构造煤纳米级孔隙与瓦斯吸附能力关系研究

采用低温液氮实验对研究构造煤的纳米级孔隙结构特征,并利用等温吸附实验解释构造煤纳米孔隙与瓦斯吸附能力的关系。研究结果表明:3种煤样不同孔径孔容和比表面积都有所增加,约在50 nm孔径出现峰值,得出纳米孔隙是煤对瓦斯吸附强度的决定因素。相对于原煤,构造煤吸附瓦斯量略有增加,相对于同层共生原煤,构造煤吸附能力的变化主要取决于纳米级孔隙的变化,其纳米级孔隙微孔的比表面积是影响瓦斯吸附量的主要因素。     

贫煤孔隙特征及其对瓦斯解吸的影响

为了研究贫煤孔结构特征对瓦斯解吸规律的影响,采用低温液氮吸附法针对5个贫煤煤样的纳米级(100nm)孔隙结构进行了分析。同时根据瓦斯解吸实验,将实验结果与煤的孔隙结构特征相结合,分析纳米级孔隙结构对煤体瓦斯解吸的影响。结果表明:贫煤的小孔(10~100nm)和微孔(10nm)发育,微孔主要占据了孔隙的比表面积,决定瓦斯解吸特性,在相同平衡压力条件下,瓦斯解吸量随比表面积的增加而增加,呈现出较好的线性关系;孔比表面积是影响解吸量的主要因素,而孔容与瓦斯解吸量的关系不明显。研究结果对煤矿瓦斯涌出量预测具有重要意义。     

贵州典型矿区突出煤孔隙结构及其吸附特性实验研究

为了完善贵州区内突出煤的孔隙结构和吸附特性等物理特性,基于煤的孔隙结构和吸附特性对于瓦斯(煤层气)抽采与防治煤与瓦斯突出的重要性,采用相关仪器测定了贵州突出煤的孔隙结构和吸附特性,并分析了实验结果。结果表明：突出煤样平行层理表面均存在一定数量的晶体物质和微孔;突出煤样垂直节理表面可见一道或几道平行或交叉的且大小不一的裂隙;突出煤样的孔隙或裂隙孔径大部分在0~10 nm之间,孔径为3~5 nm的微孔在煤样中最为丰富,为瓦斯(煤层气)主要吸附空间;当相对压力达到0.8左右时,瓦斯吸附量会急剧上升;突出煤样瓦斯吸附量存在较大差异,孔容大的吸附量大。     

不同温压条件下煤瓦斯吸附特性的试验研究

为研究温度、压力对煤吸附瓦斯性能的影响,进行了不同温度下煤的瓦斯等温吸附试验。试验测试出煤样在35℃、50℃、65℃、80℃、105℃下的等温吸附线。研究表明:随着温度的升高,同一压力下煤样的吸附量减小,温度越高,吸附量减小趋势越明显;温度相同时,煤样的吸附量随着压力的增大而增大;在某一温度区间内,随着温度的升高,煤样的吸附常数a、b值线性递减。     

低渗透煤的孔隙结构特征及其瓦斯吸附特性

采用压汞实验和高压等温吸附实验分析不同变质程度煤的孔隙结构特征及瓦斯吸附能力,并结合煤样工业分析数据,进一步探讨孔隙结构特征对煤层瓦斯渗透性影响。研究表明:2种煤样的压汞孔隙率随煤级的升高呈现出从高到低的变化趋势;松河3号煤样的孔径分布呈现出微小孔径的单峰特点,而林华9号煤样的孔径分布呈现出小孔径和中、大孔径的双峰特点;高压等温吸附实验测的松河3号煤的瓦斯吸附能力要强于林华9号煤。结论认为:煤的孔隙特征、孔隙率和瓦斯吸附能力均受煤变质程度的影响,且在低变质煤特征突出。     

气体吸附过程中煤比表面Gibbs函数变化规律

煤体瓦斯吸附为放热过程,解吸为吸热过程,其温度能量变化的幅度与煤的变质程度、瓦斯吸附平衡压力等有关。以往的研究都采用等温吸附实验得出气体相关吸附数据,并通过其孔隙结构、相互作用力等来分析煤吸附气体的影响因素,但是鲜有学者从比表面Gibbs函数变化角度来探讨煤吸附气体机理。为此,研究了气体吸附过程中煤比表面Gibbs函数变化的相关特征参数计算公式,利用凤凰山矿和裴沟矿两种煤样进行等温吸附实验,得到了在4个不同温度(20,30,40,50 ℃)以及6个压力(0.2,1.2,1.5,2.5,3.0,4.0 MPa)下的等温吸附实验数据,利用单层吸附和多层吸附模型分别计算出不同煤样吸附气体过程中的比表面Gibbs函数变化。研究表明:采用两种不同方式计算煤样吸附甲烷的比表面Gibbs函数,随着温度的升高比表面Gibbs函数变化量减少,随着压力的升高比表面Gibbs函数变化增加。而应用单层吸附和多层吸附计算的能量相差较大,对这种现象分析了原因;计算了气体吸附解吸过程的热量,对比分析可知采用多层BET吸附模型得出的比表面Gibbs函数变化更接近实际;探讨了气体吸附能量变化的机理,表明气体吸附能量变化影响着吸附量的变化,而能量变化又同样受到煤样微观结构以及内部化学结构的影响。因此,煤样吸附解吸是一个复杂多变的过程,可以从改变能量的角度去探讨如何影响瓦斯解吸,达到提高瓦斯抽采效果的目的。     

