煤截割粒度分布规律的分形特征

为寻找煤粒度的分布规律,根据分形理论建立了煤粒度分布的分形表达式,以此为基础,在不同截割条件下进行试验研究,并与威布尔分布作比较,寻找煤破碎特性指数、破碎程度参数、分形维数与影响参数的关系.试验分为3部分：首先,对不同结构参数的截齿、滚筒进行截割试验,根据试验结果对比2种分布函数对煤粒度分布表达的合适性,并对参数间的关系进行探讨;其次,对不同抗压强度(1.43,1.97,2.48 MPa)的模拟煤进行截割试验,寻找2种分布函数与煤抗压强度的关系;最后,通过变化截割运动参数,研究切屑厚度对煤粒度分布的影响及各参数与切屑厚度的关系.研究结果表明：威布尔分布、分形分布均可表示煤粒度的分布规律,但威布尔分布中的煤破碎特性指数、破碎程度参数不能正确反应煤的破碎程度以及与各截割参数间的关系;而分形分布的分形维数可以正确表达煤的破碎程度,并与煤抗压强度、切屑厚度呈线性关系.     

冲击速度对煤岩破碎能量和粒度分布的影响

为研究冲击速度对煤岩破碎能量、粒度分布的影响,根据断裂力学理论建立了煤岩冲击破碎断裂耗能的计算表达式,并建立了煤岩冲击破碎粒度的威布尔分布表达式,以此为基础,研究冲击速度对煤岩破碎能量和粒度分布规律的影响。利用冲击破碎实验台对不同冲击速度的煤岩进行破碎实验,结果表明：冲击速度对煤岩破碎粒度的分布规律影响较小,威布尔分布表达式可以很好的表征不同冲击速度情况下的煤岩破碎质量累积概率,但煤岩破碎特性指数和表征破碎程度的参数随冲击速度增大分别呈指函数上升和下降;煤岩冲击破碎断裂耗能和耗散能都随冲击速度的增大而上升,煤岩冲击破碎的能量利用率随冲击速度增大而减小,且它们之间呈指函数关系,能量耗散率与冲击速度也成指函数关系,但冲击速度越大耗散率越高。     

煤矸颗粒在鼠笼式选择性分离装备中的动力学行为模拟

为研究鼠笼式选择性分离装备在不同滚筒结构情况下对煤矸破碎程度的影响,在软球模型的基础上利用颗粒流二维程序PFC2D建立了分离装备的离散元模型,并对颗粒在不同滚筒结构情况下的动力学行为进行模拟分析。结果表明：滚筒上均匀布置破碎杆数量为6时煤矸破碎程度适中,破碎杆数量为9时难以完成煤矸的破碎,而破碎杆数量为3时煤矸过度破碎。通过实验和模拟结果对比表明：实验结果与模拟分析结果相一致。     

不同冲击比能下煤岩颗粒破碎的分形演化

为研究不同冲击比能对矿岩粒度分布的影响,根据分形理论建立了粒度分形维数与冲击比能的理论模型。利用落重试验机对无烟煤和矸石进行不同冲击比能下破碎试验,结果表明:冲击比能对无烟煤和矸石破碎粒度分布规律影响较小,G-S分布可以很好的表征不同冲击比能下无烟煤和矸石的累积分布规律;粒度分形维数随着冲击比能的增加呈对数增长。通过试验和其他学者的试验数据验证该理论模型的正确性。     

煤和矸石的冲击破碎粒度分布特性

利用冲击式破碎装置,以不同的冲击速度对3个煤矿的煤矸进行冲击破碎试验,对试验结果进行数据拟合,得出煤矸的分布特征函数,以及冲击速度和煤矸硬度对其分布特性的影响。结果表明：煤和矸石的冲击破碎粒度符合Weibull分布,随着冲击速度的增加,煤的破碎特性指数增大,而矸石的破碎特性指数却减小,煤和矸石的破碎程度参数均减小;煤的概率密度分布曲线受冲击速度和煤矸硬度的影响较大,其峰值随着冲击速度的增加显著增大;煤的硬度越低,其峰值增加越显著,粒度分布越窄,且向小粒径方向偏移;矸石的密度分布曲线受冲击速度和矸石硬度的影响较小;利用煤矸粒度概率密度曲线可以判定不同冲击速度和硬度条件下的煤矸分离效果。     

