“一代材料會帶來一代技術,一代技術會帶來一代工程革命。”4月19日,在第三屆全國黃金行業科技創新與新技術應用交流大會上,中國科學院院士何滿潮表示,具有負泊松比(NPR)效應的恒阻大變形錨桿(索)新材料實現了材料上的技術革命,必將帶來工程上一次革命性變革。


復雜地質條件下進行資源開采,巖土大變形、巖爆等工程災變給礦業開發帶來了巨大的影響,其致災本質是隧洞圍巖在“三高一擾動”的深部環境下發生的巖土體非線性大變形現象。錨桿是深部工程關鍵支護材料,可靠有效的深部錨桿支護材料是保證深部工程安全建設和健康運營的物質基礎,但現有錨桿主要由泊松比效應的鋼鐵材料加工而成,即受拉時發生頸縮變形從而破斷的小變形材料,因不能適應致災巖體的大變形特性而導致功能失效,工程災害頻發。
“每一次巷道的破壞,都意味著首先是支護材料被破壞了,材料的破壞才有工程的破壞。”何滿潮表示,研發能夠忍受深部巖體大變形的控制材料,對于巖體大變形災害控制至關重要,深部工程大變形的破壞特性也呼喚著大變形材料革命。“工程破壞的特性呼喚著材料創新,而材料創新的關鍵是解決消滅材料頸縮。”
“理想塑性”材料是1870年法國力學家圣維南及1913年德國力學家米塞斯等科學家提出的概念。由于理想塑性材料具有忍受大變形而強度不下降的獨特性質,對于解決小變形金屬材料受拉破斷而導致深埋隧洞圍巖大變形災害難題至關重要。
何滿潮介紹,理想塑性材料是一種具有負泊松比效應的材料,即桿件受拉直徑變粗。NPR錨桿/索新材料具有高恒阻、大變形、防沖抗爆、超強吸能等超常特性,拉伸過程中屈服平臺消失,斷裂后無明顯頸縮。
材料創新帶來的是工程革命。何滿潮表示,用NPR新材料代替PR材料支護,實現了技術變革。基于NPR新材料,我們提出了新的采礦工法——110/N00工法開采工藝。
何滿潮指出,與傳統121工法對比,這種方法可將煤炭采出率從約60%提高至接近100%,而且能大大提高開采的安全性及實現開采的生態保護。該工法已在全國500多個煤礦應用,經濟和社會效益非常顯著,也適用于非煤礦山的開采中,被稱為“礦業領域的第三次技術變革”。