中低温相变储能技术研究与应用现状

相变储能技术作为解决能源供应时间与空间矛盾的有效手段,是提高能源回收和利用率的重要途径之一,在太阳能热利用、工业余热回收、建筑节能等领域具有广泛的应用前景。从相变材料的选取和相变储能装置2个方面对中低温相变储能技术的研究进行了综述,总结了中低温相变材料在当前应用中存在的问题,并对其发展趋势进行了展望。     

深部硬岩可切割性及非爆机械化破岩实践

为了系统地认识应力条件、矿岩特性和破岩参数等因素对深部硬岩截割特性的影响,梳理并总结了以往关于深部硬岩截割特性室内试验及非爆机械化破岩现场实践工作。根据3种应力环境对镐型截齿静态和动静组合破岩特性的影响,结合构建的截齿破岩峰值载荷理论及回归模型,发现硬岩在较低围压或无围压条件下具有安全高效的破碎表现;根据高单轴围压下截齿破岩扰动诱发岩爆的过程和机理,揭示了采矿过程中由开采扰动诱发高应力矿柱岩爆的发生机制;基于加卸荷诱导损伤、预切槽和预钻孔等人为诱导缺陷对镐型截齿破岩特性的影响研究,得到人为诱导缺陷可有效提高硬岩的可切割性,获得了改善硬岩可切割性的成套方法;现场试验了多种机械化破岩方法,提出了基于应力解除和动静组合破岩的预切槽硬岩矿体旋转振动连续截割设备及其施工工艺。研究结果可为深部硬岩矿体非爆机械化规模开采提供理论基础和现场实践经验。     

岩石破碎方法的研究现状及展望

综述了机械破岩(冲击破岩、切削破岩和冲击-切削破岩)和非机械破岩(水力破岩、热-机碎岩、贯通锥形断裂破岩、激光破岩、微波破岩、等离子破岩和电子束破岩)两种岩石破碎方法的研究现状,分析了各自的优缺点,对我国岩石破碎研究的发展趋势进行了展望。     

微波辅助破岩新技术在非煤矿的应用

随着现代工业科技的迅速发展,岩石破碎工艺中出现了微波辅助破岩这一新技术发展趋势。本文分析了微波破岩的原理,介绍了微波辅助与掘进机联合破岩、微波辅助与水力联合破岩两种新的工艺技术在非煤矿中的研究应用,并且提出微波诱导崩落法这一新的采矿方法,微波辅助破岩新技术在非煤矿中应用的发展前景可观。     

太阳能系统的蓄热技术综述

蓄热、蓄能是发展太阳能系统的关键技术问题。针对太阳能具有的稀薄性、间歇性和不可靠性,介绍了短期蓄热、季节性蓄热、显热蓄热、化学反应蓄热、相变蓄热等几种太阳能蓄热技术,分析了国内外对蓄热技术的研究现状。分析认为,相变材料的导热率和相变蓄热技术的应用成本是未来相关研究的主要方向。     

复合定形相变材料的封装及应用研究新进展

有机相变材料具有热存储密度高、自身温度和体积变化小、腐蚀性小和化学性质稳定等优点,能有效提升不可再生能源的利用率,是一种绿色节能环保材料,在新能源开发和热能储存领域起着至关重要的作用。然而,有机相变储能材料普遍存在相变过程中熔融泄漏和热导率低的问题,严重制约了相变材料的实际应用。因此,相变材料的封装定形和导热强化成为近年来的研究热点。本文针对有机相变材料普遍存在的泄漏和热导率低问题,综述了有机相变材料的封装技术和导热强化技术的基本方法及最新研究成果,并总结了复合相变储能材料的能量转换机理,浅谈了复合定形相变储能材料在建筑节能、太阳能和电子设备等领域的应用情况。最后,对未来复合定形相变储能材料发展的研究重点和方向进行了展望。      

岩石动力学在工程爆破中的研究现状与展望

冲击荷载作为岩石动力学领域中主要的外部荷载形式,在开展岩石动力学研究时,惯性效应(波效应)必须加以考虑,需要将应力波作为理论研究的基础以此对岩石动力学进行探究。然而,岩石在长期的地质运动作用下,其不均匀性、各向异性明显,且其内部发育有大量的节理、裂隙等缺陷,因此基于应力波的岩石动力学理论需要随之发展与完善。研究主要就岩石动力学部分理论发展、数值模拟手段的进步和工程应用三方面进行了说明,并对岩石动力学发展方向进行了展望。     

新型破岩装置发射特性的理论研究

通过对新型水力破岩装置--水炮发射特性作系统的理论分析,提出了脉冲水炮发射特性方程的数值分析方法,得出水炮破岩效果与喷嘴直径、活塞初速度等参数之间的关系,为水炮的设计和研制提供了一定的理论依据.     

