潮湿细粒煤聚团碰撞分离的物理过程和微观力学机制

为提高分级设备的分级效率和优化分级设备,利用高速动态摄像机拍摄了自由下落的潮湿细粒煤聚团与水平金属面的碰撞过程,借助于接触力学理论和液桥理论研究了聚团碰撞分离的物理过程和力学机制。研究表明:聚团的碰撞分离因黏附颗粒重力的不同呈现出两种模式:碰撞式分离和重力-碰撞式分离;聚团的碰撞分离过程可分成聚团与壁面的碰撞、小颗粒与大颗粒的接触碰撞以及液桥的拉伸断裂3个阶段。聚团与壁面的碰撞打破了聚团内的颗粒运动速度的一致性,颗粒的分离使粒间液桥发生拉伸变形,当颗粒间的最大分离距离超过液桥的断裂距离时,湿颗粒实现分离,湿颗粒的分离需要一个最小法向分离初速。水分的增加使湿颗粒难分的主要原因是液桥难以断裂造成的。湿颗粒聚团的分离随着碰撞速度的降低、颗粒粒径的减小、水分的增加和接触颗粒数的增多而变得困难。     

柔性筛板上黏湿煤团解聚及透筛特性研究

振动弛张筛在黏湿细粒煤炭干法筛分领域应用广泛。采用离散元中的API技术,在EDEM软件中构建了一种新型柔性筛面模型,并利用数学理论模型进行验证,此外探究了筛面振幅参数和颗粒表面能大小对黏湿颗粒运动特性的影响规律。结果表明：随着表面能的增大,煤团与筛面碰撞后形成的二次团聚体越大,筛下颗粒数越少,一定范围内,随振幅的增大解聚后的颗粒平均法向速度越大。研究成果为离散元法研究黏湿煤炭筛分提供理论基础。     

硬脂酸钠改性碳酸钙在水中聚团及机理研究

为了解有机改性对碳酸钙颗粒在水介质中聚团的影响及其机理,进而为调控其聚团行为创造前提,以硬脂酸钠改性碳酸钙为对象,从改性影响碳酸钙表面自由能、影响颗粒聚团的热力学趋势和影响颗粒间相互作用能方面对改性碳酸钙颗粒在水介质中的聚团机理进行了研究。结果表明,碳酸钙经硬脂酸钠改性,导致碳酸钙颗粒聚团前后的能量变化由5.62 m J/m2增大至71.98 m J/m2,说明改性使碳酸钙颗粒在水介质中聚团趋势增大;另外,水介质中,改性碳酸钙作用能在颗粒间距大于6 nm范围为排斥性质,在约8 nm处出现能垒,在颗粒间距小于5 nm范围因疏水作用能为主导而呈强烈吸引性质。推断改性碳酸钙颗粒在外部能量作用下越过能垒,再通过疏水相互作用聚集是聚团的内在机制。     

细粒白云石疏水聚团的原位研究

采用聚焦光束反射测量仪和颗粒录影显微镜原位观测了-30 μm细粒白云石在脂肪酸类药剂GJBW以及煤油诱导下的疏水聚团尺寸和形貌,考察了GJBW浓度、煤油用量、油滴粒度、pH值和搅拌速度的影响。结果表明,GJBW诱导形成了疏松的支链结构聚团,微米级油滴能显著增大聚团尺寸和强度,形成较紧密的球形结构聚团。搅拌速度较高时聚团有所破坏,但当搅拌速度降低时,聚团可以重构。原位表征能更准确地揭示细颗粒的疏水聚团过程。     

微细粒辉钼矿疏水聚团及聚团浮选研究

为了解决微细粒辉钼矿难以通过传统浮选回收的难题,以煤油为添加剂,以聚团粒度与规则度为表征手段,探讨微细粒辉钼矿疏水聚团过程中聚团的形成、破坏和重组形为,并在此基础上研究了聚团对微细粒辉钼矿浮选效果的影响。结果表明：聚团的形成与搅拌速度和煤油用量密切相关;搅拌速度越高,聚团形成越快;煤油用量可以显着提高聚团强度,以承受高应力剪切,煤油用量越高,使得聚团破碎和重组所需要的搅拌速度越大,时间越长;聚团规则度受搅拌速度和煤油用量影响非常明显,搅拌速度越大,煤油用量越大,聚团变得越规则。与常规浮选相比,聚团浮选使得微细粒辉钼矿的上浮率显著提高,聚团浮选效果与疏水聚团过程中搅拌强度紧密相关,搅拌速度越高,达到最大上浮率所需时间越短,添加煤油能够显著提高辉钼矿上浮率。     