不同变质程度煤孔隙结构分形特征对瓦斯吸附性影响

为研究不同变质程度煤孔隙结构分形特征及其对瓦斯吸附特性的影响,通过压汞试验测试了9组不同变质程度煤样孔隙结构,利用Menger海绵模型分析了不同变质程度煤孔隙结构分形特征,结合煤样吸附常数,研究了孔隙结构分形特征对瓦斯吸附特性的影响。研究结果表明,煤孔隙在不同孔径段具有不同的分形特征,渗流孔分形维数D_1和吸附孔分形维数D_2均随变质程度的增加呈线性增大。煤孔隙分形特征对瓦斯吸附特性具有一定的影响,渗流孔分形维数D_1与吸附常数b呈良好的线性关系,与极限吸附瓦斯量a的关联性不大,表明渗流孔分形维数D_1对吸附瓦斯速率影响较大,对吸附能力影响较小;吸附孔分形维数D_2与极限吸附量a呈正相关关系,与吸附常数b关联关系不明显,说明吸附孔分形维数D_2对瓦斯吸附能力影响较大,对吸附瓦斯速率影响不明显。     

基于吸附动力学理论分析水分对煤体吸附特性的影响

为了研究块裂煤体在不同储水状态下的吸附特性差异,选用潞安余吾煤矿的贫煤和阳煤开元煤矿的无烟煤并加工成Φ100 mm×150 mm的大块圆柱体煤样,保留了煤体原有的裂隙,基于吸附动力学理论,采用自主研制的吸附-注水成套实验系统,针对两煤种设计了6种不同含水率下的瓦斯吸附特性实验,并对同等初始条件下的定容吸附速率进行了研究。结果表明:水分作用下,对于相同初始压力下的定容吸附,1号和2号煤样干燥时的吸附速率分别是饱和含水时的16倍和22倍,吸附量分别是饱和含水时的5倍和32倍,通过孔隙测定结果,证实1号煤样具有更为发育的孔隙裂隙通道;关于终态吸附量随含水率的增加而降低的趋势,1号煤样是非线性的,但2号煤样呈现较好的线性衰减。     

力热耦合作用下煤岩吸附及渗透特性的试验研究

利用等温吸附试验仪器与含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流装置,为模拟深部煤层瓦斯开采过程,分别进行不同温度下等温吸附试验与孔隙压力升高的渗流试验,建立考虑过剩吸附量修正的吸附模型并修正吸附膨胀模型,探究力热耦合作用下煤岩吸附与渗流变化规律。结果表明:瓦斯吸附量在不同温度下随瓦斯压力升高均呈增大趋势,随温度升高吸附量逐渐降低。在高压下需考虑过剩吸附量造成的误差,修正的Langmuir模型比原模型计算结果精度更高;建立了考虑温度与过剩吸附量修正的吸附变形模型与吸附膨胀模型,煤岩吸附应变随孔隙压力升高而减小,且温度越高应变变化量越小。随孔隙压力升高,煤岩渗透率及吸附膨胀与滑脱效应导致的渗透率变化量均呈下降的趋势,且随温度升高3者逐渐增加;吸附膨胀是引起煤岩渗透率减小的主要因素,吸附膨胀与滑脱效应对渗透率的贡献率随孔隙压力升高逐渐下降,其贡献率均随温度升高逐渐增加。     

气煤的孔隙分形特征对瓦斯吸附的影响

为了研究气煤的孔隙的分形特征对瓦斯吸附的影响,通过低温液氮吸附法对阜康气煤的孔隙结构进行测试,采用FHH模型对实验煤样进行分形维数计算,运用高压容量法测定煤样的吸附特性,分析了气煤的分形维数与瓦斯吸附性能的关系。实验结果表明:表面分形维数D_1与Langmuir体积V_L呈正相关,与Langmuir压力p_L呈负相关;但结构分形维数D_2与煤样的Langmuir体积V_L和Langmuir压力p_L之间的相关性不明显;通过分析可知,气煤中孔隙结构的分布和孔隙类型同时影响着瓦斯气体在煤体孔隙中的运移。     

