电极材质对泥岩电化学改性效果的影响

为阐明电化学作用下电极材质对泥岩物性变化的影响规律,以新生代煤系泥岩为对象,运用物理模拟方法,研究低压直流电场作用下电极为铜、铁和铝时的电极腐蚀特征与新生矿物表征,电流变化与电流降低率,模型不同区域岩样电阻率和强度特征,并探讨了电阻率与强度的内在联系。结果表明：不同材质电极阳极均在酸性环境下发生金属氧化反应,电极被腐蚀生成新矿物,铝电极阴极在碱性环境下生成大量三水铝石,铁、铜电极阴极则没有明显变化;通电初期不同材质电极模型电流均有一个陡降过程,然后缓降,降低模式和降低率存在明显差异;3种电极模型不同区域岩样的电阻率和单轴抗压强度均呈现阳极＞中间＞阴性的趋势,且电阻率和单轴抗压强度正相关。     

煤系粘土岩电解改性的孔隙特征研究

对通辽煤矿煤系粘土岩进行不同电位梯度电化学处理,试验结果表明:随着电位梯度的升高,细泥增量显著降低,粘土岩泥化得到有效抑制。利用低温氮吸附法研究了电化学处理前后粘土岩的孔隙特征与比表面积的变化。研究发现:随着电位梯度增大,开放型孔隙先增加,后减小;各孔径孔容减小;比表面积和总孔容减小,平均孔径增大。当电位梯度为2.0 V/cm时,开放型孔隙最少,比表面积和总孔容分别降为原样品的7.86%和27.20%,平均孔径增幅为46.18%。因此,该电化学处理条件抑制泥化效果最好。     

镍锍阳极与酸性FeCl_3溶液偶合反应速度

利用—个两室隔膜电解池将阳极液和阴极液分开,考察了镍锍阳极在酸性氯化物水溶液中与Fe~(3 )/Fe~(2 )偶合反应速度。在两极静态电位差的驱动下,测定短路外电路电流以推算两极偶合反应速度。结果表明,阴极反应速度与溶液中铁离子浓度、温度和旋转阴极盘速度有关,而阳极溶解符合固相扩散和电荷迁移混合控制。当阴极面积足够大时,混合电位在短路放电后几乎不随时间变化,只比阴极静态电位稍低,其电流时间关系可用一个电化学方程描述。阳极溶出的表观活化能为8.208kJ/mol。     

电解液浓度对泥岩电化学改性效果的影响

为阐明电解液浓度变化对泥岩电化学改性效果的影响规律,自行研制了泥岩电化学改性的渗滤式试验装置,并进行了不同电解液浓度下泥岩的电化学改性试验。渗滤式试验装置由电源、电流表、电压表、导线、样品室和缓释腔等组成,通过向阴阳极缓释腔内填充不同的缓释材料阻断或减弱水电解产生的极端pH环境对岩样和电极的腐蚀作用。结合岩样的巴西劈裂、吸水膨胀、电阻率和X-射线衍射测试结果,研究了电化学作用下泥岩抗拉强度、吸水性、胀缩性、电阻率以及矿物组成等物性的变化规律,并探讨了物性变化的相关性。结果表明:(1)电化学改性岩样以0.5 mol/L为拐点,抗拉强度随电解液浓度增加先降后增,测试结果的离散性增大;而吸水率、膨胀率、电阻率变化趋势相近,均随电解液浓度增加先增后降。(2)电化学作用后岩样矿物成分石英相对含量随电解液溶液增加单调递增,方解石单调递减,而白云母和绿泥石则变化不大。(3)电化学改性岩样抗拉强度、吸水性、膨胀性、电阻率以及矿物组成等物性间存在一定的联动性:抗拉强度随石英含量增加线性递增而随方解石含量增加线性递减,吸水率和膨胀率随抗拉强度增加线性递减,而电阻率与抗拉强度的关系难以用某种特定的函数关系定...     

镍基废合金膜电解法制备氯化镍溶液的研究

研究了以镍基废合金板为原料,电流密度、温度、阳极液和阴极液的酸度、阳极液中NaCl和Ni2+的浓度对电解制备氯化镍溶液的影响.在电流密度200 A/m2、阳极酸度0.5 mol/L、阴极酸度1.5 mol/L、循环量40 L/h、Ni2+浓度0.85 mol/L左右和室温的条件下电解,平均槽电压1.3 V,电溶1 t镍合金板耗电813 kW·h,阴离子交换膜对镍的截留率大于99.5%.     

