中深层煤炭地下气化的气化腔安全宽度计算方法

煤炭地下气化是目前温度最高（超过1 200℃）的化石能源非常规开发方式,中深层（本文指埋深800～1 500 m）煤炭地下气化在提高气化压力、降低地质安全风险方面优势明显,科学预测气化腔安全宽度对保障气化稳定运行十分重要,由于目前基于可控注入点后退（CRIP）工艺的气化腔安全宽度计算方法尚未建立,为保证现场试验顺利实施,需要开展针对性研究。气化腔顶板“裸露”在气化腔后会受到高温影响,通过数值模拟方法研究了压应力约束条件下岩石内部热应力产生位置以及颗粒、基质热膨胀系数差异对热应力大小的影响规律,结合高温处理后的岩石电镜扫描结果,查明了高温下岩石热损伤机理。根据CRIP气化工艺造腔特点,建立了考虑高温影响的气化腔顶板薄板模型,结合“关键层”理论提出了气化腔安全宽度计算方法。研究表明：岩石热损伤是岩石物理化学反应与热应力互相促进、共同作用的结果,高温下岩石发生不规则变形,岩石热损伤引起的微观结构变化是导致岩石力学性质、物理性质变化的根本原因。岩石的最大拉张热应力出现在颗粒界面或热膨胀系数较小的颗粒中,颗粒与基质热膨胀系数比值在[0.01～1）时,最大拉张热应力随颗粒热膨胀系数减小而快速增加。...     

半球形封头壁厚与筒体壁厚不相等的高压容器

半球形封头壁厚与筒体壁厚不相等的高压容器是由端部密封装置、筒体、半球形封头和加强箍等组成的一种新结构容器。介绍了这种容器的基本结构及特点,并以加强箍及其附近的半球形封头和筒体为研究对象,利用有限元计算和应力实测结果对其受力特点作了深入分析,提出了工程设计方法,对比分析了其应力集中系数、质量和制造难易程度。指出这种容器利用独特的加强箍技术有效地解决了厚度与筒体不相等的半球形封头和筒体的连接问题,存在安全可靠、结构合理、制造简便、可降低成本等优点,有重要的推广应用价值。     

顶板冲击载荷作用下巷道支护体系动力响应特征研究

基于某矿实际地层分布与巷道支护情况,建立了全围岩煤矿巷道和邻近采空区巷道的动力学数值模型,分析了巷道上方不同位置冲击动力下巷道围岩和支护体系的动力响应规律以及邻近采空区小煤柱护巷对巷道支护防冲的影响。研究结果表明:巷道正上方坚硬顶板冲击动力下,巷道直接顶围岩质点运动速度和冲击力最大,随着冲击动力源沿顶板展布方向偏离巷道中线距离的增大,巷帮质点运动速度和加速度逐渐增大,在偏离中线约60 m时,巷帮质点运动速度和加速度值达到最大值,而冲击动力源偏离中线距离大于60 m后,巷帮质点运动速度和加速度值逐渐减小。此外,巷道上方顶板冲击下,巷道锚杆中段应力变化幅值最大,随着顶板冲击源偏离巷道中线距离增大,巷道潜在破坏的锚杆位置由巷帮向顶板区域转移。临近采空区巷道情况下,采空区上方顶板冲击会引起巷道帮部质点产生较大的质点加速度,并造成巷帮和小煤柱中锚杆失效,而远离采空区并偏离巷道中线60 m之外的顶板冲击下,采空区对巷道支护体系动力响应的影响较小。     

采动条件下被保护层瓦斯卸压增透机理研究

保护层开采作为一种典型的煤与瓦斯安全开采形式在煤矿生产中具有重要的意义。通过由半无限开采积分模型求解得到的岩体内部位移场表达式并与相似模拟被保护层沉降曲线对比,研究发现理论模型可以较好地反映煤层实际变形。建立了“两带”裂隙分布模型及其简化力学模型,通过正交设计的全应力应变渗透试验发现,瓦斯渗透主要分为3个过程,发现瓦斯渗透急剧变化在体积应变达到0.015处,对比理论体积应变分布曲线,得出体积应变沿沉降范围总体上呈对称分布,在中心区域存在一个体积应变大于0.015的范围,可见其正处于渗透率急剧增加阶段,其卸压增透效果最好。研究结果为被保护层瓦斯卸压增透计算提供了参考。     

垃圾填埋沼气的液化处理与利用

随着经济的快速发展,我国生活垃圾产生量持续增长,垃圾填埋沼气也成了人们关注的焦点。我公司推出一种新型的沼气处理方式——垃圾填埋沼气制液化天然气系统,此系统遵循了生态学规律,将清洁生产、资源综合利用和可持续发展融为一体,实现生活垃圾减量化、资源化和无害化的处理,使经济系统和自然生态系统和谐循环,维护自然生态平衡。     

