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．     

煤粉碎粒度分布的分形模型

从自相似分形几何原理出发,建立了煤粉碎粒度分布的分形模型,得到了煤粉碎的分形粒度分布公式。结果表明:煤粉碎的粒度分布维数取决于煤粒的粉碎概率和粉碎相似比,影响煤粉碎粒度分布的因素有煤粉碎的粒度分布维数和煤粉碎后煤粒的最大粒径,煤粉碎的粒度分布维数反映了煤粉碎后煤粉颗粒群粒级的粗细程度。通过分形粒度分布与实际粒度分布的比较,验证了本模型的正确性,可用于指导工程实际。     

掺配废PVC对水煤浆成浆性能及燃烧性能的影响

为缓解废PVC处理压力,回收碳氢资源,将废PVC与煤粉混合制备废PVC-煤浆,分析掺配废PVC后浆体的定黏质量分数、流变特性及稳定性。利用SEM-EDX和分形理论对掺配废PVC的浆体表观形貌和分形维数进行分析,探讨掺配废PVC对煤浆性能的影响机理。利用热重分析法和Coats-Redfern积分法计算原煤浆及废PVC-煤浆的燃烧特性指数和动力学参数,对不同废PVC掺配量浆体的燃烧性能进行评价。结果表明：掺配废PVC可以提高浆体的成浆性但析水率升高、稳定性有所下降;废PVC的掺配量越多,浆体的分形维数越小,成浆浓度越高;掺配废PVC对煤浆燃烧会产生协同作用,当废PVC的添加量为3%和5%时,煤浆的燃尽率和综合燃烧性能变好,促进燃烧反应,添加量为8%和10%时抑制燃烧反应;在选取Coats-Redfern近似时,水煤浆燃烧在选取反应级数n=1时线性相关性最高,掺配5%的废PVC后的浆体表观活化能和频率因子最大。     

煤粉颗粒粒度分形分析

采用英国Malvem公司的MAM5004型激光粒度分析仪测定了合山、晋城各4种不同粒径煤样的粒度分布．采用美国LECO公司的MAC-500型工业分析仪分别测得各煤样的固定碳及挥发分含量．根据实验数据研究了煤粉颗粒的分形特征及其煤粉粒度分布分形维数与其固定碳及挥发分含量的关系，提出了基于考虑能量、环境、安全的煤粉燃烧锅炉的煤粉经济细度新概念．煤粉的分形维数可以反映煤粉的物理结构特性，并提供反映煤粉燃烧特性与炉内的燃烧状况的信息．煤粉颗粒的分形维数愈大，细度愈小，愈均匀，煤粉燃烧性能愈好，超细化煤粉燃烧技术是一种极具潜力的煤粉洁净高效燃烧新技术．     

超细煤粉的颗粒分布分形与球磨工艺关系研究

在行星磨上完成不同煤的超细粉碎，利用激光粒度仪测量粉体粒度分布，基于分形理论，计算了不同工艺条件下的煤粉体的颗粒分布分形维数。结果表明，粒度分布分形维数可作为评价粉体颗粒均匀性的一项指标。     

西山煤田不同变质程度煤孔隙结构分形特征及影响因素研究

为研究煤的多孔介质属性及其分形特征,以山西沁水盆地西山煤田为研究对象,采用扫描电镜(SEM)分析了煤表面孔隙结构特征。基于SEM图片,通过盒维数法计算得到了不同煤样表面孔隙分形维数,并分析了其影响因素。研究结果表明:煤表面具有显著的分形特征,分形理论能够较好地描述煤孔隙结构复杂程度;在本测试煤样中,不同煤样分形维数值在1.33～1.92范围内变化;变质程度、水分、埋深、坚固性系数(f值)对煤孔隙分形维数有显著影响,随Ro和埋深的增加煤体表面孔隙趋于复杂化,分形维数值不断增大;而水分和灰分的存在使得煤体表面变得相对光滑,能够减小分形维数值。分形维数是衡量煤孔隙复杂程度的有效参数,在煤矿现场瓦斯防治中,对于具有高分形维数的煤体,应该引起重视。这类煤体往往破坏程度较高,具有强吸附性,孔隙连通性差,瓦斯抽采困难,在煤炭开采过程中,容易导致煤与瓦斯突出、瓦斯涌出等灾害。     

