温度冲击下煤体裂隙结构演化的显微CT实验研究

为研究温度冲击下煤体裂隙结构演化特征,以期从微细观方面揭示煤体对温度的响应机制。采用SLX–80型高低温实验系统对原煤进行4种温差条件下的冷热冲击实验,利用工业显微CT系统对温度冲击前后的煤样进行扫描和裂隙结构的三维立体重建,基于VGStudio MAX图像分析系统建立煤样清晰的裂隙可视模型,并对煤体裂隙结构演化特征进行量化表征,运用非定常热应力理论分析温度冲击下的破煤机制。研究结果表明:温度冲击促使煤体内部裂隙扩展加宽,萌生新裂隙,裂隙体积、壁厚、表面积均与温差呈正相关关系,不同温差产生的热应力决定了煤样的损伤程度;温度冲击过程中产生了大量的声发射信号,声发射信号的产生主要集中在前600 s,且温差越大所产生的声发射能量越高;温度冲击所产生的最大热应力位于煤样表面的切向方向,热应力超过煤样抗拉强度是导致裂隙萌生、扩展和相互贯通的直接原因。研究结果可为煤层气高效开发和提高煤层瓦斯抽采率提供技术支撑。     

循环冷冲击作用下煤的渗透性变化规律试验研究

为了研究循环冷冲击处理对煤体增透作用的影响,利用SLX-80型高低温处理系统对原煤煤样进行多次循环冷冲击处理,并利用电子天平和三轴瓦斯渗流实验系统分别测定了煤样冷冲击处理前后的质量变化和渗透率增加幅度,对比分析了冷冲击处理前后煤样表面的裂纹分布情况。试验研究结果表明,循环冷冲击处理所产生的热应力超过煤体抗拉强度时会在煤体内部形成新的裂缝,增加原始裂缝的有效宽度,从而提高了煤体内部裂缝连通的有效性,有效改善了煤体渗透性;循环冷冲击处理后煤体渗透率的平均增幅为16%～215%,煤体渗透率增幅大小与处理后的裂纹增加数量及其连通性紧密相关;煤岩材料的非均质性、外部应力载荷及“负损伤”效应的影响使得循环冷冲击处理后的煤体渗透率增幅具有明显的随机性,并呈现出非均匀波动变化特征;循环冷冲击处理所产生的收缩-膨胀效应会引起煤体部分碎块脱落,最终导致煤体质量减小,循环冷处理后煤体的平均质量减幅为0.151%。     

温度冲击作用下煤的渗透率变化规律与增透机制

为了研究温度冲击条件下的煤体渗透性变化规律及增透机制,利用恒温箱和液氮对原煤煤样进行了两种条件下的温度冲击试验,分析了煤样在温度冲击前后的渗透率变化情况和微观裂隙发育情况,探讨了温度冲击过程中的声发射信号分布规律。试验结果表明:在经过冷冲击处理和热-冷冲击处理后,煤体的渗透率平均增幅分别为48.68%和469.24%,热-冷冲击处理过程中煤样的声发射能量峰值是冷冲击处理过程中煤样的声发射能量峰值的3.6倍,相比冷冲击处理,热-冷处理所产生的微裂纹数量更多,裂隙呈树枝状发育,增透效果更好;煤体性质的各向异性和温度冲击所产生的超过煤体抗拉强度的热应力是主要的增透机制。     

温度冲击下煤层内部孔缝结构演化特征实验研究

为研究温度冲击下煤层微观结构的变化特征,采用高低温试验系统对原煤进行了温度冲击实验,利用扫描电镜、工业显微CT、压汞实验和低温液氮吸附实验对温度冲击前后煤的孔隙裂隙结构的演化发展进行了联合表征。基于数字图像处理技术,对温度冲击前后煤层扫描电镜图像进行二值化处理,定性与定量地分析了煤层的裂隙宽度变化,并统计分析了温度冲击前后煤层中孔隙的比表面积和孔径变化。研究结果表明:温度冲击作用促使煤样内部大孔之间相互贯通并形成宏观裂缝,导致大孔体积相应减少,中孔和小孔的体积均增大;温度冲击试验测试过程中所产生的最大热应力位于煤样表面的切向方向,温度冲击所产生的热应力超过煤样抗拉强度是导致裂隙萌生、扩展和相互贯通的直接原因。研究结果可为煤层气高效开发和提高煤层瓦斯抽采率提供技术支撑。     

高校室外学习场所环境设计研究

为了满足大学生对室外学习场所的需求,为其提供舒适而方便的室外学习场所,文章基于环境心理学的基本理论观点,对学生关于室外学习场所的看法进行调查与分析,调查当前室外学习场所的现状以及学生的学习需求与心理需求,研究与分析学生在室外学习场所的学习行为模式、心理需求、环境特点,归纳与总结高校室外学习场所环境的设计主题、选址布局、行为与心理关系、环境设计的文化性趣味性等方面设计的观点与想法。     

基于人工神经网络的甲烷富氧燃烧机理优化

采用带误差传播的直接关系图法、全物种敏感性分析和人工神经网络(ANN)联合方法,以点火延迟时间和CO摩尔分数为优化目标,通过对甲烷富氧燃烧详细机理USC mech2.0的简化和优化,提出了基于人工神经网络的甲烷富氧燃烧优化机理(ANN-OMOC)。甲烷富氧燃烧模拟计算和对比分析的结果表明：相比于甲烷富氧燃烧简化机理FSSA的预测误差,优化机理ANN-OMOC对点火延迟时间、层流火焰速度的预测误差分别从2.53%、24.38%降到0.50%、14.41%;与甲烷富氧燃烧的简化机理DRGEP和FSSA相比,优化机理ANN-OMOC对点火延迟时间、OH摩尔分数峰值和CO摩尔分数峰值的预测结果最佳,其相对误差均在10%以下。