基于相似理论的厚松散层岩移参数规律

针对厚松散层岩移参数变化规律,利用相似理论推导研究开采沉陷规律的5个相似准数,建立了简化的岩移参数走向、上山、下山的相似准数函数模型。利用Origin软件的统计分析功能,对70多个观测站实测数据进行统计分析,揭示了预计参数与角量参数和相似准数间变化规律。     

考虑两侧煤柱与弹性煤体基础的基本顶板初次破断特征

建立考虑两侧煤柱支撑与实体煤作为弹性基础的基本顶板初次断裂力学模型,采用差分算法及主弯矩破断准则计算研究得到如下结论。① 基本顶初始断裂位置为偏较弱煤柱侧悬顶区中部下表面(弹性基础系数k较小,基本顶厚度h、弹模E较大时),反之为偏较弱煤柱侧的长边实体煤区上表面;② 两侧煤柱的宽度L1,L2及支撑系数km1,km2改变时,基本顶中部区与实体煤区的主弯矩及位置几乎不改变,而两侧煤柱区的主弯矩及位置变化显著;③ E,h大,而L1,km1,L2,km2小时,基本顶在两侧煤柱区不断裂,破断顺序为:偏较弱煤柱侧的悬顶区中部下表面→偏较弱煤柱侧长边实体煤区上表面,断裂特征为非对称“=-X”型;反之基本顶在煤柱区会断裂,破断顺序为:偏较弱煤柱侧长边实体煤区上表面→偏较弱煤柱侧悬顶区中部下表面→较强煤柱区上表面→较弱煤柱区上表面,断裂特征为非对称“O-X”型;而L1,km1较小,L2,km2较大时,只较弱煤柱侧基本顶不破断,最终断裂形态为非对称“U-X”型;④ 比值k/E或k/(Eh3)不变(k,E,h改变时,km1及km2与k保持某个任意比值不变),基本顶破断规律不变。     

综采工作面基本顶厚跨比对其初次断裂失稳影响规律

综采工作面基本顶初次断裂失稳机理对工作面支架选型及采场围岩稳定性控制至关重要。通过建立顶板力学模型分析得出:综采工作面基本顶初次断裂前,基本顶厚跨比从初始状态减小趋近极限状态时,其内部最大主应力σ1与最大剪应力τmax均逐渐增加;当厚跨比接近02时,σ1与τmax均出现陡增,但σ1增加速率大于τmax,易在基本顶两端顶部发生断裂,且基本顶初次断裂时极限厚跨比n1一般大于02。在不发生滑落失稳条件下,基本顶极限厚跨比n1随回转角θ的增大近似呈线性增加;证明了基本顶铰接结构回转初期(θ为0°～3°)易发生滑落失稳。在仅考虑厚跨比影响的条件下,基本顶铰接结构发生回转失稳的临界条件为极限厚跨比n1=0624。然而,当n1<0624时,回转极限平衡角大于岩块回转平衡角所允许的最小值时,亦会造成铰接结构回转失稳。同时,在考虑支架弹性变形的基础上,建立了基本顶铰接结构滑落失稳对工作面支架动载系数计算方法,当直接顶与基本顶离层量Δh为0时,动载系数Fsd取最小值;Δh不为0时,Fsd随Δh增加而增大,但随直接顶与支架刚度之比、直接顶自重与基本顶传递载荷之比增加而减少。最后,通过对不同综采工作面初次来压时支架工作阻力与动载系数进行计算,验证了理论分析的有效性。     

基于不同类型煤吸附甲烷的吸附势重要参数探讨

目前广泛使用的以饱和蒸汽压(P0)和吸附相密度(ρa)为重要参数的吸附势理论,在用于煤-甲烷吸附体系研究时,因求取虚拟饱和蒸汽压时参数k值选取随意,导致吸附行为描述精度不高。借助低中变质程度构造煤和共生非构造煤样品,通过开展煤对甲烷等温吸附实验,进行P0和ρa标定,获得相应的吸附特征曲线,并在较宽温域内对不同类型煤等温吸附曲线进行预测。研究发现,基于k值的P0计算对吸附特征曲线影响较大,不同煤样的最优k值分别为kP1N=3.2,kP1D=3.4,kP8N=3.1,kP8D=3.0。利用313 K下吸附数据预测了不同煤在243,283,303,323 K的等温吸附曲线,认为选用Amankwah公式并利用最优k值计算P0时所获得结果与实测值吻合最好。     

