褐煤同参数液态水热和蒸汽水热提质对比

通过改变煤水布置方式,分别对霍林河褐煤进行同参数下液态水热提质和蒸汽水热提质处理,考察不同水热提质方法对褐煤理化结构和水分复吸特性的影响。实验结果表明,蒸汽水热处理与液态水热处理的脱水、提质效果相似,但前者能有效降低有机组分损失,提高褐煤产率。随温度升高,两种水热提质煤孔隙结构均呈现先增长后减小趋势,但蒸汽水热提质煤孔结构在250℃以后才发生明显下降。随温度升高,水分形态对含氧官能团脱除的影响逐渐减弱,但液态水热处理对褐煤中脂肪族等有机结构降解作用更强。在300~350℃,由于含氧官能团的脱除和孔结构收缩,两种水热处理均对褐煤水分复吸行为有显著抑制作用,但采用蒸汽水热处理能有效降低固体损失,工程应用前景更好。     

低温条件下红砂岩动态力学性能试验研究

应用SHPB试验和分形方法研究饱水冻结红砂岩的动态力学性能和破碎分形特性,分析负温变化对红砂岩动态强度性能和变形破坏规律的影响,结合SEM扫描实验,探究应力波作用下饱水冻结红砂岩的微观破裂机制。研究结果表明,负温变化显著影响红砂岩的动态力学性能和分形特性,其中动态强度随温度降低(25~-40℃)呈先增大后减小的趋势,形似"几"字形,峰值应变则是先减小后增大,这与冻岩的静载试验结果迥然不同。经引入分形维数D,建立冻结红砂岩块度分形计算模型,经模型计算得到红砂岩在25,-5,-10,-20,-30,-40℃时的分形维数分别是2.37,2.12,2.29,2.35,2.41,2.44,这与试验筛分结果基本吻合。通过对红砂岩断口形貌的观察和分析,发现低温条件下红砂岩最终断口多发生于黏土胶结物上或其与矿物颗粒的交界处,常温条件下红砂岩断口形貌较为复杂,很难看出规律性,但在引入低温梯度后,由黏土胶结物和矿物颗粒组成的断口形貌会逐渐呈现出规律性,在对相应规律分析总结后推断,负温条件下胶结物的性质和断裂性能对红砂岩力学性能有着更为显著的影响。     

煤泥水絮凝过程絮体颗粒的分形特征研究

为研究煤泥水絮凝过程絮体颗粒的分布特征,根据分形理论建立了絮体粒度分布的分形表达式。研究发现在双对数坐标下,絮体颗粒的累积分布函数与粒径之间呈直线关系,表明絮体的粒度分布具有分形特征;絮体的粒度分形维数可定量评价絮凝过程中絮体颗粒的分布特征;粒度分形维数D和平均粒径Dave之间是负相关的关系,且各粒级含量对其影响较大,粒级范围相同时,细粒级所占的比例越大,对应的粒度分形维数越大。     

褐煤经微波改性后界面性质的变化对其成浆性的影响

在900 W功率下考察了不同微波辐照时间对褐煤界面性质的影响,同时考察了这些变化对褐煤成浆性的影响。利用化学滴定法、低温氮吸附法和扫描电镜,探讨了煤样的表面含氧官能团、孔隙结构、表面形貌及分形维数在微波辐照后的变化。试验结果表明:随着微波辐照时间的增加,褐煤的含水率及脱水速率逐渐降低;褐煤表面含氧官能团含量逐渐降低;煤样的比表面积先升高后逐渐降低,平均孔径和孔体积均先降低然后再逐渐升高;煤粒表面逐渐趋于平整光滑;煤样孔隙的分形维数逐渐减小。将这些煤样制浆后发现褐煤的定黏浓度由原煤的51.3%上升到微波辐照12 min时的54.58%。     