电化学强化无烟煤吸水性的实验研究

煤层注水是一种常见的降低工作面粉尘、防止瓦斯突出的方法,但无烟煤的疏水性强,煤层注水效果欠佳,电化学方法可以显著提高无烟煤表面润湿性和孔裂隙发育程度,达到强化煤层注水的目的。采用0.05 mol/L的Na₂SO₄电解液对山西晋城寺河煤矿无烟煤进行电化学改性实验,并对改性前后煤样的吸水性能、表面特性和孔隙特征进行测试和分析。研究结果表明:电化学改性后煤样的含水率较原煤的增幅随吸水时间呈现先增大后减小,最后逐渐趋于稳定的趋势,与无烟煤自然煤样相比,电化学改性后阳极、中间和阴极区域煤样自然吸水率分别提高了72.57%,87.14%和102.29%;电化学改性阳极区域发生氧化反应,使煤样中的芳烃和脂肪烃氧化为含氧官能基团,表面润湿性得到增强,煤-水动态接触角较改性前降低了25.96°,煤表面ζ电位为21.38 mV,中间和阴极区域均发生还原反应,使煤样中的烷基支链脱落,芳环发生裂解,氧的相对含量增加,煤-水动态接触角较改性前分别降低了20.40°和15.21°,煤表面ζ电位分别为-68.47,-80.01 mV;在电化学过程中产生的H⁺     

基于分形理论的龙口褐煤孔隙特征研究

基于压汞实验测试结果,运用分形理论,研究龙口褐煤的孔隙大小分级、孔隙发育特征以及孔隙分形维数。结果表明:龙口褐煤的孔隙系统可以分为三个部分,孔径大于1028nm的孔隙属于大孔,孔径小于72nm的孔隙属于微小孔,介于72nm和1028nm的孔隙属于过渡孔;孔隙度介于10%~15%,平均为12.669%,比孔容介于0.09~0.13m L/g,平均为0.115m L/g,比表面积介于39~70m2/g,平均为56.529m2/g,煤样的孔隙发育较好,且具有较大的孔容和表面积,其中微小孔的孔容占总孔容的80%以上,且分布均匀;大孔和过渡孔具有很好的孔隙分形分维特征,分形维数平均为2.56,表明这部分孔隙有较好的孔隙结构。     

煤基活性炭电极材料的制备及电化学性能

以太西无烟煤为原料、KOH为活化剂制备高比表面积的活性炭.采用N₂吸附法对活性炭的比表面积、孔容和孔径分布进行了表征,并评价了其用作超级电容器电极材料的电化学特性.在碱炭比为4∶1,800 ℃条件下活化1 h制备的活性炭比表面积达3 059 m²/g,总孔容为1.66 cm³/g,中孔率63%.该活性炭在3 mol/L KOH电解液中的比电容为322 F/g,大电流密度下充放电时的比电容保持率高,漏电流仅有0.06 mA,是理想的超级电容器电极材料.     

黏土类煤系泥岩电化学改性试验

为阐明电化学作用下黏土类煤系泥岩体的物性变化规律,以新生代煤系泥岩的重塑样为研究对象,研究外加直流电场作用下黏土类煤系泥岩体的电流变化与电流降低率,不同区域的电阻率及单轴抗压强度变化,并研究了不同电极材料对这种变化的影响规律。结果表明:在外加直流电场作用下,重塑样的电流均呈现先陡降,然后缓降,最终趋于稳定的过程,但电极材料不同,其电流降低趋势和降低率存在明显差异;3种电极材料不同的重塑样的电阻率与单轴抗压强度均呈现从阴极到阳极递增的趋势,且电极材料为铜时,这一趋势最为明显,其次为铁电极,铝电极的影响最弱。     

孔隙结构对褐煤干燥动力学的影响

研究了胜利和昭通褐煤在低温(60～140℃)干燥过程中孔隙结构的演变,计算了2种不同结构褐煤脱水过程的有效水分扩散系数(D_(eff)),讨论了褐煤孔隙结构参数和水分扩散特性参数的关系。结果表明,胜利褐煤的孔隙结构以开放的圆柱形孔隙、平行壁状狭缝孔和尖劈型毛细孔为主;而昭通褐煤以一端封闭的不透气性孔为主。随着干燥时间增加,2种褐煤比表面积均减小,平均孔径变化趋势与孔容变化相反。随着干燥温度升高,2种褐煤比表面积、孔容、平均孔径均增大,平均孔径变化趋势与孔容变化相同。关联动力学参数表明,煤样的孔容比及比表面积都与D_(eff)有较好关联度,2种褐煤的孔容比与比表面积呈正相关;水分扩散系数更是与比表面积呈线性关系。胜利褐煤在孔径小于7 nm时孔容比随温度的升高而增大;而孔径区间介于7～10 nm的孔容比随温度的升高而减小。昭通褐煤在孔径小于10 nm的孔容比随温度的升高而增大;而孔径区间介于10～20 nm的孔容比随温度的升高而减小。2种褐煤的D_(eff)均受微孔及较小孔径的中孔控制。同时,计算得出低温干燥过程胜利褐煤的活化能(16.95 kJ/mol)低于昭通褐煤(21.84 kJ/mol),这说明相同条件下胜利褐煤脱水所克服的能垒更低。     

