加载速率对煤岩损伤及声发射特征影响的数值模拟研究

为研究加载速率对煤岩损伤及声发射特征的影响,利用RFPA2D数值模拟软件,以加载速率0.001,0.003,0.005 mm/步对煤岩试样进行数值模拟试验。结果表明,加载速率对煤岩的损伤特征和声发射特征都具有一定的影响。随着加载速率的增加,宏观损伤出现的时间逐渐减小,呈现负相关性;不同加载速率下煤样破裂过程中的声发射峰值计数和峰值能量随着加载速率的增加逐渐增大,呈现正相关关系;不同加载速率下煤样破裂过程中的声发射累计计数和累计能量随着加载速率的增加逐渐减小,呈现出负相关关系。     

受载煤体电磁辐射动态非线性特征

为了研究受载煤岩变形破裂过程中电磁辐射动态非线性特征,对不同力学性质的煤样进行了不同加载速率的单轴压缩实验和分级加载实验,发现受载煤体电磁辐射由煤的力学性质、应力水平及加载速率共同决定,煤的强度越高、加载速率或应力水平越大,电磁辐射非线性特征越明显.依据煤的力学性质,受载煤体在变形破裂过程中其破坏前兆信号可以划分为3种类型.应用时变多重分形理论分析了电磁辐射时间序列,结果表明煤岩破裂失稳之前多重分形参数Δαm随载荷的增加呈增大趋势,在破坏后期Δαm有一定程度降低.裂纹扩展越激烈,煤岩内部损伤程度越高,Δfm越小.Δαm,Δfm的动态变化可以用来评价煤岩变形破裂过程及破坏阶段.     

煤岩单轴压缩过程电磁辐射的数值模拟研究

为深入研究煤岩变形破裂过程中的电磁辐射规律,利用建立的电磁辐射数值模拟模型及岩石破裂过程分析系统,模拟研究了煤岩单轴压缩过程的电磁辐射特征规律.结果表明,数值模拟得出的电磁辐射信号与煤样单轴压缩过程所受应力呈正相关性,在峰值应力处,电磁辐射能量及脉冲出现极大值,与实验结果较一致.     

温度-压力耦合下原煤中CO_2渗流行为试验研究

利用煤岩力学-渗流试验系统TAWD-2000,对平顶山矿、长治矿和金佳矿的三类原煤试样开展了温度、气压和围压耦合下的CO_2渗流行为试验研究,系统分析了三类原煤试样的渗透率随温度、气压和围压的演化规律及影响因素.结果表明:原煤渗透率随气压的增大呈指数增大趋势,低围压下,指数增长趋势明显,高围压下,增长趋于线性;原煤渗透率随围压的增大呈指数减小趋势,当围压较低时,煤样渗透率对围压变化非常敏感,渗透率随着围压的增大迅速减小,随后趋于稳定;原煤的渗透率随温度的升高大多呈减小趋势,但也可能出现先减小后增大的趋势,这是原煤热膨胀、CO_2解吸和裂隙残余水分蒸发耦合作用的结果.     

掘进工作面前方电磁辐射分布规律研究

为了研究煤矿掘进工作面前方煤体内不同深度的煤岩电磁辐射分布规律，利用KBD5电磁辐射监测仪对工作面前方煤体电磁辐射进行了现场测试，基于煤岩电磁辐射力电耦合规律，对煤岩变形破裂过程与电磁辐射强度的相关性进行了理论分析．结果表明：电磁辐射变化与煤体应力状态有较好的对应关系，工作面煤体内部具有多种应力状态和变形破裂状态．文中给出了比较典型的4种电磁辐射分布类型：煤体长期暴露的电磁辐射分布、防突措施后电磁辐射分布、新揭露煤体电磁辐射分布、有构造煤层的电磁辐射分布．     

煤岩破坏表面电位特征规律研究

研究了煤岩在单轴压缩、拉伸、三点弯曲等不同破坏方式下的表面电位特征和规律,初步探讨了煤岩破坏表面电位机理.结果表明,煤岩在受载破坏时能够产生表面电位,并且表面电位与载荷具有较好的一致性,二者之间的相关系数在0.6～0.9以上,可达到高度相关;表面电位信号一般随载荷的增加而增强,随载荷的降低而减弱.试样上不同电极处测得的表面电位信号强度是不完全相同的,是随载荷及煤样的破坏状态的变化而变化的.根据表面电位与栽荷之间的相关关系,可以用表面电位信号来反映煤岩受栽破坏的状态.     