核磁共振技术对热解煤孔隙结构分形特征研究

为研究煤经过热处理后孔隙结构的变化,通过低场核 磁共振(NMR)技术,获得不同温度处理的煤岩横向弛豫时 间,根据不同横向弛豫时间的信号强度分析了不同孔径的孔 隙含量,进而得出孔隙特征随温度的变化规律。利用体视镜 获得表面的微观照片,以 Matlab数字图像处理法辅助观察 煤岩表面变化过程与加热后的现象。对核磁数据进行了分 形分析,获得各孔径区间的分形维数 Dx 与整体分形维数 DNMR。结果表明:微孔对 DNMR的影响最大,呈正比关系,而 与温度、总孔隙度相关性不大。     

超细煤粉颗粒形状分形维数与球磨工艺的研究

在行星磨完成不同煤的超细粉碎．基于面积一周长法，利用煤粉颗粒的SEM图像结合图像分析软件计算不同工艺条件下的煤粉体的颗粒形状分形维数，结果表明：该方法计算的分维值相关系数多在0．95以上；煤颗粒形状分形是多域度分形；煤颗粒粉碎初期形状分形维数逐渐减小，当粉碎到团聚时间时，其分形维数值反而在增大；含碳量高的煤质在粉碎时，其形状分形维数一般较小；不同助磨剂对颗粒形状分形的影响不同．     

操作参数对立式辊磨机产品粒度分布特性的影响

利用实验室立式辊磨机对3种不同粒度级配的矿渣试样进行了粉碎试验,基于分形理论研究了粉碎后颗粒粒度分布的分形行为,结果表明,3种不同级配矿渣试样粉碎后的粒度分布具有自相似和分形特征。考察了不同操作参数(液压缸压力、电机转速和含水率)对矿渣粒度分布和分形维数的影响,结果表明,随着液压缸压力增加、电机转速降低,各矿渣试样粒度分布趋于分散分布,分形维数逐渐增大,最终趋向定值。在低压力和高转速下,初始颗粒级配对分形维数影响显著;含水率1%时粉碎效果较好,随着含水率增加,分形维数迅速降低。在实际生产中,分形维数可以粗略评价立式辊磨机的粉碎性能。     

水热提质对昭通褐煤理化特性影响

通过对水热提质后煤的复吸程度、红外光谱、孔容测定,考察了水热处理对昭通褐煤表面性质以及孔隙结构的影响。结果表明,提质终温是影响褐煤复吸程度的关键因素,300℃时煤样复吸率最低,仅为6%;褐煤的分子结构发生变化,含氧官能团数量随温度升高而降低;水热提质改变了煤的孔隙结构,孔容随温度升高而增大,随压强升高呈现先降低后升高的曲线型波动,在5 MPa左右孔容达到极小值,在8 MPa时孔容最大。     

分形理论在难沉降煤泥水澄清药剂选择中的应用

通过难沉降煤泥水絮凝试验及相关分析,其结果表明,絮体分形维数与上清液浊度和浑液面平均沉速均显著相关,因此可作为反映絮凝沉降效果的指标。试验研究了K+、Na+、Ca2+三种离子对絮体分形维数和絮凝效果的影响,结果表明：3种离子对分形维数的影响趋势均为随离子浓度增加,分形维数先增加后降低,3种离子对应絮体的最大分形维数分别为2.01、1.94和2.41。在此基础上,利用氯化钙作凝聚剂,考察了单独使用长链絮凝剂、凝聚剂配合长链絮凝剂、凝聚剂与短链絮凝剂配合长链絮凝剂3种药剂制度对煤泥水絮体分形维数和絮凝效果的影响,结果表明：3种药剂制度的最大分形维数分别为2.18、2.41和2.63,3种药剂配合使用的絮凝效果最优。     

不同水热解条件下煤结构变化的实验研究

利用高压反应釜,在不同温度、气氛和停留时间条件下,对白音华褐煤进行水热处理,对于处理后的煤进行元素分析,并研究改性后煤中含氧官能团含量的变化规律。水热处理后的煤样碳含量增高,氧含量降低,O/C比降低,煤化程度增高;煤表面含氧官能团的含量随水热处理温度的升高而减少,随煤化程度的增高而减少。     

煤炭研磨过程的分形能耗模型

煤炭的研磨过程能耗高、能量利用率低。为了找到节能降耗的有效途径,利用分形方法,建立了煤炭研磨过程的能耗模型,并讨论了颗粒表面分形维数和颗粒形状对研磨能耗的影响。研究表明:绝大部分能耗用在小颗粒的研磨上;颗粒表面分形维数越大,研磨能耗越高;颗粒形状越不规则,能耗越大。     

