纯CO2的节流特性

CO₂管道输送是碳捕集与封存技术的一个重要环节。当CO₂管道超压时可采用节流方式泄压,但节流易导致管内温度场骤变,有可能会造成干冰堵塞或管道低温损伤,因而研究CO₂节流特性对于CO₂管道安全泄放控制具有重要意义。为此,建立纯CO₂等焓节流模型,给出了考虑相变的CO₂节流后温度的计算方法,并与天然气主要成分CH₄对比,分析了CO₂的焦耳-汤姆逊效应。研究结果表明,处于正常输送工况（20 MPa以下）的CO₂节流时将产生温降效应;由于CO₂临界点温度和压力较高,其节流后容易进入两相区,使温度和密度发生突变。因此,进一步讨论了改变节流控制参数（入口温度、入口压力和出口压力）对节流出口温度的影响。结论认为：①在节流压力一定时,提高入口温度使超临界CO₂不易进入两相区,但使密相CO₂更易进入两相区;②若节流进入两相区,在一定范围内改变入口压力对出口温度没有影响;③当节流入口条件一定时,出口压力为临界压力时是形成两相流的分界压力,出口压力为三相点压力时是形成干冰的分界压力。该研究成果对CO₂管道的节流控制和干冰堵塞预防具有指导意义。     

丙烷预冷混合制冷剂液化工艺原料气敏感性分析

液化天然气液化后的体积仅为原体积的1/625,十分有利于运输和储存。丙烷预冷混合制冷剂液化工艺是目前最常用的天然气液化工艺,该工艺结合了级联式液化流程与混合制冷剂液化流程的优点,既高效又简单,目前世界上80%以上的基本负荷型天然气液化装置采用了此流程。由于实际情况中原料气的入口压力、温度、组分均存在变化的可能,需要针对工艺的原料气敏感性进行动态仿真分析。通过分别添加原料气压力、温度、组分的扰动,得到了各个工艺系统的动态响应。结果表明:当丙烷预冷混合制冷剂液化工艺分别存在原料气压力、温度、组分扰动时,各个系统均能在一段时间后重新恢复稳定,稳定时间为20~250 min。验证了丙烷预冷混合制冷剂液化工艺在原料气入口条件扰动时的稳定性和可靠性。     

基于Adaboost的改进BP神经网络地表沉陷预测

BP神经网络可以解决地表沉陷等非线性关系问题,为了更精确地进行地表沉陷变形预测,引入Adaboost算法对BP神经网络进行改进,并运用Matlab R2014a建立基于Adaboost的BP神经网络地表沉陷预测模型。首先通过BP神经网络进行训练、测试,经过多次迭代,将每个BP神经网络作为一个弱预测器加权组合,形成强预测器,并首次对青岛地铁3号线保河区间隧道进行地表下沉值预测。预测结果表明:Adaboost的BP神经网络预测下沉值的平均绝对误差为0.585 3 mm,平均相对误差为5.82%,与BP神经网络预测相比,绝对误差降低了2.594 7 mm,相对误差降低了27.46%,由此表明Adaboost的BP神经网络适用于地表沉陷预测,且预测精度更高。     

我国煤矿覆岩采动裂隙带卸压瓦斯抽采技术研究进展

采动裂隙带卸压瓦斯抽采是工作面瓦斯防治的主要方法,介绍了采动裂隙动态演化规律的研究现状,分析了卸压瓦斯抽采原理。根据瓦斯抽采直接通道的不同,总结提出采动裂隙带瓦斯抽采分类方法;基于工作面瓦斯绝对涌出量的大小,提出采动裂隙带瓦斯抽采技术的分级选择法。对各类采动裂隙带瓦斯抽采方法的优缺点、布置方式进行了分析论述,给出了具体的设计方法以及技术参数,并结合现场实例说明了各种抽采方法的效果。最后通过总结概括采动裂隙带瓦斯抽采技术的研究现状,指出采动裂隙带演化模型三维化、瓦斯高效抽采技术参数精准化以及瓦斯抽采技术装备智能化是覆岩采动裂隙带瓦斯抽采未来的研究重点及发展趋势。     

三轴相似材料“固-气”耦合特性测试实验台研发与应用

开展对煤岩瓦斯渗流实验的研究,为实现煤与瓦斯安全共采提供理论基础,研制出相似材料固-气耦合常规三轴实验系统。该实验系统可以完整、独立地控制并加载围压和轴压,利用流量计监测相似材料试件在三维应力下的渗透率变化过程。通过对不同进气压力条件下试件的常规三轴加载实验,研究轴向应力加载梯度对试件渗透特性的影响规律,实验结果能够很好地反映出相似材料的固-气耦合特性。     