煤岩力电耦合模型及其参数计算

电磁辐射技术已经在矿山煤岩动力灾害预报中得到了应用，根据煤岩强度的统计理论和损伤力学理论，建立了受载煤岩的力电耦合模型，推导得到了该模型中参数的确定方法，并结合实验结果对其中的参数进行了计算．结果表明：煤岩材料的破坏是内部代表性体元微损伤累积的结果，电磁辐射可以反映煤岩体的损伤程度，力电耦合模型能够较好地描述煤岩变形破裂过程的电磁辐射规律，参数的拟合相关系数较大说明该方法合理可行．     

煤岩变形及破裂电磁辐射信号的R／S统计规律

对煤岩变形及破裂电磁辐射（ＥＭＥ）信号进行了赫斯特（Ｒ／Ｓ）统计分析．研究结果表明，电磁辐射信号符合赫斯特统计规律，说明在受载煤岩的变形及破裂过程中，电磁辐射信号基本呈现逐渐增强的趋势，这对于预测预报煤岩灾害动力现象具有重要意义．     

低透气性原煤力学及渗透特性的试验研究

利用MTS815岩石力学试验系统和气体渗透试验系统,开展了原场应力状态下原煤煤样在不同瓦斯压力条件下的三轴压缩渗透试验,对比了不同瓦斯压力下煤样的变形、强度和渗流特征,分析了瓦斯对原煤煤样力学性质的影响,以及煤样变形破坏过程中其渗透特性的变化.结果表明:随瓦斯压力增加,弹性模量和峰值强度呈指数型衰减,泊松比、峰值轴向应变和峰值横向应变呈指数型增加,煤样变形能力增强,抵抗破坏的能力减弱.瓦斯渗透率随煤样加载变形破坏呈先减小后增大趋势.瓦斯渗透率变化与体积变形机制密切相关,在体积压缩阶段存在不可恢复性衰减,在峰后阶段随体积膨胀逐渐增加,残余阶段的渗透率一般远大于初始静水压力状态的渗透率.对低透气性煤层瓦斯抽采和煤炭安全开采具有现实指导意义.     

含瓦斯型煤破坏临界慢化前兆特征研究

针对煤岩破坏前兆信号的有效性,开展了等效围压下的含瓦斯型煤加载试验,采集了加载破坏过程中的声发射信号,基于临界慢化原理计算了声发射计数-时间序列的方差和自相关系数,分析了煤样破坏的前兆信号.结果表明:等效围压下,含瓦斯煤在压缩破裂过程中,声发射累计计数随时间的响应经历了初始活跃期、稳定增长期、加速增长期和峰后衰减期;不同围压-孔隙压力下煤样压缩破裂声发射特征均存在临界慢化现象,声发射计数序列的方差和自相关系数在煤样破坏前均出现了增大并持续增加的趋势,可以作为煤样破坏的前兆信号.相比声发射累计计数所表征的前兆信号,缩短了前兆信号与破坏点之间的时间差,前兆信号对应的载荷也更接近试样所能承受的最大载荷,更加表明试样确实进入危险破裂阶段.     

煤体剪切破坏过程电磁辐射与声发射研究

用剪切实验台和电磁辐射、声发射接收系统对煤体剪切破坏的电磁辐射、声发射特征进行了研究 .结果表明 ,煤体剪切破坏过程中电磁辐射和声发射有两种类型 :一种是在加载初期出现较高的强度 ,加载中间阶段有较为平静的区域 ,主破坏发生前又逐渐增强 ,破坏时出现较高的强度 ,破坏后逐渐减弱 ;另一种是随应力增大电磁辐射和声发射持续增强直至破坏 ,破坏后减小 .试验结果与预测冲击矿压、煤与瓦斯突出等动力灾害的现场测试结果吻合 .     

Effect of Moisture on Combustion Characteristics of High-Moisture-Content Coal Slime

水分对高水分煤泥燃烧特性的影响

王永堂1,王辉2,刘松霖2,杨海瑞3,吴江全2

（1. 哈电集团中央研究院,哈尔滨150028;2. 哈尔滨工业大学 能源科学与工程学院,哈尔滨 150001;3清华大学 能源与动力工程系,北京 100084）

摘要：

本文研究了煤泥中水分对其燃烧特性及孔隙结构变化的影响。在实验室规模的流化床反应器上获得了水分对床温变化、燃烧效率及NOx与SO2排放的作用规律,揭示了最低床温会随水分的增加而降低,而最高床温的变化与此不同。而且,随着水分的增加,观测到的烟气黑度增加并生成更多CO,从而导致煤泥燃烧效率降低。然而,水分的存在对降低NOx和SO2有利,随着水分增加,NOx和SO2的生成量趋于降低。水分对煤泥燃烧过程的影响主要体现在燃烧初期水分剧烈蒸发形成了较大的水蒸气通道,有利于水分的蒸发和散失,也有利于水分与煤燃烧产物的反应,例如CO的生成,NOx与SO2的降低等。由水蒸气作用形成的大孔会随着水分减少而减少,纳米级孔主要是蒸发结束后挥发分燃烧与焦炭形成过程所致,并会随着水分的减少而增加。

关键词：水分;燃烧特性;孔隙结构;煤泥

     

煤岩循环加载破坏电磁辐射能与耗散能的关系

研究了煤岩体损伤破坏过程中的能量转化机制,以煤岩体加卸载循环过程中产生的滞回环为桥梁建立了受载煤岩体电磁辐射能与耗散能之间的关系,并利用龙煤集团新陆及峻德煤矿煤样进行了实验室实验验证.结果表明:煤样电磁辐射能累计与对应的耗散能累计(滞回环面积累计)很好的服从y=aln x+b形式的关系,正相关系数多在0.90以上,不同频率天线接收的电磁辐射信号不会对此关系产生实质影响;由于煤岩体内部结构的强离散性,相同矿区相邻取样点的煤样在整个破坏过程中产生的电磁辐射累计能量存在一定的差异,对应的耗散能也有所不同,但总体上两者呈正相关关系.     