比德-三塘盆地煤储层不同尺度孔隙分形特征研究

为利用煤储层孔隙结构的分形维数来定量描述其复杂程度,基于压汞试验,对黔西比德-三塘盆地主采煤层10个煤样进行了分形特征研究,并阐明了分形维数与煤储层物性之间的关系。结果表明:煤储层的分形可分为煤基质颗粒间大孔隙分形、煤基质颗粒中过渡孔隙分形和煤基质颗粒中微、小孔隙分形;大孔和过渡孔分形维数较高,小孔和微孔分形维数较低,3种孔隙结构的复杂程度依次为过渡孔大孔小孔和微孔。不同尺度的孔隙分形维数与孔隙体积分数呈负相关关系;大孔和过渡孔的分形维数均随着煤的变质程度、镜质组含量、灰分的变化呈现高-低-高的变化规律,与惰质组含量呈现低-高-低的变化规律,与水分、退汞效率成正相关关系,与平均孔径、孔隙度成负相关关系;小孔和微孔的分形维数与煤的变质程度、镜质组含量呈现低-高-低的变化规律,与惰质组和灰分含量呈现高-低-高的变化规律,与水分和退汞效率成负相关关系,与平均孔径和孔隙度成正相关关系。     

不同变质程度煤孔隙体积分形研究

选取了几组不同变质程度的煤样,进行孔隙度的分形研究试验,并采用最小二乘法将所测得的不同变质程度煤的各组试验数据进行数据拟合,得出不同变质程度煤的分形维数,从而获得煤的变质程度与分形维数间的变化关系,从这几组试验分析结果可以得出:随着煤变质程度的不断升高,分形维数逐渐降低,到中变质程度时煤的分形维数迅速升高又逐渐降低。     

承压破碎煤体空隙率分形模型及试验研究

为了识别采空区应力加载对破碎煤岩空隙率的影响,基于采空区应力恢复及空隙率对煤自燃影响角度,分析了采空区空隙率对煤自燃发生中的漏风强度、氧气浓度分布、蓄热环境的影响。通过对恒昇采空区破碎煤体的压实实验,测试了其应力应变及空隙率变化特征。结合分形理论,建立了承压颗粒煤分形空隙率模型,明确了分形模型的初始参数,并对实验数据及理论计算数据进行比较。结果表明：(1)在应力作用下,破碎煤体发生压实变形,造成颗粒级配发生变化,进而造成分型维数增大与空隙率发生变化,说明随工作面推进及采空区应力逐渐恢复状态下,采空区破碎煤体空隙率呈现动态变化;(2)通过测试原始煤样与破碎后煤样粒径分布与级配变化,获得了承压破碎煤体的分形维数,发现承压破碎煤体分形维数增大则说明受载煤样更加破碎,在应力加载状态下其空隙率逐渐减小;(3)通过分形理论与承压破碎煤体的应力应变关系,建立了承压颗粒煤的分形空隙率理论模型,理论计算结果与实验结果误差在0.028～0.106,可满足工程需要;(4)分析了该模型的使用条件,在获得破碎煤岩应力应变函数及应力加载路径的前提下,该模型可对任意状态下的空隙率进行预测。     

水热法制备阻燃剂氢氧化镁

硫酸镁溶液添加氢氧化钠沉淀出氢氧化镁凝胶,再用水热法改性制得阻燃剂级氢氧化镁,研究试验条件(氢氧化钠浓度、水热处理温度、水热处理时间)与水热产物性能的关系.水热改性后的氢氧化镁颗粒为针状,粒度均匀.在试验条件下,氢氧化钠浓度越高.水热改性效果越显著.水热处理的最佳条件为[OH-]=4mol·L-1,[MgSO4]=2mol·L-1,温度200℃,改性时间40～60min.搅拌充分,陈化时间小于18h.     