多排同段爆破技术的应用及其机理探讨

本文简要的介绍了狮子山铜矿多排同段爆破技术的应用情况:对这种方法的破岩机理起爆特点进行了分析,提出了看法,并讨论了这种方法的实用性和研究方向。     

盾构刀具冲击破岩传递过程研究

为研究滚刀冲击破岩的传递过程,以盾构机冲击破岩试验台滚刀为研究对象,通过静力加载分析得到滚刀刀轴刚度与刀圈变形量.在振动理论建模的基础上,通过ADAMS对滚刀进行动力学仿真,并对仿真振动信号进行相关性分析.最后在盾构机滚刀冲击破岩试验台上验证了研究结果.研究表明:滚刀冲击振动经过刀体以后衰减与畸变极小,对滚刀施加的冲击振动有97!能够传递给岩石.随着冲击动载荷的增大,滚刀受到的总载荷增大,滚刀侵入深度增大.同时大理岩的破碎块增大,破碎重量增加.     

FRACOD Modeling of Rock Fracturing and Permeability Change in Excavation-Damaged Zones

The characterization of the excavation-damaged zone (EDZ) around an underground excavation is a major research topic for deep geological disposal of medium- to high-level radioactive waste. Rock fracturing because of excavation and thermal loading and its resultant rock mass permeability change in the EDZ are important for construction projects and long-term safety. A new function to predict rock mass permeability change in fractured rocks has been developed and added to the existing fracture mechanics code FRACOD. The new functions in FRACOD have been applied to predict the extent of EDZ and permeability change in the vicinity of the tunnel sealing experiment (TSX) tunnel of the Underground Research Laboratory (Canada), the zone of excavation disturbance experiments (ZEDEX) tunnel of the ?sp? Hard Rock Laboratory (Sweden), and the deposition tunnels in crystalline and sedimentary rocks (Japan). The predicted EDZ and its permeability are consistent with the measurement data of the TSX tunnel and ZEDEX tunnel. The results from both tests indicate that FRACOD with the new function is capable of realistically predicting the EDZ and permeability change.     

水力压裂技术在地下资源开采中的应用

水力压裂是一项多学科交叉的复杂工程技术,是利用液体的传压作用,经地面设备将压裂液注入地下煤层或岩层,压开煤层或岩石的裂缝,形成多条具有高导流能力的渗流带,沟通储层的裂隙,达到高效开采资源的目的。论文在总结水力压裂技术在开采低渗透储层的煤层气和石油过程中应用的基础上,分析了该技术在应用过程中存在的裂缝监测困难、数学模型不合理等一系列问题,提出了水力压裂技术发展的一些积极建议。     

露天转地下开采次生应力场的有限元模拟研究

露天转地下开采是采掘业发展的趋势之一。受露天开采的影响 ,在露天坑周围岩体已形成较大范围的次生应力场 ,应力变化以压应力释放为主 ,局部产生应力集中 ;在此基础上进行地下开采 ,将形成更为复杂的次生应力场。大冶铁矿露天转地下的首采矿段是位于露天边坡内的挂帮矿体 ,情况特殊。本文运用三维有限元数值模拟的方法研究了首采矿段西部从 - 2 4m至 - 48m高程内三个分段开挖所引起的新的次生应力场的变化规律 ,表明矿岩体应力进一步释放 ,其破坏机理以受拉破坏为主 ,压应力集中通常不造成对岩体的破坏 ,圈定了可能出现破坏的范围 ,提出了相应的安全技术措施 ,为矿山安全生产提供了科学的指导。     

基于粒状铵油炸药的巷道光面爆破技术及应用

某铜矿矿(岩)体层理裂隙发育,巷道掘进爆破施工过程中,卷装乳化炸药装药有时比较困难,爆破效果较差。在总结巷道掘进施工问题的基础上,提出采用光面爆破技术,进行巷道掘进爆破,巷道成型较好,但装药效率低、成本偏高等。将散装粒状铵油炸药应用于掘进爆破中,通过理论分析,结合试验验证后,进行全面推广。应用结果表明:将粒状铵油炸药应用于巷道光面爆破中,能有效提高装药效率,爆破效果更趋于稳定,同时达到了降本增效的效果,取得了很好的经济和社会效益,也为在国内巷道掘进中的推广应用提供了一定的借鉴。     

微扰动作用下预静载硬岩的断裂特性研究

为了研究预静载条件下硬岩在微扰动作用下的断裂特性变化规律,采用花岗岩制作中心直裂纹巴西圆盘(CSTBD)试样,在MTS Landmark电液伺服试验机上,利用圆弧形加载方式,进行硬岩在平行于预制裂纹方向的预静载荷和微扰动载荷的组合作用下的断裂特性研究。设定预静载荷水平为常规准静态断裂载荷的90%,设定微扰动载荷幅值为常规断裂载荷值的10%,下限为常规断裂载荷的80%,上限为常规断裂载荷值。扰动频率分别为1 Hz、5 Hz、10 Hz、20 Hz、30 Hz、50 Hz和70 Hz。研究结果表明:在预静载加载段,岩石试样内部沿预制裂纹方向新的裂纹已经产生发展,并且裂纹扩展的速度随着载荷的增大而增大;在扰动载荷加载段,随着扰动次数的增加,裂纹扩展的速度越来越慢,岩石损伤程度逐渐积累;在断裂破坏段,岩石损伤程度超过了承受极限,裂纹贯穿沿预制裂纹方向贯穿试样,岩石断裂破坏;在预静载作用下,试样已经处于临界失稳状态,扰动作用会诱发试样的断裂失稳破坏,扰动频率超过10 Hz后,减韧效应随着扰动频率的提高并不明显,扰动使得试样的总体变形量有减小的趋势。     