高泥化煤泥水的疏水聚团沉降试验研究

为探寻煤泥水聚团沉降新技术,以季铵盐类药剂为表面活性剂开展了高泥化煤泥水疏水聚团沉降试验研究,考察了药剂用量、动能输入、p H值等因素对高泥化煤泥水疏水聚团沉降的影响规律。结果表明:季铵盐能够改善颗粒表面疏水性,降低颗粒表面电负性,提高煤泥颗粒疏水聚团效果,季铵盐烷基链越长,药剂用量越大,对煤泥颗粒的聚团效果越强;高矿浆浓度煤泥水有利于煤泥颗粒形成疏水聚团;合适的动能输入能增强疏水聚团效果;随着p H值(p H=4~12)增大,沉降速度增大,但上清液透光率有所减小。当煤泥水质量浓度为26 g/L,采用p H=8.6、药剂1831用量3 000 g/t、搅拌强度750 r/min及搅拌时间10 min时煤泥水沉降效果较好,沉降速度达0.83 cm/min,透光率达78.6%。     

加筋粗粒土直剪力学行为与颗粒破碎特性

粗粒土是一种天然填筑材料,在工程中应用广泛。大量学者对加筋粗粒土的力学性质进行了研究,但对直剪过程中颗粒破碎特性尚无人研究。本文采用大型直剪仪,对粗粒土和加筋粗粒土进行了直剪试验研究,研究了其直剪力学行为与直剪过程中的颗粒破碎特性。试验结果表明:粒径和垂直压力越大,峰值强度越大;加筋后,黏聚力均大幅提高,而内摩擦角有一定程度的减小,黏聚力和内摩擦角均随着粒径的增大而增大;土工格栅除了受到与土的摩擦力外,还受到土体对横肋的阻挡力,阻挡力大幅提高了黏聚力;由不同方法计算得到的颗粒破碎率均随着垂直压力的增大而增大。垂直压力越大,颗粒间的接触越紧密,相互作用越剧烈,破碎率越大。同时在相同垂直压力下粒径越大,破碎越严重。加筋后颗粒破碎率显著降低,加筋可以有效防止颗粒破碎。     

工作参数对立轴冲击式破碎机物料颗粒破碎过程的影响研究

为了提高立轴冲击式破碎机的破碎效率，研究了破碎机内进料速度和转速对物料颗粒运动状态及碰撞情况的影响。首先，建立立轴冲击式破碎机破碎系统仿真模型，分析工作参数对破碎腔内物料颗粒运动速度的影响；其次，采用网格划分方法，揭示转速与进料速度对物料颗粒群碰撞能量和碰撞次数的影响；最后，通过建立碰撞能量损失谱，揭示碰撞能量与碰撞次数之间的关系。结果表明：转速和进料速度对立轴冲击式破碎机内物料颗粒的运动状态有重要影响；破碎腔内物料颗粒平均碰撞能量损失与转速之间呈现良好的正相关线性关系，同时平均碰撞能量损失随进料速度的增大而逐渐降低；应选取合适的转速控制破碎腔内的高能碰撞次数；冲击作用对矿石的破碎起重要作用；当转速和进料速度分别为1400 r/min和50 kg/s时，立轴冲击式破碎机破碎效率最佳。     

煤泥絮凝过程聚并-破碎效率研究

为了揭示流体剪切对微细煤泥絮凝过程破碎-聚并效率的影响规律，在不同剪切速率和搅拌桨离地高度条件下进行煤泥絮凝试验，并采用聚焦光束反射测量仪实时测定絮凝过程中絮团尺寸变化情况，以絮团平均粒径增长率间接反映絮凝过程聚并-破碎效率。研究结果表明：絮团平均粒径增长率可以反映煤泥颗粒絮凝过程的聚并-破碎效率，依据增长率的变化情况，煤泥絮凝过程可分为聚并阶段、破碎阶段和亚稳定阶段|剪切速率对煤泥絮凝行为有显著影响，在G＜35.89s-1时增大剪切速率，有利于聚并效率和亚稳定阶段时絮团平均粒径的增加|但过高的剪切速率(G＞53.83s-1)将产生较高的湍流耗散率，使絮团破碎效率增大|搅拌桨离地高度对煤泥的絮凝行为有一定影响，在h/H＜1/3时，适当增加搅拌桨离底高度有益于煤泥颗粒生成更大的絮团。     