煤粉的分形特征及其对水煤浆级配的影响

为进一步研究分形理论与煤粉粒度级配的相关性,运用分形理论分析了张家峁煤矿水煤浆厂不同粒度煤粉的粒径分布特性,利用激光粒度分析仪测试不同中位径煤粉的粒径分布曲线,通过作图计算发现lnyV(r)-lnr有很好的线性关系,呈现分形特征,分形维数在2.3以下。对水煤浆级配的两种经典模型Alfred模型、Rosin-Rammler模型进行分形分析,分形维数在2.5以上。将中位径为6μm的煤粉样品分别与中位径29μm和90μm的煤粉等比例级配,其结果分形维数也都在2.5以上,高于未级配煤粉分形维数,因此分形维数是级配的特征参数。级配过程提高了煤粉的分形维数,通过测定煤粉的分形维数可评判级配的好坏,以及粒度分布是否接近理论模型。     

煤与矸石分形维数的差异研究

为实现煤矸自动识别及快速分选,利用煤与矸石的纹理特征与轮廓表面灰度级别等差异较大的特点,对于二者的单一颜色灰度图像,采取平滑滤波、降噪等方法处理,应用差分盒维法求得二者灰度图像分形维数,以区分煤与矸石图像表面纹理粗糙度。试验结果表明,煤和矸石的分形维数有明显的不同,煤的分形维数要大于矸石,以数值2.450 0为分界点,煤的分形维数在分界点之上,矸石的分形维数在分界点之下。根据这一差异可有望实现煤矸的自动识别,为实现一种全新的煤矸分选系统奠定理论基础。     

中梁山南矿构造煤吸附孔分形特征

采集华蓥山煤田中梁山南矿9个有代表性的煤层样品进行低温氮吸附实验,分析构造煤吸附孔分形特征及分形维数与气体吸附能力的关系。低温氮吸附、解吸曲线表明不同变形序列构造煤在相对压力0.5~1.0范围内吸附特征各异。在此基础上,运用分形FHH方法得到构造煤分形维数D。研究表明：分形维数D可以表征构造煤吸附孔孔径结构和孔表面的变化关系;分形维数越高,微孔含量越多,孔表面越不规则,孔隙结构非均质性愈强;分形维数大小可反映煤的吸附能力,分形维数增高,吸附能力增强。因此,由构造变形增强引起的高分形维数和复杂的孔隙结构显示出更高的吸附能力。     

黔西地区煤样孔隙综合分形特征及对孔渗性的影响

为了定量描述煤储层孔隙结构的复杂程度,基于压汞试验测试结果,运用分形理论,对黔西地区不同煤阶的32个煤样进行了分形特征研究,并探讨了分形几何参数与煤储层孔渗性的关系。结果表明:煤储层孔隙分形维数可分为渗流分形维数和扩散分形维数,利用不同分形段的孔隙体积比作为权值,通过加权求和方法可得到综合分形维数;渗流分形维数随变质程度增加而减小,扩散分形维数和综合分形维数均随变质程度增加而增大;分形界限、扩散孔隙体积分数及总孔体积都与综合分形维数、扩散分形维数具有较好的相关性,而且3个指标参数与综合分形维数的相关系数均高于与扩散分形维数的相关系数;综合分形维数、分形界限及扩散孔隙体积分数与煤储层孔隙度之间为负幂指数相关关系,总孔体积与煤储层孔隙度为线性正相关关系,与渗流分形维数和扩散分形维数相比,综合分形维数更有利于表征煤储层渗透性。     

Effect of magmatic intrusion on coal pore characteristics and fractal research

The pore characteristics in magmatic intruded coals are closely related to the absorption-desorption and the flow of Coalbed Methane (CBM) in coal seams. Coal samples with different degrees of magmatic intrusion are tested using the method of mercury intrusion porosimetry (MIP). A number of parameters, such as the pore diameter, the volume, the connectivity and the specific surface area, are investigated. In addition, the fractal theory is introduced as a new approach to characterize the pore characteristics in intruded coals by calculating the fractal dimensions. The correlation between the fractal dimension and the inherent moisture content is also discussed. The results indicate that 1) when the coal approaches the magma, the pore size, the pore volume, the open pores and pore connectivity increase, but the total specific surface area exhibit decline trends; 2) the calculated fractal dimension can demonstrate the above characteristics; 3) a significant relationship between the inherent moisture content and the fractal dimension can be established. The research findings in this paper provide a useful fundamental knowledge to guide future studies of CBM development or gas outburst for intruded coals.     