非均质岩石破裂及声发射演化数值模拟

在应变软化本构模型的基础上,考虑岩石材料非均质性和损伤过程中力学性质的弱化特性,建立了非均质岩石损伤软化本构模型,推导了损伤软化本构模型的差分格式,在VC++环境下实现了损伤软化本构模型在FLAC3D中的二次开发。研究了不同均质度对岩石变形强度等力学特性的影响,以及岩石破坏过程中的声发射演化特性。研究表明：随着岩石均质度的增高,岩石的破坏过程由延性向脆性转化,岩石峰值强度和峰值应变不断增大,而残余强度降低;当岩石均质度较低时,岩石破坏剪切带的形成会发生滞后,随着均质度的增加,单轴加载条件下岩石声发射体现出由强度低、频率高向强度高、频率低转化的特性,并表现出群震型、前震—主震—余震型和主震型3种典型模式。     

基于裂纹扩展模型的脆性岩石破裂特征及力学性能研究

为了探究初始微裂纹参数分布对岩石破裂特征及力学性能的影响,进一步系统地了解脆性岩石破裂演化过程,依据线弹性断裂力学理论,建立了非均质性二维细观弹性损伤模型,并运用FLAC^2D数值分析软件,数值模拟研究了单轴压缩条件下不同形态岩石试样的破裂过程。研究结果表明,当初始微裂纹长度和角度服从不同的随机分布时,岩石材料表现出不同的破裂特征,其中初始微裂纹长度和角度均服从正态分布时,岩石破裂区域较完整;初始微裂纹长度或角度服从均匀分布和指数分布时,岩石破裂区域较分散;初始微裂纹角度对于解释脆性岩石单轴抗压试验时岩石试样出现剪切破坏和劈裂破坏的原因具有一定的指导意义,且当初始微裂纹角度均值ɑ=45°时,模型具有最小的峰值强度和轴向最大应变。模型还模拟了脆性岩石单轴抗压试验、巴西劈裂试验和断裂韧度试验的演化过程,模拟结果与试验结果具有较高的一致性。     

诱导巷道的围岩松动破坏区数值研究

当前多数矿山已进入深部开采,而深部硬岩具有高储能、受扰动易破坏的特征,根据这些特点,在矿体中布置巷道诱导岩体破裂,为后续机械开采提供可能。以贵州开阳磷矿为工程背景,利用FLAC^3D软件模拟深部巷道开挖,研究断面形状、地应力水平和侧压系数对巷道开挖的影响,从而得出岩体的破裂规律。数值模拟结果表明：巷道断面形状对围岩变形影响较大,而矩形巷道周围岩体产生的位移和塑性破坏区均最大;巷道位移和塑性破坏区随应力水平的增加而增大;围岩破坏和位移随侧压系数的增大表现出先减小后增大的趋势。在高应力水平和高侧压系数下,采用矩形断面方式开挖巷道,围岩产生的位移和塑性破坏区最大,致裂效果最好,有利于机械切割回采。     

循环扰动荷载作用下花岗岩中裂隙萌生扩展过程的颗粒流模拟

从细观角度、采用颗粒离散元法开展了预制裂隙花岗岩循环加卸载的数值模拟试验。首先,使用图像处理技术识别花岗岩中的不同细观组分、结合室内单轴压缩试验结果对细观力学参数进行了标定。然后,通过编制颗粒流代码追踪裂隙的类型和扩展过程,分析岩石破坏过程中裂隙发展的阶段性特征。结果表明:不同倾角裂隙岩石的新生裂隙走向与预制裂隙贯通方向基本一致;根据新生裂隙的优势倾向分组得到裂隙起裂角与预制裂隙倾角的关系:倾角β≤45°时剪切和张拉裂隙的起裂角单调递减,倾角β≥60°时剪切和张拉裂隙的起裂角单调递增;循环扰动荷载增加了裂隙岩体的轴向变形,轴向累积残余应变曲线呈反S形、提高扰动荷载应力上限促使曲线进入加速阶段;试件峰值强度随裂隙倾角增大表现出先减小后增大的趋势,峰值强度为实验室完整岩石单轴抗压强度的63% ~ 89%,反映了较为明显的劣化现象;在循环荷载作用下,剪切裂隙和张拉裂隙增长曲线表现出明显的变化特点,在裂隙不稳定扩展阶段中张拉裂隙数目增长速率显著大于剪切裂隙,对分析岩石变形破坏过程具有一定的参考意义。