单粗糙峰对线接触往复运动下热弹流润滑特性的影响

采用了数值分析方法求解了线接触往复运动下热弹流润滑接触中,两接触表面之一存在的单粗糙峰的影响。压力求解使用了多重网格技术,弹性变形使用多重网格积分法,温度求解采用逐列扫描技术。分析中假定润滑油服从Ree-Eyring本构关系。将计算结果同光滑表面的膜厚、压力和温升进行了比较,并讨论了单粗糙峰对润滑油的摩擦学特性的影响。     

露天矿高陡边坡软岩蠕变-大变形试验及本构模型北大核心

为探寻露天矿高陡边坡软岩蠕变-大变形规律,开展了软岩常规压缩、峰值前压缩蠕变和峰值后压缩蠕变等试验。试验结果显示:软岩常规应力-应变曲线表现出了明显的弹脆塑性向弹塑性转化的趋势,由于软岩的强度较低,该现象更加明显;软岩蠕应变对围压的敏感度较高,峰值前低围压时弱层软岩的蠕应变由2.5%增大到14.5%,说明软岩在低围压、高应力作用下具有典型的大变形特征;峰值后弱层软岩的蠕应变变化较小,说明其峰值后蠕变特性不稳定;峰值前的黏滞系数受围压的影响大,随着围压的增大,K体与M体的黏滞系数逐渐减小;围压对峰值后的黏滞系数影响较小,但对K体黏滞系数影响的要较M体的大,软岩会由弹性阶段向塑性阶段转化。在试验研究的基础上,建立了软岩BNSS蠕变-大变形本构模型。     

考虑围岩峰后破坏的全锚锚杆受力特性

基于中性点理论,考虑围岩峰后剪胀效应及破坏形式,推导了瞬时稳态下全长锚固锚杆轴向正应力和剪应力表达式,系统性地分析了孔口处锚杆端头轴力和残余黏聚力、剪胀系数和应变软化系数对锚杆杆体轴向正应力、剪应力以及中性点位置的影响。研究结果表明:锚杆轴向正应力沿杆体内端点至外端点呈现出先增大后减小的变化特征,且应力曲线在弹性区与峰后破坏区呈现出明显的差异性;锚杆剪应力沿杆体内端点至外端点呈现先减小后增大的变化特征,且在弹塑性交界处的连续与否与围岩剪胀系数和剪切刚度密切相关;锚杆轴向正应力和剪应力均随着残余黏聚力的增大而减小,随着剪胀系数与应变软化系数的增大而增大;同时,锚杆杆体轴向正应力和外端点侧剪应力均随着孔口处锚杆端头轴力的增大而增大,内端点侧剪应力随着端头轴力的增大而减小。中性点位置随着残余黏聚力的增大呈现出先增大后减小的变化特征,当残余黏聚力大于某一临界值时中性点位于弹性区,反之,位于峰后破坏区;此外,中性点位置也随着剪胀系数、应变软化系数的增大而减小。     

薄煤层综采工作面矿压显现规律实测分析

通过对薄煤层10902综采工作面的矿压进行实测研究,分析了其矿压显现特征和煤壁前方支撑压力影响范围,结果表明:工作面初次来压步距为19.0 m,周期来压步距为6.87 m,来压期间动载系数为1.42,来压较为明显,超前支撑压力影响范围为18 m左右,回采巷道围岩变形量总体较小。     

基于脆性模量系数的岩石应变软化及渗透率演化模型

岩石峰后应变软化力学行为及渗透率演化规律是岩石工程稳定性和安全性分析的基础。在三轴实验基础上分析了围压对岩石峰后应变软化力学行为的影响规律,提出了描述围压对岩石峰后脆性影响的新参数,即脆性模量和脆性模量系数,分析了脆性模量的物理意义和脆性模量系数方法的应用范围。基于脆性模量系数,结合强度退化指数、扩容指数、FLAC中的SS模型和体积应变增透率,建立了考虑围压影响的岩石应变软化模型和渗透率演化模型。利用本文模型较好地模拟再现了不同围压下Gebdykes白云岩变形和巴里坤砂岩渗透率的演化过程,验证了本文模型的合理性。将本文模型应用于某煤层开采过程中围岩变形和渗透率的动态演化预测,结果表明随着煤层开采,采动应力引起围岩变形、破坏,其渗透率也随之动态变化,本文模型能较好地再现煤层开采过程中围岩的渗透率动态演化规律。     