鄂尔多斯盆地煤储层低温氮吸附孔隙分形特征研究

在利用低温氮吸附法测试鄂尔多斯盆地煤储层孔隙分布的基础上 ,计算了煤样的孔容及比表面分维数 ,并分析了煤储层对甲烷的吸附能力与孔隙分维之间的关系。研究表明随着比表面分维数的增加 ,煤储层兰氏体积减小 ,而兰氏压力增加 ,随着孔容分维数的增加兰氏体积减小。     

煤层露头火区孔与裂隙的分形特征

根据分形理论建立煤层露头火区裂隙的面密度分维、露头火区煤岩体孔结构分维及块度分维计算模型,现场观测研究煤层露头火区剖面面密度分维,并根据压泵实验结果研究了煤岩样的孔结构分维,与块度分维计算结果进行了比较。对于更进一步研究煤层露头火区氧气输运、逾渗规律、露头火灾机理具有积极意义。     

基于压汞法的煤岩各段孔隙的分形特征

采用压汞法对大同和屯留煤样进行微结构测试。根据煤岩孔隙不同半径范围内累积孔隙体积分数所占的比例大小对孔隙进行了大小分类。结合孔隙结构分形维数计算原理,通过线性回归计算了各类孔隙的分形维数。结果表明用分段回归方法计算煤中不同孔隙的分形维数能较好地反映复杂的孔隙结构。小孔分维数较小,中孔和大孔分维数较大,说明中孔和大孔孔隙结构很不均匀,煤岩孔隙在这个阶段的分布离散性较大。     

基于小角X射线散射构造煤孔隙结构的研究

为研究不同变形程度构造煤的孔隙结构特征,采用小角X射线散射(SAXS)和低温氮吸附相结合的方法,分析了重庆中梁山南矿不同类型构造煤的孔径、孔体积、比表面积和表面分形维数等参数的变化规律。SAXS研究结果表明,随着煤的变形程度增强,X射线散射强度增大,煤中微孔比例增加,最可几孔径减小,孔隙表面分形维数增大,这与低温氮吸附的结果一致。但由于两种方法的测试原理不同,SAXS所测孔隙比表面积高出低温氮吸附结果 1~2个数量级。     

不同硬度块煤冲击破碎后粒度分布特征试验研究

为了探究不同硬度的块煤在冲击破碎作用下破碎后的粒度分布特征,利用坚固性系数实验装置,对4种不同硬度的块煤进行了冲击破碎试验研究,试验结果表明:破碎功与块煤破碎后的新增表面积成线性关系,折算直径与破碎功成反比。块煤破碎后具有自相似特征,其分形维数能够反映煤的破碎程度,分形维数越大,破碎效果越好,坚固性系数f与分形维数D呈线性关系。颗粒在破碎过程中,大颗粒因周边小颗粒的存在而受到缓冲作用,使得较小颗粒由于挤压作用而优先破碎,小颗粒的缓冲作用增强了大颗粒抵抗破碎的能力,因此较小颗粒反而更容易破碎。     

煤孔隙结构构造变形的压汞法和小角X射线散射表征

依托渭北煤田韩城矿区煤样,采用压汞法和小角X射线散射技术(SAXS),结合孔隙分形表征,从分形特征的角度探讨了构造变形对煤孔隙结构的影响程度。结果表明,煤的孔隙分形维数定量表征了构造煤孔隙结构的差异性变化及其非均质性。强构造变形煤具有较高的渗流孔分形维数(DHg),孔隙结构及表面非均质性较高,而渗透率较低,说明强烈构造变形所导致的复杂孔隙结构是构造煤储层低渗透的原因之一。吸附孔孔隙表面分形维数(DSAXS)随着构造变形的增强而增大,表明变形作用造成煤孔隙表面结构在微观上变得复杂。研究认为,分形维数可以指示煤中孔隙结构的构造变形程度。     

混煤燃烧过程中的交互作用:煤种对混煤燃烧与NO_x排放特性的影响

在沉降炉上开展了无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤以及不同配比(25%,50%,75%)下混煤燃烧特性实验,研究了"炉外"和"炉内"两种掺烧方式下煤种对混煤燃尽及NO_x排放特性的影响。结果表明,不同煤种掺混燃烧时促进和抑制两种交互作用具有差异性。"炉外"掺烧方式下,挥发分含量差异较大的煤掺混时,交互作用明显;尤其是掺烧75%高挥发分煤时,对燃尽抑制作用表现最为显著,混煤的燃尽降低;挥发分含量差异较小的煤掺混时,交互作用相对较小,混煤的燃尽率在各掺混比例下基本接近计算线性燃尽率;混煤燃烧的NO_x排放特性随挥发分较高的煤的掺混比例增加基本呈线性变化的规律。"炉内"掺烧方式下,随两种煤延迟混合时间的增加,交互作用逐渐减弱,各单煤的燃烧独立性增强,混煤燃尽率逐渐接近计算线性燃尽率;挥发分含量差异较大的煤掺混时,改变混合时间,混煤燃尽率变化显著,挥发分含量差异较小的煤掺混时,各单煤燃烧独立性较强,改变混合时间,混煤燃尽率变化不明显;混煤NO_x排放量随延迟混合时间的增加而逐渐降低。