煤质对电厂原煤制备系统的影响因素分析

针对电厂原煤准备系统存在的粘结堵塞问题，进行了原料煤的粒度组成、水分、矿物质成分以及堵塞临界角的试验，研究分析了这些因素对电厂原煤准备系统的影响，提出了燃煤电厂生产过程中需要注意的几个问题．研究表明，当原煤中粘土矿物含量，尤其是高岭石含量较高时，粒度级配和水分对系统堵塞、粘结的影响不可忽视．     

煤水分含量对煤吸氧量与放热量影响的测定

应用TA2000／MDSC2901型差示扫描量仪进行了煤的含水量对吸氧量与放热量影响的研究．研究表明，煤中的含水量与煤的总吸氧量、放热量之间关系较复杂；在煤的低含水量段与含水量较高段各有一个总吸氧量与放热量较大的峰值点，且两峰值所对应的含水量基本一致．这说明干煤与较湿煤都易自燃，因此，用水防治煤炭自燃时，应保持煤有很高的湿度，否则有可能加速煤的自燃．     

煤散料抑尘剂低温易溶性及应用研究

采用高温热处理方法对淀粉进行热法非晶化改性,考察了热处理温度、时间、体系水分对非晶化改性玉米淀粉冷水溶解度和黏度的影响,利用X射线衍射和偏光显微镜检测了热处理后淀粉的晶体结构、偏光形貌.结果表明:热处理后的淀粉颗粒形貌和晶体结构均发生显著非晶化变化,其冷水溶解度显著提高,溶液的黏度稳定性得到改善,淀粉最优冷水溶解度的热处理条件为:加热温度为220℃,加热时间为4h,体系水分为12.4%.对运煤列车喷洒淀粉基抑尘剂后,运煤列车通过隧道时隧道内煤粉尘的质量浓度由256.4mg/m3降低到30.5mg/m3,喷洒淀粉基抑尘剂对煤质无影响.     

薄煤层开采工作面电磁辐射特征

采用电磁辐射技术及装备对薄煤层开采工作面进行电磁辐射监测,深入分析了薄煤层开采工作面电磁辐射显现特征.研究结果表明:采用沿空留巷巷道布置方式,受上区段采空区影响,工作面上巷电磁辐射强度及波动性都高于下巷;工作面来压前电磁辐射增强,来压后减弱,回采过程中电磁辐射呈现明显周期性;薄煤层冲击地压发生于电磁辐射短时间升高的峰后阶段,区别于厚煤层发生于电磁辐射增大到较高值一段时间,然后下降至低值并持续一段时间后.应用电磁辐射对薄煤层开采工作面进行应力分析及冲击地压预测时应充分考虑其特点,以提高分析预测准确性.     

Study of electromagnetic characteristics of stress distribution and sudden changes in the mining of gob-surrounded coal face

The incidence of dynamic coal or rock disasters is closely related to the distribution of stress in the surrounding rock. Our experiments show that electromagnetic radiation (EMR) signals are related to the state of stress of a coal body. The higher the stress, the more intense the deformation and fractures of a coal body and the stronger the EMR signals. EMR signals reflect the degrees of concentrated stress of a coal body and danger of a rock burst. We selected EMR intensity as the test index of the No.237 gob-surrounded coal face in the Nanshan coal mine. We tested the EMR characteristics of the stress distribution on the strike, on the incline and in the interior of the coal body. The EMR rule of rock bursts, caused by sudden changes in stress, is analyzed. Our re-search shows that EMR technology can be not only used to test qualitatively the stress distribution of the surrounding rock, but also to predict a possible occurrence of rock burst. Based on this, effective distress measures are used to eliminate or at least weaken the incidence of rock bursts. We hope that safety in coalmines will be enhanced.     

液态水对煤吸附甲烷影响的机理分析

为了研究液态水对煤吸附甲烷影响的机理,进行了不同煤级干燥煤样、平衡水煤样和注水煤样等温吸附实验,基于分子间作用力对液态水影响机理进行分析,并用维里方程拟合等温吸附实验结果来验证.结果表明,煤基质的润湿程度是液态水影响煤吸附甲烷的主要因素.干燥煤样中煤与甲烷分子间作用力远大于甲烷分子间作用力,第二维里系数较低,吸附能力强;平衡水煤样中煤与水分子氢键能高于范德华力,气态水分子竞争吸附,第二维里系数偏高,煤基质吸附能力弱;注水煤样中煤与甲烷分子之间长程作用力和甲烷与水分子之间短程作用力之和较小,与甲烷分子间作用力相当,第二维里系数最高,煤基质吸附能力很低.煤级增高,煤基质表面极性及其润湿程度降低,第二维里系数随之降低.