软岩非线性黏弹塑性蠕变模型及参数识别

软岩的蠕变具有明显的非线性特征,并且受温度、湿度、荷载类别、应力水平、孔隙水压力等因素影响,在分析应力水平、孔隙水压力对蠕变特性影响的基础上,提出了一个非线性黏滞系数牛顿元件,其黏滞系数是所加应力水平、孔隙水压力和蠕变时间的函数,将非线性黏性模型与西原模型串联,得到一个软岩非线性黏弹塑性蠕变模型,推导了不同恒定荷载情况下的蠕变方程,并分析了模型的非线性特征和参数的敏感性,结果表明,该模型可同时表征软岩蠕变的3个阶段,最后,基于1stOpt软件的通用全局优化算法对模型参数进行了识别,辨识的结果与试验曲线吻合较好,初步表明复合流变模型的适用性和正确性,可为今后开展类似研究提供一定的参考依据。     

峰后破裂岩石加、卸载围压过程渗流特性的试验

针对岩石裂隙面因加、卸载围压环境而引起渗流特性的改变,采用自行研制的温度-应力-渗流多场耦合岩石三轴试验系统,开展峰后破裂岩石加、卸载围压过程的渗流试验,研究峰后岩石裂隙在不同围压加、卸载路径下的非线性渗流特征。为了量化裂隙岩石非线性渗流过程,采用Forchheimer公式对水力梯度与渗流流量之间的关系进行拟合分析,将峰后破裂岩石渗流过程划分为线性Darcy流阶段与非线性Darcy流阶段,引入非线性影响因子E,作为区分达西流与非达西流的临界点。对比加、卸载围压过程中相同渗透压力下的裂隙渗流流量与裂隙渗透性,分析产生渗流差异性的发生机制。研究表明:峰后破裂岩石在围压的加载过程中,其渗流主要表现为非线性特征,裂隙的渗透性随围压增大而逐渐减小。在高围压作用下,虽然裂隙面会产生一定程度的压缩闭合,但存在的少量张拉裂隙会逐渐扩展和连通,可能会引起峰后破裂岩石的渗透性发生改变。当围压从较高水平卸荷后,且裂隙面渗透压力处于较低水平下时,裂隙渗透性没有增加反而减小,表明裂隙面在加、卸载围压和过流冲刷的共同影响下发生了不可逆的变形,导致裂隙面开度的逐步降低。当围压卸载到与加载过程同一水平时,各级渗透压力下的渗流流量均大幅下降,表明裂隙面的渗流能力的恢复存在明显的滞后效应。     

含瓦斯煤渗透性影响分析

以屯兰矿8#煤层低渗透含瓦斯煤为研究对象,采用电液伺服渗流装置进行了轴压、围压与瓦斯压力的交叉试验,以分析含瓦斯煤渗透性影响因素及其重要程度。结果表明,在恒定的应力场中,含水率的变化对于煤体渗流特性影响很大,渗透率的变化与含水率呈现负指数函数形式,与轴压、围压也呈现负指数函数变化;通过比较拟合函数中的拟合系数a发现在含瓦斯煤渗透性影响因素中,瓦斯压力对煤体渗透性影响最大,围压对渗透性影响的重要程度次之,轴压影响程度最小。     

煤层透气性对主动与被动测压法测压结果准确性的影响

为了研究煤层透气性对主、被动测压法测压结果的准确性影响,通过构建测压钻孔瓦斯压力平衡过程的数学模型、结合相似性理论分析以及实验室试验,得到了煤层透气性系数对主、被动测压法的测压误差和平衡时间的影响变化规律。     

掘进头前方瓦斯压力测定钻孔深度分析

采用胶囊-密闭液封孔测定煤层瓦斯压力时,如果钻孔深度偏短,则测定结果不是原始煤层瓦斯压力;反之,瓦斯压力测定仪可能拔不出来,导致仪器损坏。首先分析了掘进头前方煤体应力及透气性系数分布规律,并提出了透气性系数的分段函数表达式;根据达西渗透定律,推导出了掘进头前方瓦斯稳态流动时的压力分段函数表达式;最后,根据瓦斯压力的边界条件和连续条件推导出了测压钻孔深度计算公式。结果表明,掘进头前方测压钻孔深度约为15.0m。     

微机自控节能技术在乳化液泵站的应用

乳化液泵站微机全自动控制和综合保护装置的最大特点,是根据工作面用液量自动控制乳化液泵开机、停机,能自动执行配液、补液等操作,并配置了吸空、低油位、低油压、过油温四大保护,达到安全运行、节能降耗的目的.文章介绍节能型YKZ-2B乳化液泵站微机全自动控制和综合保护装置原理、工作特点,并论述使用中注意的问题及其节能效果.     