移动坐标下掘进工作面瓦斯涌出的无因次分析

为研究厚煤层中巷道掘进时的瓦斯涌出规律,建立了移动坐标下的掘进工作面瓦斯涌出数学模型,通过引入巷道半径与长度准数、压力准数、掘进速度准数等无因次参数,将模型无因化,利用有限体积法对无因次方程进行离散,然后采用迭代法求解,并编制解算程序。解算结果表明,巷道周围煤体中的无因次瓦斯等压线呈子“弹头”状分布;随着速度准数的增大,无因次瓦斯压力及含量的分布等值线都向煤壁收拢,煤壁附近的无因次瓦斯比流量显著增大,从而导致无因次瓦斯涌出量急剧上升,且掘进工作面处的无因次涌出量增速更大。     

周期性风温下围岩温度场模拟实验的可行性研究

为对周期性风流温度下的围岩温度场相似模拟的可行性进行研究,建立了周期性边界条件下的巷道围岩导热微分方程,引入无因次准数对导热微分方程进行了无因次化;然后根据方程分析法和量纲分析法,推导出周期性风温的巷道围岩温度场相似准则。并以某一矿井岩石巷道为例,设计了5组相似模拟实验方案,通过比较,选择几何相似比为20的相似模型。     

基于因次分析的旋流器式浮选柱准数方程的研究

选定一组对过程影响显著而又可量化的因素及指标作为描述旋流器式浮选柱分级过程的物理量群,然后通过因次分析的方法导出一组相似准数,根据相似定理导出了能够描述旋流器式浮选柱分级过程的准数方程,从而为进一步揭示旋流器式浮选柱分级过程的规律性及其机理的探讨奠定了基础。     

改进型充气水力旋流器无因次准数分析与研究

本文对改进型充气水力旋流器用以控制细磨回路中大密度有用矿物过磨时其主要结构参数及操作参数对分离性能的影响进行了研究，为了减少分析的复杂性，本文引入了无因次分析方法。文中主要分析和研究了两个重要无因次准数──溢流口面积与底流口面积之比的无因次面积和充气量与进料流量之比的无因次流量。本研究结果有利于充气水力旋流器的进一步放大研究。     

工业废弃物煅烧动力学的热重分析与研究

采用热分析法研究白泥、碱渣、电石渣和盐泥等4种工业废弃物和淄博石灰石的煅烧反应,借助XRD技术分析物相组成,采用积分法求解煅烧动力学参数,并综合分析煅烧性能和动力学特性。结果表明,废弃物的分解率TG曲线呈阶段特征,白泥为两阶段煅烧分解模式,电石渣、碱渣和盐泥均为多阶段分解模式,而石灰石为一阶段分解模式;白泥、电石渣和石灰石具有相似的动力学特性,煅烧活化能E随分解率α的增大而减小;碱渣和盐泥的动力学特性相似,E随α的增大而增大;4种废弃物在煅烧反应后期,活化能E和指前因子k0之间存在补偿效应;可以采用等动力学温度方法判断废弃物的煅烧活性强弱,α为90%时的判断结果为：电石渣＞白泥＞碱渣＞盐泥。     

条采影响下的遗留煤柱充填开采岩移参数计算

文中采用不同于以往不受周围采动影响的单工作面岩移规律的研究思路,以及考虑到非主断面地表岩移观测站的设站特点,对岩移参数的求取提出了新的解决方案,为两侧采空区活化影响下的遗留煤柱充填开采的研究提供了参考依据。同时建立了符合该解决方案的基于概率积分法的最小二乘曲面拟合求参模型,获得了相应的岩移参数,为获取相似煤矿开采条件下的岩移参数提供了一种新的途径。在模型解算时,采用奇异值分解法解决了方程组求解的病态性问题。研究结果表明,求取的岩移参数符合开采沉陷的精度要求。     