水分对褐煤微观特性的影响研究

为了研究水分对褐煤微观特性的影响,采用低温真空干燥的方式对褐煤进行处理得到水分含量不同的褐煤,并对实验的3种煤样进行比表面积及孔径分析、自燃倾向性分析、原位红外光谱分析,结果表明:随着煤样水分的增大,煤样的最可几孔径逐渐增大,煤样的孔体积、比表面积和微分孔体积等表征煤样孔隙特征的参数与最可几孔径均有密不可分的联系;随着煤样水分的增大,煤样的物理吸氧量逐渐减小,减缓程度逐渐降低,煤样自燃倾向性加强,由Ⅱ类转向Ⅰ类;煤样中羟基、羧基及醚键会随着水分含量的降低而逐渐降低。     

城市地铁转弯段施工对近邻桥基的影响研究

结合北京地铁10号线国贸站转弯段施工对邻近桥基影响的这一实际工程问题，运用ABAQUS软件，在对施工过程进行动态模拟的同时，重点研究了施工过程中19—3号桥基的变形和受力性态以及桩土相互作用机理，并将部分计算结果与量测结果进行了比较，取得了一系列的成果。研究表明，施工期间桥幕没有工程安全隐患，既有的施工方案是合理可行的。     

基于CFD的轴向间隙对轴流式通风机性能影响的研究

利用CFD技术,对矿用小型轴流式通风机进行了数值计算,分析了叶片与后导叶之间的轴向间隙对风机性能的影响。结果表明,轴向间隙在一定范围内减小,使风机流量和全压均增大,全压效率有所提升,有利于提高通风机性能。     

淋滤作用影响生活固体废弃物沉降的室内试验研究

依据作者设计的试验，研究了淋滤液在淋滤过程中对城市生活固体废弃物（MSW）沉降变形的影响。分析了影响试验数据的各种因素的变化，以及在这些因素作用下垂直有效应力沿深度方向的衰减规律。试验数据验证了上述分析的正确性。试验发现，淋滤作用有利于垂直有效应力的传递；淋滤液的自重和浸润作用都将影响MSW的压缩沉降。     

望峰岗选煤厂煤泥水沉降试验研究

针对望峰岗选煤厂煤泥水难以沉降的问题,进行了絮凝剂与复配药剂制度的对比试验。结果表明,与单一药剂制度相比,复配药剂制度可以获得较好的煤泥水沉降效果,絮凝剂与凝聚剂的最佳药剂量配比为1∶10。     

细菌对铁矾类沉淀物形成的影响研究

铁矾类沉淀物的形成对细菌浸矿以及后续的浸出液净化除铁效率都有很大的影响.考察了细菌作用下,不同初始pH值、亚铁的初始量等因素对铁矾类沉淀物形成速率及产物组成的影响,并与无菌条件铁矾类沉淀进行对比,总结了细菌作用下,铁矾类沉淀物的形成动力学规律及产物组成差异.结果表明,细菌作用下,铁矾类沉淀物形成速率明显加快,并且产物组成与无菌时有很大差异.     

基于综放端面控制的支架支护参数研究

神华神东布尔台煤矿改变开采工艺后,需要对液压支架支护参数进行优化,理论分析综放端面煤岩体片帮冒落与支架参数支架关系,运用数值模拟方法,建立综放端面煤体片帮冒顶模型,对液压支架参数与端面煤岩体片帮冒落相互关系进行模拟。结果表明支架工作阻力与梁端距是影响支架控制效果的关键参数。     

托辊对输送带所受冲击影响研究

主要研究缓冲托辊数量对输送带受冲击区域的峰值压力和压力能的影响。通过测量输送带样品参数建立输送带和托辊的有限元模型。利用该数学模型完成对冲击区域的压力峰值和压力能的仿真,确定增加缓冲托辊数量可以有效地降低输送带的峰值压力和压力能,从而优化带式输送机的设计,减少输送带的损伤。     

水对尾矿坝的稳定性影响研究

提出了水对尾矿坝的稳定性影响以及现阶段尾矿坝研究中所存在的岩土力学问题，并提出解决方案。     

溶剂对膨润土微纳米化的影响研究

以粒径分布、SEM和XRD分析为主要表征方法,从片层疏离程度和团聚体颗粒大小这两个方面综合评价水、异丙醇和二甲苯等6种溶剂对膨润土微纳米化的影响。实验表明,质量分数对水相膨润土的粒度分布影响显著,膨润土质量分数从5%下降到0.5%时,其最大粒径分布从4310nm快速下降到712nm,但即使质量分数低至0.1%,膨润土仍难以达到单片层的理想分布。不同溶剂对膨润土分散作用差别较大,水分散的膨润土颗粒结构致密,片层间隙不明显;乙醇、二甲苯、丙酮以及异丙醇分散的膨润土颗粒粒径均一,分别集中在380 nm、390nm、530nm和650 nm,且颗粒片层边缘剥离,片层间距明显,颗粒疏松;小角度XRD分析也进一步证明乙醇和异丙醇对膨润土有一定的插层作用。乙醇、二甲苯、丙酮及异丙醇对膨润土会产生明显的微纳米化效应。