采煤机摇臂齿轮传动系统固-热-力耦合特性分析

针对采煤机摇臂齿轮传动系统瞬态温度高,容易引起齿面胶合的问题,采用齿轮混合弹流润滑理论和虚拟仿真技术研究了不同环境温度下惰轮齿轮的生热特性。以Reolands黏温黏压效应、Ree-Eyring模型、非牛顿流体理论为基础,综合考虑润滑条件下齿轮摩擦因数、齿轮油膜刚度与油膜阻尼、对流换热系数等参数对齿轮传动系统生热效益影响,建立了润滑条件下齿面实时摩擦因数计算公式,再将公式导入COMSOL Multiphysics数学模块中获得了不同初始温度下的摩擦因数值,再以采煤机实验测试载荷为激励,采用COMSOL多体动力学模块与固体传热模块对惰轮齿轮的固-液-热耦合特性进行分析研究,结果表明:环境温度在281.15~311.15 K内,齿轮在啮合节点温度接近于环境温度,环境温度与温差成反比,环境温度与温升成正比。     

SO2-4/Fe2O3固体酸催化艾丁褐煤直接液化反应性研究

为了研究固体酸催化艾丁褐煤直接液化反应特性,通过微型高压釜进行了艾丁褐煤加氢液化试验,考察了反应温度、氢气初压、催化剂添加量和溶剂量对SO2-4/Fe2O3固体酸催化艾丁褐煤液化性能的影响,并基于产物分布、元素分析和1H-NMR表征,探讨了SO2-4/Fe2O3固体酸催化艾丁褐煤液化反应特性及催化作用。结果表明,反应温度、压力、催化剂添加量和溶剂量的提高有利于油产率和转化率的增加,其中压力的影响相对较小;反应温度、催化剂添加量和溶剂量的提高有利于酚产率的增加,但压力的提高对酚产率影响很小;反应温度和催化剂添加量的提高有利于低级酚产率的增加,但压力和溶剂量的提高则抑制低级酚的生成;反应温度高于420 ℃后,沥青质中的含氧结构才能更大程度的转化为油和酚。     

BY_(3B)320-17/35液压支架初撑力对工作面矿压显现的影响

实践证明,液压支架初撑力对采煤工作面矿压显现有重要影响,因初撑力不足,而造成工作面片帮、冒顶、台阶下沉,使回采效率降低,研究中通过工程实测,对支架初撑力不足和影响因素进行了分析,并提出了解决对策,实施后控制了围岩变形,产生显著的效果。     

典型Ⅱ_2-Ⅲ过渡型褐煤近地质条件下生排油模拟研究

煤作为一类有机质高度富集的烃源岩,在生油窗内其生排油能力一直存在着争议。以未成熟典型Ⅱ_2-Ⅲ过渡型褐煤为例,利用自研的DK-Ⅱ型地层孔隙热压生排烃模拟实验仪,开展煤在有限空间体系内,在不同温度、上覆压力负载和水介质流体压力共同作用下的生排油模拟研究。模拟实验结果表明:在成熟度R_o≤0.82%的各个演化阶段,煤均以生油为主,阶段生油产率显著高于生气产率,成熟度0.68≤R_o≤0.82%阶段,为煤主生油阶段,该阶段的生油量占总生油量的53.66%;在成熟度R_o0.82%的各个演化阶段,煤均以生气为主。煤不仅可以生油,而且当总油产率达到30 mg/g TOC左右时就可以有效排油,主生油窗内煤岩的排油能力优于泥岩烃源岩。煤在主生油窗内的烃气和二氧化碳产率显著高于泥质烃源岩的烃气和二氧化碳产率,应是造成煤成油可以高效排油的重要因素。     

