电脉冲对烟煤官能团及甲烷吸附特性影响研究北大核心

利用电脉冲致裂煤体增渗实验系统,对贵州轿子山煤矿烟煤进行电脉冲致裂实验,并结合工业分析、傅里叶红外光谱测试和等温吸附实验方法,研究了不同击穿电压条件下电脉冲致裂煤体的电流峰值、煤体官能团结构和吸附甲烷能力的演化规律。结果表明:煤样电脉冲击穿煤体的过程主要经历了热击穿、电击穿和残余阶段,同时,击穿煤样的电流峰值随着击穿电压的升高而增大,且呈现指数化趋势;电脉冲击穿煤样的官能团结构发生明显变化,CH吸收峰随着击穿电压的增加而升高,C=C、-CH_(3)、-CH_(2)、-OH吸收峰随击穿电压的提高而降低;电脉冲击穿煤样的甲烷极限吸附量a值都比原煤低,煤样吸附常数b值随击穿电压增加呈现出波动式的变化,表明电脉冲击穿煤体后,明显降低了煤样对甲烷的吸附能力,有利于煤层气的高效开采。     

液氮冷浸前后煤体的微观结构精细化表征方法研究

随着煤层增透技术的发展，液氮冷浸致裂煤体促进瓦斯抽采的研究取得了广泛关注。为研究液氮冷浸对不同煤质煤体微观结构的改造效果，分别采用电镜扫描仪、压汞仪和低温氮吸附仪对液氮冷浸前后不同煤质煤样（贫煤、肥煤和无烟煤）的微观结构进行了联合表征，对比分析了液氮冷浸对不同煤质煤样孔体积、比表面积分布情况的影响。结果表明：液氮冷浸煤体产生的热应力大于煤的抗拉强度，导致煤的微结构破坏，出现微裂隙萌生或颗粒脱落等现象，显著增加煤的透气性；液氮冷浸后不同煤质煤样的总孔体积和比表面积均增大，肥煤总孔体积增长率最小，其次是无烟煤，贫煤总孔体积增长率最大；液氮冷浸促使煤样内部微孔、小孔、中孔及宏孔/裂隙的孔体积均增大，促使煤样内部大孔贯通形成宏孔/裂隙，导致大孔的孔体积减少；液氮冷浸后各煤样的孔比表面积均集中分布在10～100 nm，并有明显的峰值特征；液氮冷浸促使贫煤、肥煤和无烟煤煤样的吸附量增大，且处于中高压区(0.4

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基于高压电脉冲的煤体增透实验台

介绍了一种基于高压电脉冲的煤体增透实验台,详细地描述了实验台的工作原理和各组成系统的功能特性。该实验台由高压脉冲电源、脉冲放电装置、脉冲水激波传递管道、刚性三轴压力室4部分组成,可模拟10 MPa水压、500 m深度原岩应力下的煤体试样钻孔环境,并在此环境下实现最高15 k V的放电实验。该实验台可完成高压电脉冲水激波衰减特性实验、原岩应力下的煤体静态水压致裂实验、原岩应力下的煤体高压电脉冲水压致裂实验等多项研究工作,为高压电脉冲用于煤体增透的应用研究,提供了硬件支持。     

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。     

静电场对煤样吸附瓦斯的影响研究

为研究静电场对瓦斯吸附作用的影响,运用EST802静电发生器对不同煤样分别施加0、4、8、12、16 k V的恒定电压,然后采用WY-98B吸附常数测定仪测定各煤样的瓦斯吸附量及Langmuir吸附常数a、b值。得出:在相同实验条件下,加场前后煤样瓦斯吸附量随电压升高而增加,b值相对a值变化明显,且呈增大趋势;对于不同煤阶不同破坏类型煤样受静电场影响程度上有:中高变质的烟煤大于无烟煤,软煤大于硬煤,且煤岩组分对含瓦斯煤样的电场响应程度影响较大。     

低透气性煤层致裂增透技术应用与展望

为了实现煤层气的工业化利用,分析了三维高压旋转水射流扩孔煤层增透技术、定向分段水力压裂增透技术、高压空气爆破致裂煤层技术的增透效果,应用上述煤层致裂增透新技术后,煤层气抽采量明显增加。高压水通过三维旋转钻头对煤体快速切割迅速破坏煤体,实现对影响区域内煤层气的快速释放;特制封孔器将压裂孔分割为数段,增大压裂面积的同时最大限度地利用高压水能,大幅增加了煤层气的逸出通道;经过加压的高压空气可实现对目标钻孔的连续爆破,大幅增加了煤层的煤层气的逸出通道,经济成本低。由于物理破坏增透方式存在着能量损失大、裂纹扩展方向有一定的随机性、预期方向有一定的偏差等问题,提出研发能溶解部分煤基质溶剂结合物理破坏方式以增加煤层的透气性。     