Analysis of the mechanical property of mudstone/shale in paralic coal measures and its influence factors

The mechanical property of mudstone/shale in coal measures is a key factor of engineering mechanics that influences the development of shale gas. A rock mechanics test was performed in order to analyze the complete stress-strain mechanic characteristics and influence factors of mudstone/shale in paralic coal measures, from the Carboniferous-Permian periods in a coal field of Northern China. The relationship between the mechanical properties of mudstone/shale in coal measures, and its chemical component, water content are established, and their models are constructed. Research results show that mudstone/shale has low mechanical strength, low elastic modulus and a high Poisson’s ratio. The complete stress-strain curve has apparent elastoplastic deformation characteristics, and after reaching peak strength, it exhibits obvious strain softening characteristics. The uniaxial compressive strength of mudstone/shale and its elastic modulus increases exponentially with the increase of SiO₂ content, and as the ignition loss increases, the uniaxial compressive strength and elastic modulus of mudstone/shale will decrease according to the law of power function. The compressive strength of mudstone/shale and its elastic modulus will decrease with the increase of water content in mudstone/shale.     

硫脲-亚硫酸体系中金电极的电化学动力学研究

采用Tafel曲线的电化学测试方法 ,研究了有无亚硫酸存在时 ,金电极在硫脲体系阳极过程的动力学。试验结果表明 ,硫脲浓度的增加可以提高金电极的腐蚀电流密度 ,有无亚硫酸时 ,金在硫脲体系溶解的活化能分别为5 9.11kJ/mol和 48.47kJ/mol。理论计算表明 ,在 2 5℃下 ,添加 5× 10 - 6 mol/L的亚硫酸可使硫脲阳极氧化速率提高73 .3倍。而在有无亚硫酸存在时 ,体系温度由 2 98K提高至 3 2 3K ,金在硫脲体系中的阳极溶解速率分别提高 4.5 5倍和 6.3 7倍     

泥岩相似材料力学性能影响因素试验研究

为了指导模型试验填料并提高试验精度,选取泥岩相似材料制作试件进行试验,研究模型试验填料过程的3个影响因素对泥岩相似材料力学性能的影响。分析结果表明:分层层数由1层增加至5层,相似材料的单轴抗压强度、弹性模量和抗拉强度分别降低了23.80%、32.20%、20.83%;压实次数由1次增加至5次,相似材料的单轴抗压强度、弹性模量和抗拉强度分别提高了15.00%、28.61%、6.76%;相比于进行粗糙处理的界面处理方式,在此基础上喷洒石膏水处理时单轴抗压强度提高了14.25%,弹性模量提高了22.63%,抗拉强度提高了7.99%。建立了相似材料力学性质与填料过程影响因素之间的多元线性回归方程,结合试验结果和方程可以指导模型试验填料,防止相似材料力学性能下降,提高试验精度。     

NaCl溶液对电脉冲致裂煤体孔隙结构影响的实验研究

利用搭建的高压电脉冲致裂煤体增渗实验系统,对蒸馏水和不同浓度NaCl溶液浸泡后的贵州林华无烟煤进行电脉冲击穿实验,并结合扫描电镜、能谱分析和压汞分析等测试方法,研究了不同浓度NaCl溶液处理后,电脉冲击穿煤体的孔隙结构变化特征。实验结果表明,煤体在NaCl溶液浸泡的过程中,大量的导电离子Na+和Cl-进入煤体内部的原生孔隙裂隙,有效的改善了煤体的导电性,与蒸馏水浸泡的煤体相比,NaCl溶液浸泡的煤体在电脉冲击穿后破碎的程度更充分。同时,随着NaCl浓度的增加,电脉冲击穿煤体的比表面积、孔容、孔径以及孔隙度均有一定程度的增加,特别是大孔和中孔孔容增加显著,孔隙的连通性变好,有效地改善了煤体孔隙结构。     