分散度对煤粉爆炸特性的影响

煤矿工作面煤尘呈多分散性,因此采用单一粒径的煤样评估煤尘爆炸风险存在缺陷。为了研究分散度对煤尘爆炸特性的影响规律,找出合适的平均粒径表示方式来评估分散度对爆炸风险的影响,以5种粒径分布范围相同但分散度不同的煤样为研究对象,采用20 L爆炸球实验装置,测量样品的最大爆炸压力P_(ex)、最大爆炸压力上升速率(dp/dt)_(ex)、开始点火至最大爆炸压力的时间段t_1和开始点火至最大爆炸压力上升速率的时间段t_2四个参数。后续采用热值分析、扫描电镜试验方法探究不同分散度煤尘的反应程度。借助方差分析和斯皮尔曼相关性分析研究测量结果组间的差异性、不同粒径表示方式与爆炸特性参数的相关性。实验结果表明:对于具有相同粒径分布的煤粉,分散度对煤粉爆炸反应速率影响较大。小粒径煤尘颗粒的质量分数越大,反应速率越快,反应越充分,释放的能量越大。当小粒径煤尘质量分数达到30%时,最大爆炸压力上升速率显著增大,t_1和t_2明显减小。粒径最小的原始样品3的爆炸产物热值最低,且爆炸产物表面形成了较为丰富的孔洞结构,说明小粒径煤尘较快的脱挥发速率能增加爆炸的反应程度。D_(10),D_(25)(为投影面积的10%和25%的颗粒直径)、D_(3,2)(索特尔直径)与最大爆炸压力上升速率、t_1和t_2三个参数的斯皮尔曼相关系数均落在高度相关和显著相关的区间,呈现出较好的相关性。对于多分散性的煤尘,D_(10),D_(25)和D_(3,2)可以较好的评估分散度对煤尘爆炸特性的影响。     

密闭空间煤粉气动分散湍流对爆炸参数的影响规律

采用自行设计的20 L长径比1∶1圆柱形透明有机玻璃罐、铸铁爆炸实验罐及对称式双喷头气动喷粉分散装置,研究了气动湍流强度、煤粉粒径及其爆炸特性,获得了不同实验条件下煤尘的爆炸特征参数,并给出了定量评价。实验结果表明在不同气动分散作用下,湍流均方根速度Urms测得1.1~6.2 m/s,平均湍流积分尺度在40~72 mm,雷诺数在8 000~16 300;爆炸超压峰值随湍流均方根速度呈线性增长,而爆炸超压上升速率Urms在1.1~3.5 m/s范围增速明显,Urms在3.5~6.2 m/s范围增速变缓。较大的湍流强度虽然具有加速煤粉与空气充分预混及自身反应,但同样导致对煤粉粒径间的传热传质效率下降;由最大有效燃烧速率理论计算与实验结果对比,也间接性的验证了实验结论的一致性。     

低阶煤颗粒-气/油泡间的疏水力常数研究

浮选实验表明油泡对低阶煤颗粒的捕收能力要远强于传统浮选过程的起泡。这主要是由于油泡表面被捕收剂覆盖,其表面疏水性要远高于气泡表面的疏水性。因此,在油泡浮选矿化过程中,低阶煤颗粒-油泡间水化膜的薄化速度要远快于煤颗粒-气泡间的薄化速度。诱导时间测试发现,随着DAH溶液浓度从10~(-7) mol/L增加到5×10~(-5) mol/L时,低阶煤颗粒-气泡间的诱导时间从93 ms下降到12 ms。随着DAH溶液浓度从5×10~(-5) mol/L增加到10~(-3) mol/L时,低阶煤颗粒-气泡间的诱导时间从12 ms增加到35 ms。当DAH浓度由10~(-7) mol/L(纯去离子水溶液)增加到5×10~(-5) mol/L,低阶煤颗粒-油泡间的诱导时间由35 ms降低到10 ms。随着DAH浓度的进一步增加到10~(-3) mol/L时,低阶煤颗粒-油泡间的诱导时间由10 ms增加到25 ms。为了从微观尺度下去表征油泡表面较气泡表面所具有的强疏水性,本文通过低阶煤颗粒-油/气泡间的诱导时间,利用non-DLVO理论及Stefan-Reynolds水化膜薄化模型,拟合出初始水化膜厚度h与疏水性常数K_(132)之间的关系,进而得到了低阶煤颗粒-油/气泡间的疏水力常数K_(132)与十二烷胺盐酸盐DAH溶液浓度的关系。疏水力常数K_(132)拟合结果表明,当DAH溶液的浓度为5×10~(-5) mol/L时,低阶煤颗粒-油泡间的疏水力常数K_(132)约为低阶煤颗粒-气泡间的疏水力常数K_(132)的3倍;当DAH溶液的浓度为10~(-6) mol/L时,前者是后者的15倍。因此,油泡表面较气泡具有更强的疏水性质。从而解释了低阶煤-油泡浮选矿化过程优于传统浮选过程的本质特征。     