微波辐射降低硬煤冲击倾向性试验研究

如何有效地改变煤岩体物理力学性质是冲击地压防治领域亟待解决的关键难题,而微波致裂弱化法是解决这一难题的新途径。为探究微波致裂弱化法降低硬煤冲击倾向性的实效性,采用自主研制的微波辐射试验装置与C46.106型MTS电液伺服试验机,开展了煤体微波致裂弱化试验,研究了微波辐射对煤体的动态破坏时间、冲击能量指数、弹性能指数、单轴抗压强度和纵波波速的影响规律,确定了降低煤体冲击倾向性的最优微波参量范围;在此基础上,研究了微波辐射下冲击倾向煤体的损伤致裂效应,分析了微波对煤体的热效应、煤体损伤因子与微波参量之间的变化关系,揭示了煤层巷道微波致裂弱化防冲机理。结果表明:(1)微波致裂弱化法能有效降低或消除煤体冲击倾向性。煤体微波致裂后,煤样峰值强度大幅下降,应力-应变曲线峰后段应力降增多,使峰前积聚的总能量降低且分级释放,煤体由脆性向塑性转变;同时,煤样载荷-时间曲线峰后段表现出多台阶、分级跌落的特征,煤体积蓄的弹性能减少,从而导致煤体各项冲击倾向指标均有不同程度降低。(2)微波辐射对煤体的减冲效果表现为能量阈值现象,而在微波能量恒定条件下高功率-短时间的能量组合更有利于煤体减冲。(3)微波对煤体内...     

高压电脉冲致裂试验及其在煤层气开采中的应用分析

为了分析高压电脉冲致裂作用特征及其对煤层气开发作用,以混凝土试样为试验对象,研究了无应力状态下试样裂隙分布特点及其扩展特征。结果表明,高压电脉冲对试样具有明显的致裂作用;经过高压电脉冲作用后,试样表面出现裂隙网络,其中主裂隙数目为2~4条,长度为25~32cm;试样裂隙从钻孔周围开始,其扩展过程可分为应力积累、缓慢发展、快速发展及破坏4个阶段。高压电脉冲通过液电效应产生的冲击波对试样进行破裂作用,同时冲击波引起的水楔效应等对煤体裂隙的生成也有促进作用。高压电脉冲能够改善瓦斯流动情况,从而提高煤层气产量。     

高压电脉冲对烟煤微观孔隙结构的影响作用

煤体微观孔隙结构特征对瓦斯解吸流动至关重要,本文利用高压脉冲放电碎煤实验系统,对山西红柳煤矿的烟煤进行高压电脉冲击穿实验,结合扫描电镜和液氮吸附法分析煤样击穿前后孔裂隙的表面形态特征和孔结构的分布特征.同时在分形理论的基础上,应用盒子覆盖法分析了扫描电镜图像的分形特征,结合FHH方程计算了击穿前后煤样孔隙的液氮吸附分形...     

超声波功率对煤体损伤特性及能量演化规律的试验研究

为研究超声波致裂对煤体力学损伤特性及能量演化规律的影响，利用电子万能压力试验机、声发射系统、对不同功率超声波致裂煤体进行单轴压缩试验，获得了不同功率超声波致裂煤体力学损伤参数，探究了声发射信号与不同功率致裂煤体损伤参量相互关系，采用盒子分形维数分析了煤体表面裂隙分形特征，阐明了超声波不同功率致裂煤体损伤劣化机制。试验结果表明，随着超声波致裂功率增大，煤体单轴抗压强度、弹性模量逐渐降低，煤体单轴抗压强度损伤参量、弹性模量损伤参量与致裂功率呈线性相关；单轴压缩过程中声发射振铃计数可分为平静期、上升期、波动期3个阶段，随着超声波功率增大，裂纹扩展孕育期时间越短，相对时长占比越小，裂纹扩展增长速率越大，对煤体强度的弱化效果逐渐增强，声发射信号突增现象明显，煤样终态破坏更加破碎，破坏特征随着致裂功率的增大煤体从弹脆性向延–塑性转化；煤体孔裂隙扩展贯通，煤体表面裂隙分形维数损伤参量与致裂功率呈线性正相关，分形维数损伤参量越大，表明煤体裂隙形态越复杂；基于声震参数分析了煤体损伤参量与声发射归一化参数的关系，具有较好拟合关系。以上结果表明，超声波致裂作用对煤体结构造成损伤，使煤层破坏变形，形成复杂的渗...     