剪切环境下某铅锌尾矿絮团演化过程及絮团表征

某铅锌矿山对尾矿颗粒絮团强度有一定要求,为了研究如何表征并增大絮团强度,考察了絮凝剂的种类和用量、搅拌时间、搅拌速度以及单位矿浆输入能量等剪切环境因素对某铅锌尾矿剪切絮凝沉降的影响,进行了相应的絮凝沉降试验、颗粒录影显微技术（ParticleView V19）实时监测以及显微镜絮团图像分析,并讨论了絮凝机理,旨在揭示絮体形成过程与絮凝效果的关系。结果表明:对某铅锌尾矿的絮凝作用:阳离子聚丙烯酰胺>阴离子聚丙烯酰胺>阳离子醚化淀粉,阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）最佳用量值为200 g/t,加入表面电荷相反的PAM,能使颗粒表面动电位降低而凝聚,当絮凝剂过量时,会使得整个体系变为带正电荷。由于正电荷间的互斥作用,絮凝体再次分散,发生再稳现象,从而使絮凝效果减弱。搅拌时间、搅拌速度、单位矿浆输入能量对某铅锌尾矿的剪切絮凝行为的影响很大;搅拌时间关系着絮团的成长破碎程度;搅拌强度的大小影响着絮团所受剪切强度,搅拌强度越大,絮团最终形成稳态的抗剪切强度越高,形貌越规则;单位矿浆输入能量存在一个极限值,超过极限值时,絮团形成与破碎达到了一个相对平衡的稳态,絮团能够在此搅拌体系下稳定存在。      

煤颗粒与气泡黏附行为的试验研究

浮选微观模型认为,颗粒与气泡的黏附是实现浮选的关键步骤,对颗粒与气泡黏附规律的直接研究非常重要。采用自行设计搭建的颗粒与气泡碰撞、黏附行为测量装置,以内蒙古公乌素原煤为试验对象,直接观测了不同密度级的0.1~0.15 mm粒级煤样的黏附行为,并采用自行开发的多目标追踪软件进行分析。结果表明:煤颗粒在与气泡碰撞前会发生绕流,速度大小和方向均会改变,当煤颗粒与气泡碰撞时,煤颗粒的速度降为最低。煤颗粒在气泡表面的滑动速度先是逐渐增大,在气泡"赤道"位置处达到最大值,越过"赤道"后,煤颗粒的滑动速度逐渐减小,并最终黏附在气泡底部。煤颗粒与气泡的黏附效率随碰撞角的增大而降低,在碰撞角相同时,随煤样密度级的增大,黏附效率降低,临界黏附角减小。随煤颗粒沉降末速的增大,煤颗粒与气泡的黏附效率降低,临界黏附角减小。     

底吹炉沉降区内液面波动规律的冷态模型实验

底吹熔池熔炼沉降区的波动行为影响炉内反应后的渣-金属分离,对沉降区波动行为进行研究与调控有利于提高金属的直收率。采用冷态模型实验对底吹炉沉降区内的液面波动行为进行研究。根据单因素实验结果分析,适当增大氧枪直径和倾角、减小气体流量和降低液面高度可有效减缓沉降区液面波动的剧烈程度,但氧枪倾角过大会导致沉降区出现位置后移,不利于渣-金属分离,影响冶金效率。     

节理倾角对岩石隧道掘进机破岩特性影响的数值研究

为研究节理特征对岩石隧道掘进机（TBM）盘形滚刀破岩特性的影响,采用颗粒离散元法（PFC）建立了不同节理倾角下双滚刀破岩模型并进行数值仿真,研究不同节理倾角对应的岩石破碎模式、裂纹数目和破岩比能。结果表明:（1）倾斜节理的存在改变了裂纹扩展规律,裂纹呈现不对称性扩展模式。节理的存在改变了裂纹的延伸方向,限制主裂纹向下扩展。节理倾角越大,对主裂纹的萌生与扩展起到的阻碍作用越明显。节理倾角较小时,裂纹沿节理倾向延伸,有利于双滚刀间裂隙的贯通,有利于岩石碎屑的剥落;（2）节理倾角对剪切裂纹的影响较小,主要影响拉裂纹数目。总裂纹数随节理倾角的增大先增大后减小,当节理倾角为30°时达到最大。从滚刀破岩效率来看,节理岩体存在一个最优节理倾角。当节理倾角在30°附近时,破岩比能最小,破岩效率最高。基于颗粒离散元法PFC2D可以较好地模拟节理岩体双滚刀破岩过程,弥补室内试验无法进行细观特性研究的缺陷。     