海下综放开采防水安全煤岩柱厚度的确定

针对龙口海域下开采的实际情况,分析了海域扩大区水文地质条件,收集整理国内13个矿区综放开采导水裂缝带高度实测数据,选取采厚、基岩柱厚度、倾角、顶板单轴抗压强度、泥岩比例和覆岩结构6种因素作为导水裂缝带发育高度预测模型的影响因子,建立导水裂缝带高度预测模型,并对不同采厚条件下导水裂缝带高度进行了预测;应用FLAC软件进行了断层条件下覆岩破坏规律的模拟,计算了不同落差、不同倾角的正断层对导水裂缝带发育高度的影响,得出在软弱覆岩类型综采工作面（采厚4.4 m）有正断层（倾角45~65°）、落差小于6.0 m的情况下,导水裂缝带发育高度较之正常地质条件下增大14.4%~22.2%.提出了综合考虑断层和正常条件的防水安全煤岩柱设计,确定在海域放顶煤开采正常覆岩条件下防水安全煤岩柱厚度为55.5 m;受断层影响条件下,防水煤岩柱厚度为62.5 m.     

基于离散元方法的花岗岩单轴压缩破裂过程的声发射特性

结合花岗岩单轴压缩下声发射特性室内试验,采用颗粒流数值模拟试验,对加载过程中声发射特性进行了监测,探讨了单轴压缩下的荷载大小与声发射累积数的变化关系,分析了峰值强度前割线模量的变化规律。研究结果发现：加载过程中,试件内部最早出现剪切裂纹,随着颗粒单元内部应力增加,逐渐出现拉伸裂纹;单轴压缩不同荷载阶段对应了4个不同的声发射释放阶段,峰值强度后期出现大量振铃,且累积数较峰值强度前的累积数高;试件的弹性模量变化幅度随模拟时间步增大而逐渐降低,于某特定值浮动。研究成果可为岩石声发射特征研究提供参考。     

新疆浅埋地层泥岩的吸水软化特性及隧洞支护对策研究

新疆输水隧洞围岩为浅埋泥岩地层,吸水后强度软化,支护难度高,对工程进度影响较大.本文以新疆某输水隧洞泥岩为研究对象,在对隧洞的泥岩进行XRD测试分析的基础上,开展不同含水率状态下泥岩单轴压缩和电镜扫描分析实验研究,揭示了岩样内部裂隙、孔隙结构的变化规律及强度软化特征.结果表明:该隧洞泥岩黏土矿物含量高达50％,易吸水软...     

浸水时间对饱水岩石损伤破坏过程中声发射特征影响的试验

为研究不同浸水时间饱水岩石损伤破坏过程中的力学特性和声发射特征,对天然及不同浸水时间的饱水闪长岩进行单轴压缩力学试验和声发射试验,研究单轴应力状态下其力学特性和声发射特征,结合累积声发射数与损伤变量一致的观点,建立了基于浸水时间的饱水岩石声发射损伤模型。结果表明:饱水岩石的单轴抗压强度和弹性模量随浸水时间的增加呈指数的变化规律逐渐减小,浸水60 d后其值均趋于稳定;在加载的各个阶段不同浸水时间的饱水岩样均有声发射事件产生,声发射事件率与岩样的应力-应变关系趋势均具有较好的一致性;声发射累积数的变化规律与岩样内部损伤演化规律具有一致性。     

含杂质盐岩力学特性对比试验研究

从某地拟建地下盐穴储库库区取芯,对含不同杂质盐岩（纯盐岩、钙芒硝质盐岩、硬石膏质盐岩及泥质混合盐岩）进行了力学试验,并对所获得的力学特性进行了对比分析。结果表明：① 在单轴和三轴压缩试验过程中,不同杂质成分对抑制盐岩的变形能力、提高盐岩抗压强度的作用有所不同;② 含不同杂质盐岩的弹性模量、单轴抗压及抗拉强度有较大变化区间,钙芒硝质盐岩的弹性模量和抗拉强度较大;③ 通过三轴压缩试验获得含不同杂质盐岩内摩擦角的量值明显低于纯盐岩,而黏聚力均大于纯盐岩。除纯盐岩外,硬石膏质盐岩的内摩擦角和黏聚力相对较小。     

基于人工神经网络技术的综放导水断裂带高度预计

在对综放开采条件下导水断裂带发育规律分析的基础上，将基于非线性理论的人工神经网络技术用于煤层覆岩破坏高度的预测，选取采高、基岩柱厚度、倾角、顶板单轴压强度、泥岩比例和覆岩结构6种因素作为导水断裂带预测模型的影响因子，建立导水断裂带高度预测模型，并在我国首个海域下综放工作面加以应用.