SDS溶液改变无烟煤润湿性与冲击产尘粒径分布的实验研究

为了提高无烟煤层注水效果,采用不同浓度的十二烷基硫酸钠(SDS)溶液对无烟煤样进行了浸泡改性,并对浸泡改性前后煤样的表面基团、煤/水动态接触角、自然吸水率以及冲击产尘粒径分布规律进行了测试和分析。结果表明:SDS溶液浸泡改性使无烟煤样润湿性增强,煤/水动态接触角随SDS溶液浓度的增加呈指数规律降低;改性煤样的自然吸水率随着SDS溶液浓度的增加呈指数规律增加。自然煤样和改性煤样在饱水状态下的冲击破碎产尘粒径-质量分布具有分形特征,煤样的自然饱水率越高,受冲击产尘粒径-质量分布的分形维数越小;随着SDS溶液浓度的增大,其改性煤样的冲击产尘粒径-质量分布分形维数减小,即产生的微细粉尘总量减少。     

单颗粒煤岩冲击破碎能耗与粒度分布特性试验研究

为研究原煤进入流化床锅炉前破碎的能量转化规律,在落锤冲击试验台上对淮北无烟煤和淮北烟煤进行单颗粒冲击破碎试验。分析了破碎能耗与原煤以及破碎产物粒度分布的关系,以及破碎产物的粒度分布特性。研究结果表明：随着破碎程度的加深,两种煤比冲击破碎能耗呈指数增大;煤岩颗粒的易碎性随着煤岩初始粒径的增大呈现先增大后减小的趋势;当破碎产物t10值相同时,存在一个最佳的初始原煤粒径,此时的比冲击能耗最小;同等条件下淮北烟煤较淮北无烟煤更容易破碎成细小颗粒;单颗粒冲击破碎产物的粒度分布符合tn曲线族规律,冲击功增大对破碎产物中等粗细颗粒的含量影响较为显著,对微小颗粒含量的影响不大。     

注水对无烟煤受压破坏及块度分布的影响规律

针对煤层注水是否会降低无烟煤综放工作面块煤产出率的问题,采用室内单轴压缩试验的方法,研究了自然含水率和饱和含水率无烟煤样在控制压缩量条件下的受压破坏及其破碎块度分布规律,结果表明：注水降低了无烟煤的峰值强度和弹性模量,增强了无烟煤峰值后的塑性流动性和残余强度|注水使煤受压破坏后的块度分布更加均匀,说明煤层注水可减少综放开采大块度煤量,增加了中块度煤量,小块度及粉煤的量基本无变化|无烟煤受压破碎块度-质量分布符合分形规律,且随着注水含水量的增加,试样破碎后的块度-质量分布的分形维数减小,即提高了煤破碎块度的均匀性。在综放工作面实施煤层注水不仅能软化煤体,提高顶煤放出率,同时也能增加销售价位高的中块度煤量,有助于提高无烟煤生产企业的经济效益。     

冲击荷载作用下的煤岩动力学特性及本构模型

为了研究煤岩的动态破坏特征和动力学损伤特性,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)和应力加载系统,对煤岩试样进行了冲击试验和单轴压缩试验;根据应力-应变试验曲线的特征,在过应力模型上,应用连续损伤理论与统计强度理论,建立了适合煤岩动力学特性的过应力损伤模型。结果表明:动载作用下,当应变率较小时,煤岩破碎方式与静载作用时间具一定的相似性;随着应变率的增大,动载破坏强度显著增大,动态模量先增大后保持不变,塑性变形先增大后减小,应力-应变曲线具有明显的塑性流动特性。采用建立的煤岩过应力损伤模型本构方程对试验曲线进行拟合,通过两者的对比,验证了模型的正确性。     

Electrical breakdown channel locality in high voltage pulse breakage

An experimental study was conducted, in which synthetic samples made of construction grout and pyrite grains were subjected to high voltage pulses in a single-particle and single-pulse mode, in order to investigate the effect of electrical breakdown channel locality on particle breakage behaviour. The data confirm that the locality of electrical breakdown channel dominates the breakage response of particles. When a breakdown channel passes along the axis of a particle, it generates a finer product and produces more cracks/microcracks on the fragments. The electrical breakdown channel locality is controlled by the grains of minerals with high conductivity/permittivity and their location in a particle under the identical machine settings. The outcomes using the synthetic samples are helpful in understanding the breakage behaviour of natural ore particles in electrical comminution.     