浅埋煤层开采突水溃砂两相流的耦合数值研究

为探究浅埋煤层开采上覆含水松散层水砂两相流动规律,采用基于离散元软件PFC3D和有限元软件GID的耦合数值方法,模拟了上覆岩层中预制理想单裂隙在不同开度和倾角条件下突水溃砂全过程,分析了裂隙通道所受接触力、水流速度、水砂间拖曳力随时步的变化规律。结果表明:裂隙开度和倾角会改变突水溃砂过程中水砂突涌类型,对覆岩所受接触力、水流速度及其稳定所需时间产生较大影响,水砂间拖曳力主要受裂隙倾角的影响。裂隙通道入口处即上覆岩层的顶层在突水溃砂初期所受接触力最大,处于最危险状态;水流速度稳定值和流动稳定所需时间分别与裂隙倾角和开度成线性相关;对比裂隙通道底面侧,倾向侧水砂间拖曳力较大,水砂突涌更加剧烈。     

复杂加载下K0超固结黏土的本构模型

卸载后的K₀超固结黏土同时具有初始各向异性以及超固结特性,其特点有如下三方面：(1)当大主应力沿着K₀固结沉积面法线方向加载时,此时的剪切模量较等方向固结的剪切模量更高。(2)由于初始偏压固结导致三轴压缩下K₀固结黏土的临界状态应力比相较等方向固结的更大。(3)循环加载导致超固结特性以及应力诱导各向异性更为显著。基于超固结土UH模型,引入反映初始各向异性的边界面转轴参量ζ,通过倾斜边界面来提高其塑性模量。分析其剪胀应力比特征,提出状态应力比来替换统一硬化参数中的普通应力比,用来反映应变硬化、软化现象,引入旋转硬化规则用来反映复杂加载路径下的应力诱导各向异性性质,同时修正统一硬化参数,用来反映循环加载下的塑性体应变累积特性,塑性偏应变的滞回圈与棘轮特征,卸载路径的塑性变形特性。利用基于t准则的变换应力方法将上述新模型转变为三维本构模型,通过与一系列K₀超固结黏土在不排水及循环加载等复杂加载路径下的试验与预测结果进行对比,结果表明：新模型可简单方便地应用于K₀超固结黏土在复杂加载路...     

考虑温度和体积应力的分数阶蠕变损伤Burgers模型

盐腔是石油、天然气和高放射性核废料深地储存的理想屏蔽围岩,考虑到深地盐岩地层中温度和体积应力联合影响,基于细观概率体元强度的威布尔(Weibull)分布构建损伤变量,利用Drucker-Prager强度准则描述微观线弹性脆性破坏,引入考虑塑性损伤的广义胡克定量描述样品尺度损伤,从而建立三轴压缩条件下静态本构模型。进一步将非线性分数阶黏壶和三轴压缩条件下静态本构引入至Burgers模型中,建立考虑温度和体积应力的分数阶蠕变损伤Burgers模型。结果表明:新模型可很好地模拟蠕变全过程试验变形数据,且对温度和体积应力比较敏感,尤其是可以有效地模拟加速蠕变变形。     

三维空间岩石裂纹分形曲线的分维估算

基于三维空间中岩石裂纹扩展形态的随机性与空间性,根据盒维数直接定义,提出δ-直角三角面积覆盖法,并通过Koch曲线验证。同时根据分形插值理论构造空间分形曲线,建立空间分形曲线的矢量模型。利用面积覆盖法分别对生成的空间分形曲线与其投影平面分形曲线计算分维。矢量分维值分量的不同反映空间分形曲线在各个方向上粗糙度的差异,从而造成各向异性,最终影响材料的力学特性,矢量分维的建立为进一步研究裂纹对岩石材料特性的影响提供了一个新方法。     

不同渗透压力下盐岩的渗透率测试研究

地下盐腔被广泛应用于核废料地下处置、石油天然气地下储存和二氧化碳封存,由于盐岩的低渗透性,目前很难通过试验获得其渗透率。通过稳态法对3种不同成分盐岩进行渗透特性试验研究,获得盐岩的渗透参数,并对拟压力法和考虑克氏效应的2种渗透率计算方法的结果进行对比研究。结果表明：(1) 盐岩的渗透率与孔隙度极低,孔隙度为0.3%～3.0%,纯盐岩渗透为10－20 m2左右,而含杂质盐岩渗透率更低,为10－20～10－21 m2;(2) 对盐岩的气测渗透率进行测试,进气压力为1～5 MPa时,Klinkenberg 效应影响明显,当渗透力超过5 MPa后,岩体在渗透力作用下会产生损伤,渗透率升高;(3) 通过对比,考虑Klinkenberg效应的方法较拟压力法在盐岩渗透率计算中更为理想。