拟,分析不同充填率与围岩应力变化关系。结果表明:充填工作面超前应力在工作面前方出现峰值,其应力集中系数随充填率的增加而降低;滞后工作面的充填体受力由2～4 MPa逐渐恢复到原岩应力状态;且充填率越高,膏体充填对控制覆岩的应力状态效果越好。     

孔隙水压对充填体性能的影响

为探究大水矿山充填体的力学性能变化,将充填体试块置入高压水体中使其内部形成孔隙水压,研究孔隙水压下充填体的抗压强度、抗拉强度和含水量等指标的变化。试验以孔隙水压、浸入时间、充填配比和料浆浓度为主要影响因素,开展29组充填体强度试验。方差分析表明,料浆浓度和充填配比对充填体抗压强度影响极显著,孔隙水压影响显著;浸入时间对充填抗拉强度影响显著。相同充填配比和料浆浓度下的充填体抗压和抗拉强度随孔隙水压和浸入时间增长而下降,其中抗拉强度下降幅度较大。充填体含水量随孔隙水压增大而增大,增长趋势和充填体强度增大趋势相吻合。     

柔模混凝土沿空留巷技术研究与应用

为保证坤龙煤业4102工作面第一辅助进风巷采用沿空留巷时,其围岩能够保持稳定,本文依据沿空留巷巷内支护原理,结合4102工作面地质情况,确定了沿空留巷的巷旁充填体宽度为1.2 m,设计了留巷时围岩控制技术各项参数,并在4102工作面进行了现场实践。矿压监测结果表明,留巷期间顶底板及两帮的最大移近量分别为398 mm和318 mm,沿空留巷能够满足安全使用要求。