干燥及饱和含水煤样超声波特征的实验研究

采用超声波透射法对无烟煤、焦煤和肥煤煤样在干燥及自然饱和吸水状态进行超声波测试实验,利用快速傅里叶变换对超声波信号进行了频谱分析,研究干燥及自然饱和吸水状态下煤样超声波特征。研究结果表明：在干燥或自然饱和吸水状态下,同种煤样的纵波波速相差较小;在干燥和自然饱和吸水两种状态下,无烟煤煤样纵波速度最大,肥煤纵波速度最小,焦煤介于两者之间,煤样纵波速度与其密度呈正相关、与孔隙率和变质程度呈负相关关系。焦煤和肥煤煤样在自然饱和吸水状态下纵波波速高于其在干燥状态下的纵波波速,无烟煤则相反;焦煤和肥煤煤样的纵波波速对水的敏感性大于无烟煤纵波波速对水的敏感性,这是由水分子在煤样孔隙中的运动形式决定的。煤样自然饱和吸水后,其主频率值有所下降,出现“频率漂移”的现象,使其能量多集中在低频部分;在煤样中传播的超声波信号的波速和主频率值能够反映煤样内部的孔隙、微裂隙等结构情况及其含水情况。     

煤矿高压供电线路的线损补偿技术分析

在煤矿企业高压输供电过程中,电能传送和电磁能量转换都是通过电流实现的,电流通过导线或电气设备时会产生损耗。线损是电能在传输过程中所产生的有功、无功电能和电压损失的简称,线损管理是供电线路的一项重要工作,线损率是电力系统规划设计、生产运行、经营管理和企业经济效益水平的综合体现。文章通过对煤炭企业供电网络负荷进行分析整理,针对影响煤矿110kV供电网线损的多种因素,对煤炭企业高压供电网络的理论线损进行了分析与计算,并对煤矿企业110kV供电网的降损措施进行探讨。     

红砂岩受高压电脉冲击穿作用下的破裂行为试验研究

高压脉冲放电破岩具有绿色环保、能量可控的特色,是一种应用前景广阔的新兴岩石破碎技术。通过电击穿试验分析了高压脉冲作用下红砂岩的破裂机制,研究了不同试件尺寸和放电电压下红砂岩的破裂模式及破裂程度。结果表明：高温和冲击波是导致试件破裂的内在机制。高压电脉冲作用下,红砂岩在电极附近由于等离子通道贯通后的迅速膨胀作用形成击穿区,损伤最为严重。击穿区外侧受冲击波的影响出现径向裂纹,冲击波强度足够时可继续诱发试件边界附近出现剥落裂纹。击穿区、径向裂纹及剥落裂纹的形成与试件的尺寸和放电电压密切相关。采用裂纹密度和分形维数两个指标量化分析了高压脉冲作用后试件的破裂程度。随着试件尺寸增加,试件由块状破碎转变成穿孔破坏模式,试件的裂纹密度、裂纹的复杂程度以及分形维数呈现出降低趋势。随着放电电压的增加,试件由穿孔破坏模式转变成块状破碎,其裂纹密度、裂纹的复杂程度和分形维数呈现增加趋势。     

基于高压电脉冲技术的方铅矿石破碎试验研究

高压电技术破碎技术是一种新型晶界破裂技术,具有选择性破碎、污染小、无粉尘的优势。为进一步完善高压电脉冲预处理技术体系,针对辽宁某方铅矿石开展高压电脉冲预处理试验,系统考察了球隙间距、输出电压及脉冲次数等参数对矿石破碎效果的影响。结果表明:对7～5 mm、10～7 mm、12.5～10 mm这3种粒级原料,适宜的高压电脉冲预处理条件为:球隙间距25 mm、输出电压25 k V、脉冲次数150次,此时破碎产品-2 mm粒级产率最高,平均破碎比和粒度分布均匀系数最优。此外,给料粒度越细,破碎产品粒度分布均匀系数越大,粒度分布范围越宽,产品粒度均匀性越差。机械破碎主要通过冲击剪切作用力来减小矿石的粒度,以实现矿物单体解离;而高压电脉冲破碎通过介电常数差异,破坏矿石的内部结构,相界面由此产生的大量裂隙和微裂隙有助于矿石的进一步解离破碎。