基于絮凝动力学的煤泥水絮凝过程及其研究方法综述

煤泥水的絮凝沉降是煤炭湿法洗选工艺的重要操作单元。分析和优化絮凝过程,提高絮凝效率,对提高选煤生产效率有重要意义。本文从絮凝动力学的角度,综述了煤泥水中悬浮颗粒的性质、药剂制度和流体运动对絮凝过程的碰撞频率、碰撞效率和破碎效率的影响,总结了絮凝药剂促进细颗粒絮凝的化学作用机制和湍流涡旋尺度调控对提高絮凝效率的物理作用机制;综述了从絮凝动力学角度研究煤泥水絮凝过程的方法,比较了计算流体力学(CFD)、群体平衡模型(PBM)和离散元(DEM)等方法应用于煤泥颗粒间作用力、絮凝流场和煤泥絮凝动态过程研究的优缺点。通过比较分析认为,CFD-DEM耦合方法特别适用于多组分、多粒度的煤泥水体系,是研究煤泥水絮凝的理想方法。     

TBM滚刀破岩过程及细观机理颗粒流模拟

采用颗粒流再现了锦屏大理岩脆-延-塑性转化特征,利用获得的细观参数建立TBM滚刀破岩离散元模型,模拟了单个TBM滚刀侵入断续单裂隙岩体过程,分析了裂隙倾角和围压对滚刀破岩效果的影响规律,最后从细观层面探讨了滚刀破岩机理。结果表明：含单裂隙岩体在单刀作用下,总体上表现为压缩性破坏、规则裂纹萌生与扩展、粉核区形成和主裂纹贯通4个阶段;当裂隙水平时翼裂纹萌生于裂隙中部,裂隙倾角较小时翼裂纹萌生于距尖端一定距离处,随着裂隙倾角的增大翼裂纹在裂隙尖端萌生。随着围压的增大,粉核区的范围逐渐变大,在高围压作用下出现侧向裂纹向自由面扩展;裂隙岩体比完整岩石更容易发生破坏,而且不同倾角裂隙岩体破坏难易程度也有所不同,总体上表现为：15°<45°<60°<0°<30°<90°<75°破岩由易到难。有围压条件下破岩难于无围压条件,且困难程度随着围压的提高而增大。     

薄煤层采煤机装煤性能研究

为了提高薄煤层采煤机的装煤性能及工作效率,运用理论分析与离散元数值模拟的方法对其进行了研究。针对理论落煤量及理论装煤量与牵引速度、滚筒截深、滚筒转速、螺旋升角的关系进行了理论分析;基于PRO/E与EDEM建立了采煤机截割部的离散元仿真模型及煤壁模型,模拟了采煤机截割、破碎煤岩的复杂过程,并获得了相应的装煤率;基于正交试验法分析了牵引速度、滚筒转速、叶片螺旋升角、滚筒截深对采煤机装煤性能的影响规律及显著程度。基于实际工况,得到了新型薄煤层采煤机的最优设计参数,为采煤机滚筒装煤性能的研究及优化提供了一种新方法。     

带内构件干扰床细粒煤分选实验研究

 为提高干扰流化床对细粒煤的分选性能,本文提出了一种内构件（截顶倒圆锥形多孔板）,考察了板倾角、板间距、水速对干扰床分选效果的影响。实验结果表明,板倾角不是影响精煤灰分的显著因素,精煤灰分随着板间距（水速）增大逐渐降低（升高）。板间距不小于6.51cm或水速不超过20.14mm/s时,精煤灰分可控制在10%以下。精煤产率随着板间距（板倾角）增大逐渐下降（升高）,较大水速有助于提高精煤产率。在优化的实验条件下, 1.5~0.25mm细粒煤的灰分可由21.57%降至10%以下,同时精煤产率在70~83%。     

公路隧道石门揭煤安全岩柱的数值模拟研究

为探究瓦斯隧道不同地质条件下对安全岩柱的影响,以重遵高速松坎隧道为工程背景,基于隧道揭煤应力演化等相关理论,建立了瓦斯隧道三维模型和数学模型,利用FLAC软件对2种开挖断面和3种煤层倾角的隧道进行了模拟计算,对比分析了隧道开挖过程中的煤岩应力变化规律,获得了开挖断面面积和煤层倾角对安全岩柱的影响。研究表明:同一煤层倾角,开挖断面越大,所需安全岩柱越厚,反之越薄;开挖断面面积相同时,煤层倾角越大,所需安全岩柱越厚。     

沿空留巷巷道底板破坏规律分析

为了研究沿空留巷巷道底板破坏规律,确保巷道的稳定性,分析了巷道底板塑性区扩展规律以及确定围岩破坏程度指标,采用FLAC^3D数值模拟软件,对沿空留巷巷道底板破坏规律进行了分析,研究了煤柱及沿空巷道底板塑性耗能比率变化规律。研究得出,沿空巷道掘进期间,巷道底板产生较大的塑性区,其底角的塑性区高于底板中线的塑性;靠近实体煤柱侧的巷道底角变形破坏范围和变形破坏程度低于靠近采空区侧的巷道底角变形破坏范围和变形破坏程度。