湖南新化天龙山岩体侵位对煤系变形变质的构造效应

煤对应力、应变和温度十分敏感,在多期次、多层次的构造-热运动下必然会留下各种应力作用(静压力和构造应力)痕迹。采用工业分析、元素分析、XRD,SEM及ICP-MS等方法,探讨了新化中生代天龙山岩体侵位对煤系变形变质、煤结构变化的构造效应以及元素迁移富集的应力-应变环境响应。研究结果表明:天龙山岩体侵位引起的岩浆热及构造应力作用,促进煤化程度升高逐渐转变为隐晶质石墨,煤及围岩出现大量热变质矿物;岩体侵位施加放射状挤压应力集中带,节理与岩组主压应力轴方位与岩体边界近于垂直,靠近岩体构造变形增强;构造应力与岩浆热变质叠加作用对煤的大分子结构影响显著,d_(002)值、L_a/L_c分别随变质程度降低及远离岩体而减小。岩体附近煤层受岩浆热作用显著,岩浆侵位的构造效应(机械能、热能及化学能)造成煤岩结构破坏、变质程度升高以及元素富集、迁移,煤中REE含量增加;稀土元素球粒陨石标准化分配模式曲线特征可划分为3种类型,其中A型与C_1型靠近岩体叠加了岩浆热变质作用,与泥盆纪灰岩及硅化灰岩稀土元素分配模式曲线相似,岩浆热液使围岩矿化,但局限于蚀变带。岩浆热变质作用驱使稀土元素向富轻稀土方向演化,构造应力驱使稀土元素向着富重稀土的方向演化,导致ΣL/ΣH比值偏低。     

燃煤电厂中有害微量元素迁移释放

对两个电厂的原煤、底灰、飞灰和超细飞灰（≤10 μm）进行了有害微量元素含量的测定,研究了As、Cd、Cr、Pb、Se、Mo、Ni、Be、Cu、Th、U、V、Zn、Hg等14种元素在煤燃烧过程中的散逸、迁移行为,揭示了它们在燃煤过程中在气态产物和固态产物（底灰、飞灰、超细飞灰）中的分配富集特征,分析了这些元素的环境效应。结果表明：在两电厂中,元素Cd、Pb、Zn富集系数由大到小为超细飞灰>飞灰>底灰;As的分布特性与煤中Ca的含量密切相关;较低的烟气温度能够使部分气态Hg在飞灰颗粒上发生凝结;将几种元素分为3类：Ⅰ类,留在固体废物中的元素V（QR＞085）;Ⅱ类,部分留在固体废物中的元素As、Cd、Cr、Pb、Se、Mo、Ni、Be、Cu、Th、U、Zn（0.85≥QR＞010）,其中As、Cr、Ni、Be、Cu、Th的富集程度较强,Zn、Mo、Se、Cd较弱;Ⅲ类,主要挥发到大气中的元素Hg（QR接近0）。     

岩石的非均质性对其材料强度尺寸效应的影响

采用非均质数值试验的方法,研究了非均质参数m对岩石材料强度尺寸效应的影响,提出尺寸效应影响参数η,其值越大尺寸效应越明显.研究表明：随着非均质参数m的增加,尺寸效应影响参数η的值先增加后减小,当m→＋∞时η→0.在m=2附近时η达到最大值,此时的强度尺寸效应最明显.η在1.65≤m≤3范围内变化最为剧烈,所以当非均质参数m在此范围内时,岩石材料的强度尺寸效应在明显和不明显之间变化幅度最大.     

双余弦自吸气淹没喷嘴气泡粒径分布规律

根据引射吸气方式设计了一种双余弦自吸气喷嘴,为解析该喷嘴在不同操作因素下的气泡粒径分布特征规律。选择甲基异丁基甲醇(MIBC)作为起泡剂,利用图像分析法测量了不同起泡剂浓度、入流压力、喷嘴距、不同深度下的气泡粒径分布,分析了不同入流压力下喷嘴的吸气能力。结果表明:随起泡剂浓度的增大,气泡Sauter直径逐渐减小,当浓度达到临界兼并浓度0.112 mmol/L时,气泡粒径稳定于某个常数值,且入流压力越大,常数值越小,气泡粒径分布范围越窄,小气泡含量增大,如入流压力P=0.14 MPa时,气泡Sauter直径为0.32 mm,中间粒径气泡含量为40.73%;气泡直径随入流压力的增大逐渐减小,随喷嘴距增大逐渐减小,随不同深度增加线性增大,且药剂浓度达到临界兼并浓度时,减小(增加)趋势均变缓慢;吸气量随入流压力增大线性增大,且喷嘴距越大吸气量越大。