不同产状裂隙煤样三轴承压下非Darcy渗流特性

裂隙产状是影响瓦斯抽采钻孔孔周煤体渗流状态的重要因素之一。为探究裂隙的不同产状对煤体渗流特性的影响,分别制作了含有1,2,3条裂隙共5种产状的煤样;利用自主设计的三轴渗流试验系统,采用稳态渗透法对煤样进行渗流试验研究,得到了三轴应力下裂隙煤体的渗流雷诺数、渗透率和Forchheimer数变化趋势,并分析了裂隙煤体非Darcy渗流的演化规律。结果表明:① 渗流试验过程中,42%的渗流雷诺数分布在10~100,且渗流趋势符合非线性渗流特点;说明随着裂隙面面积的增大,流动过程中黏滞阻力和惯性力对流速的影响越来越大,其发生非Darcy渗流的可能性就越高;② 通过分析裂隙煤体受力状况,得到裂隙煤样渗透率k随着有效应力σ的增加呈下降趋势,且符合k=aσ-b关系;说明随着应力水平的增加,煤样内部部分裂隙发生闭合、渗流通道数目和宽度的减少,最终导致渗透率急剧降低;③ 通过计算各个阶段的Forchheimer数Fo,得到Fo与渗流速度v符合二次曲线规律增长,且随着Fo的增加非Darcy渗流效应也越来越显著,说明裂隙煤样渗透性的增强是导致发生高速非Darcy渗流的根本原因。结合以上结论,可在煤层瓦斯预抽工作中,依据钻孔孔周煤体瓦斯流动规律准确确定抽采钻孔影响范围,从而为钻孔布孔方式的设计提供重要的理论依据。     

水对含孔煤体蠕变声发射特性影响的试验研究

水是影响煤体稳定的主要因素。为了全面分析水对钻孔周围煤岩体蠕变声发射特性的影响，通过室内制取含水率0、4%、8%以及饱和含水4种含水状态的单孔试样，开展不同含水率下的分级加载蠕变声发射试验，得到不同含水率下钻孔周围煤岩蠕变声发射规律。试验结果表明：(1)含水率的改变影响钻孔孔周煤岩体的蠕变力学性质，蠕变瞬时应变与稳态应变随含水率的增加呈指数上升，其中饱和含水试样应变增幅更加明显，其瞬时应变及稳态应变最大增幅达到44.5%和28.6%。(2)含水率影响蠕变过程中累计振铃计数及轴向应变的大小，轴向应变随着含水率的增加而增加，累计振铃计数随着轴向应变的增加呈线性上升，且含水率越大，累计振铃计数增加幅度越大，不同应力水平下，含水率4%、8%及饱和含水试样的累计振铃计数增减幅度基本维持在43%、53%和74%。(3)声发射振铃率在每一级蠕变阶段都会有增长—减小—稳定的趋势，随着含水率增加声发射活跃程度明显降低，并且蠕变曲线相对于声发射数据在时间上会出现一个滞后效应。研究为瓦斯抽采、钻孔护孔及声发射检测方面提供了指导。     

不同加载速率对含孔试样变形特性影响研究

为研究瓦斯抽采钻孔的静态加载速率效应,以含预制贯穿孔试样为实验对象,开展不同加载速率的单轴压缩试验并采用数字图像技术分析了试样的力学特性和破坏演化规律.结果表明:加载速率的变化对含孔试样力学特性有较大影响:随加载速率增大,抗压强度、起裂应力水平和变形能密度均逐渐增加但增幅放缓,弹性模量呈现出先增大后减小的趋势.加载过程中拉伸裂纹尖端的几何形状不断改变,拉应力强度因子KΙ减小,拉伸裂纹经历"扩展-闭合-扩展",拉伸裂纹长度与加载速率呈现较强的指数函数关系,加载速率为0.5 mm/min时,拉伸长度达到最大为43.16 mm.含孔试样的破坏模式单一,呈中心对称;加载速率较小时,远场裂纹起裂位置距边缘较近,宏观裂纹以剪切破坏为主;加载速率较大时,宏观裂纹以拉伸破坏占主导地位,远场裂纹起裂位置距边缘较远.研究结果为揭示瓦斯抽采钻孔失稳的力学响应规律并阐述其演化过程提供一定的理论指导.     

采动影响下卸压瓦斯渗流规律物理相似模拟实验研究

 利用自主研发的固气耦合物理相似模拟实验平台，对开采过程中煤层底板应力分布特征及卸压瓦斯渗流速度随工作面推进的变化规律进行了实验分析，得出了采空区煤层底板支承压力分布规律及其影响区域的范围，分析了沿采空区上方横向方向瓦斯渗流速度变化形成的“三带”范围，总结了卸压瓦斯的渗流规律。研究结果为现场瓦斯抽采提供了技术支持。     

瓦斯放散初速度影响因素实验研究

通过实验测定了吸附时间、粒径、水分对瓦斯放散初速度的影响,并运用菲克定律进行了分析,为煤吸附解吸瓦斯机理的揭示提供一定的理论基础。结果表明,在煤样吸附瓦斯饱和前,吸附时间对瓦斯放散初速度影响较大,当吸附饱和后瓦斯放散初速度不再受吸附时间的影响;瓦斯放散初速度随粒径的减小而增大;瓦斯放散初速度随水分的增加而减小。