褐煤制浆中磨矿及多峰级配的分形理论

用分形理论描述褐煤制浆中磨矿后颗粒体系的粒度分布,利用激光粒度仪测得不同磨矿时间下颗粒体系的粒度分布,进行分形拟合。多峰级配可以提高褐煤颗粒体系的分形维数,但是单纯使用分形维数并不能有效表征褐煤级配的效果,通过相关系数修正后的真实分形维数能够较为合理地表征颗粒体系的级配效果。     

高水压对岩石动态能量耗散和破坏特性的影响

地下工程岩体普遍处于水压力和地应力环境中,极易引发涌突水等事故,严重影响地下工程的安全稳定性。为研究水压力与地应力对岩石能量耗散和破坏特性的影响,笔者利用自主研发的高水压高地应力岩石动力学试验系统,设置多组水压力和轴向静应力用于模拟地下水压力和地应力环境,对岩石进行冲击试验。基于试验得到的入射波、反射波与透射波计算岩石的耗散能,研究岩石能量耗散率与水压力与轴向静应力的关系。对冲击后的岩石试件进行筛分,计算其质量分形维数,用于表征岩石试件的破坏程度,研究水压力和轴向静应力对岩石分形维数的影响规律。改进孔隙裂纹扩展模型,研究岩石微裂纹扩展的变化规律,探索水压力与轴向静应力对岩石破坏特性的影响机理。结果表明,岩石能量耗散率随水压力的增大呈现先上升后下降的变化趋势,表明水压力对岩石能量吸收起到先促进后抑制的作用。能量耗散率随轴向静应力的增大持续增加,表明轴向静应力有利于增强岩石的能量利用率。相同轴向静应力工况下,岩石的质量分形维数随水压力的增加逐渐减小,即其破坏程度不断降低;相同水压力情况下,质量分形维数随轴向静应力的增加逐渐增大,即其破坏程度逐渐提高。改进的孔隙裂纹扩展模型可以直观表征水压力...     

三轴压缩条件下尾砂力学行为与破碎机理

为探究尾矿材料在高应力状态下的力学行为与破碎机理,对其进行不同条件的三轴压缩试验,分析围压、含水率、干密度对尾矿颗粒破碎程度的影响。引入修正颗粒破碎率B~*_r的概念来表示颗粒破碎程度,计算尾矿材料试验前后的颗粒破碎分形维数及分形维数差值,并探究尾矿材料修正颗粒破碎率B~*_r与分形维数之间的关系。试验结果表明:颗粒破碎与围压、含水率具有良好的相关性,干密度对颗粒破碎影响微弱;高应力状态下颗粒破碎过程中存在1500 kPa与4000 kPa两个分界值,该分界值将颗粒破碎程度划分为3个不同的阶段;尾矿颗粒破碎具有良好的分形特征,分形维数差值与颗粒破碎率之间存在良好的线性关系,颗粒分形维数差值可以很好地表征颗粒破碎程度。该试验研究成果可为大型高尾矿库的稳定与安全评估提供理论指导和依据。     

矿用掘进机传动轴断口的分形研究

42CrMo钢经锻造后广泛用于生产矿用掘进机传动轴,但其在使用过程中经常出现强度和韧性不匹配的问题,强度和冲击性能不能同时达到要求。为了解决以上问题,采用分形理论研究其冲击性能。结果表明,随着回火温度的逐步提高,冲击吸收功呈线性增加,而硬度却逐步减小;断口形貌的分形维数能够通过断口复杂程度的分析,反映材料的韧性性能,材料的韧性与分形维数成正相关。     

搅拌对煤泥水絮团结构形态影响的试验研究

试验采用无机絮凝剂PAC和不同分子量的有机絮凝剂PAM作为絮凝剂,利用影像分析技术获取絮团的图像资料和数值参数,通过计算得到絮团的分形维数,研究了絮凝剂种类、搅拌条件等因素对煤泥水絮团分形维数的影响。结果表明:搅拌对絮团的分形维数有着直接的影响。当固定其他试验条件时,得出转速为90r/min、时间为1min是最佳搅拌条件,此时的分形维数最大,絮团密实度最好,桥联效果明显,与拍摄的影像资料相吻合;在其他搅拌条件下,分形维数均偏低。试验证明:搅拌与煤泥水絮团的结构形态之间存在着密切的联系。