小曲率拱型支架支护系统理论与试验分析

针对煤层顺槽梯形支架存在的问题,提出一种新型结构的小曲率拱型支架。采用曲梁模型进行了支架系统的受力分析,得到其最大承载能力;通过与直梁支架承载能力相比较,得到了小曲率拱型支架承载能力系数与曲梁跨度和半径的影响关系。同时进行了地面试压和井下支护工程实验。结果证明:小曲率拱型支架力学性能远优于梯形支架,支撑能力大,自身稳定性良好,有效解决了近距离和下分层煤层巷道不可锚且在强压下难支护的问题。     

油水双相饱和球形孔隙模型核磁特性

本文利用特征函数展开方法，针对油水双相饱和球形孔隙模型给出了基于扩散效应的核磁共振Bloch控制方程的弛豫模式解表达式。在此基础上给出了油水双相饱和球形孔隙模型的核磁共振特性模拟结果。结果表明，孔隙流体的核磁弛豫与孔隙大小、孔隙表面弛豫率、孔隙流体的扩散能力以及含油饱和度等有密切的关系。对于油水双相饱和孔隙，在孔隙较小时，含油饱和度对弛豫的影响主要表现在弛豫时间随含油饱和度的增加而线性减小；但在孔隙较大，含油饱和度的增加对弛豫影响表现在两个方面，一方面，孔隙水弛豫由多个弛豫模式控制逐渐转变为由最小弛豫模式控制。另一方面，孔隙水弛豫时间与含油饱和度表现为非线性关系。     

减压膜蒸馏法脱除水溶液中氨——传质系数研究

推导了传质系数计算公式，讨论了各种影响因素与传质系数的关系，并对传质数学模型计算的脱氨值与实验测定值进行了比较，结果表明，起始浓度与传质系数无关，随着料液温度的增加，传质系数呈指数增大，料液流量增加，传质系数增大，特别在流体处于层流区时更为明显，在一定范围内，减压侧压力对传质系数基本无影响；脱氨计算值与实验测定值吻合较好。     

采煤机摇臂齿轮固热耦合分析与齿廓修形

基于赫兹接触理论建立齿轮啮合力学模型,依据渐开线形成原理推导出滚动距离和滚动角变化规律,以牛顿冷却定律和傅里叶定律为理论基础,结合采煤机摇臂工作特性,对齿轮系统对流换热和摩擦热流量进行计算,在对流换热系数确定中综合考虑齿轮与润滑油,润滑油与箱体内壁,箱体外壁与外界空气的热传递特性,以Blok理论为基础,本体温度为初始温度,分析了齿轮表面闪温和接触温度随滚动距离及滚动角变化规律。采用Romax Design建立了采煤机摇臂齿轮传动系统模型,对惰轮轴齿轮副进行固热耦合分析,基于Romax微观几何修形理论对渐开线齿廓进行修形,分析了齿廓修形对温度场影响。结果表明:齿廓修形消除了赫兹接触应力瞬增现象,最大接触应力减少72 MPa,修形后高温区由齿顶和齿根向齿廓中部移动,改善了轮齿温度分布,最高温度降低31.4℃。为研究采煤机摇臂齿轮传动系统修形及优化提供了理论基础。     

新扩散模型下温度对煤粒瓦斯动态扩散系数的影响

升温促进煤基质中瓦斯快速大幅解吸/扩散是热激励法增产瓦斯机理之一，其首要关键科学问题是探明温度对扩散系数的影响规律和影响机理。采用恒温与升温方法进行了3种不同条件下的扩散实验：（1）初始同压不同温吸附后恒温扩散；（2）同初始吸附量条件下（高温高压、低温低压吸附后）恒温扩散；（3）同初始温压吸附后的升温扩散实验。实验结果表明：实验（1），（2）中用单孔隙经典扩散模型计算的常扩散系数随温度升高呈现无规律的波动形态，经典模型无法解释这一现象。原因是经典模型不能精确描述全时段扩散过程，误差极大，继而发现了扩散系数随时间延长而衰减的特有现象。为此，提出了能精确描述全时扩散过程的动态扩散系数新模型。新模型分析表明，煤基质中多尺度非均质孔隙形态决定了多级孔隙扩散系数分布，进而导致了扩散系数随时间延长而衰减。新模型下动扩散系数随温度升高单调递增，符合阿雷尼乌斯关系，规律惟一，经典模型常扩散系数是新模型动态扩散系数的平均值。新模型涵盖了经典模型，前者是后者的推广。