钻井岩屑分形分析的现场应用研究

岩屑是反映地层资料的重要依据,在实验条件下岩石的可钻性与岩屑的分形维数存在明显的相关性,但现场岩屑的几何特征及粒度分布受到钻进过程中多因素的综合影响,不同条件下获得的岩屑粒度分布规律不同。因此采用分形理论对不同工程及地质条件的岩屑进行分析,总结各因素对岩屑分形规律的影响及其影响程度。结果表明:岩屑粒径分布具有良好的分形特征;现场岩屑分形维数是对井下各种因素的综合表现,比较符合实钻情况;等破碎概率Pc是判断钻进效率的参数之一,可通过调整钻进参数降低Pc值,提高机械钻速。     

煤体破碎能的实验研究

利用煤坚固性系数测定仪,通过对2个煤样破碎能进行实验研究,结果表明新表面说、相似说、裂纹说都能解释煤体破碎的机理,其中裂纹说能更好地描述煤体破碎能与块度之间的关系,其破碎比功W与1/槡dm之间呈线性关系。破碎后的煤体具有分形特征,有明显的自相似性,其分维数与破碎能之间呈线性关系。分维数能较好地反映煤的粒度分布规律,根据粒度的大小能估算分维数和煤与瓦斯突出的能量,煤的粒径与分维数之间呈双曲线关系。     

煤矸冲击破碎速度的影响因素研究

为给煤和矸石的选择性破碎分选及破碎装置设计提供理论指导,采用离散元法对煤矸冲击破碎速度的影响因素进行研究。以材料的抗压测试为校核依据,建立了单颗粒煤矸冲击破碎离散元模型,并在自制的冲击实验台上开展单颗粒冲击破碎试验,验证离散元模型的正确性。利用建立的离散元模型研究了煤矸材料参数及圆柱形破碎杆半径对煤矸冲击破碎速度的影响规律,研究结果表明：煤矸冲击破碎速度随材料抗压强度的增加成线性增加,随弹性模量和密度的增加成幂函数形式减小;圆柱形破碎杆的半径越小,越有利于抗压强度有一定差异的煤和矸石的选择性破碎分选。     

井下煤矸分离技术试验研究

为检测井下实施煤矸破碎筛分技术是否可行,利用煤矸破碎筛分装置进行了煤矸分离试验研究.分别选用了不同性质和粒度的煤矸混合物料作为试验材料.通过对多组试验数据的分析研究,得出不同条件下的煤矸破碎分离特性曲线和规律,验证了井下煤矸破碎筛分技术的可行性.     

突出煤样多次冲击作用下的粒度变化特征

实验采用冲击式捣碎法,通过阶梯式增加冲击次数对不同煤样进行多次冲击破碎,再用标准筛分方法对破碎后煤样进行筛分并称重。在大量实验基础上,建立破碎煤粒度分布函数,探讨了煤的破碎功表面学说在多次冲击试验条件下的符合性,总结突出煤样多次冲击作用下的粒度分布规律。结果表明,破碎煤粒度分布函数和实验数据拟合性较好;当冲击次数较小时,煤的破碎功符合表面学说;在多次冲击作用下破碎煤样粒度不会随冲击次数增加而不断减小,而是集中在某一数值范围内,该粒度范围随煤样不同显示出特征性差异。     

不同应变率下煤岩冲击动力试验研究

利用75 mm的分离式霍普金森压杆（SHPB）实验系统,对煤岩进行不同应变率下冲击压缩试验。实验结果表明：煤岩微细观特征复杂,离散性强;煤岩在低应变率下多呈轴向劈裂破坏,高应变率下呈现出压碎破坏;冲击过程中能量随着应变率的增大而增大,耗散能与应变率基本呈弱幂函数关系或线性分布关系;煤岩破碎块度分维与应变率呈线性相关,分形维数在1.7~2.2范围内,应变率越大,块度越小,分形维数越大,煤岩耗散能量越大。     

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。     

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。     

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。     

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。     

冲击载荷作用下煤岩破碎与耗能规律实验研究

为了探索煤岩在冲击过程中的破坏特征和能量耗散规律,利用Φ75 mm霍普金森压杆(SHPB)实验装置,对煤岩试件进行不同应变率条件下的冲击压缩实验,分析了冲击加载速率对煤岩破碎耗能和块度分布的影响。实验结果表明:在实验应变率范围内,随着子弹速度的提高,应变率和应力波携带的能量均呈线性增长,而煤岩破碎耗散能则呈指数上升。通过对实验碎块进行块度分维,发现随着应变率的提高,试件的耗散能密度快速增大,煤岩碎块的分形维数就越大,块度越细,破坏的程度越剧烈。分形维数与应变率及耗散能密度之间呈对数增长的关系,即分形维数增大的趋势变缓。     

静载荷作用下颗粒破碎的分形统计规律研究

矿石颗粒外形的不规则、粒度的不均匀等因素致其与破碎设备的实际接触面积无法测定,导致单颗粒破碎时的实际破碎强度无法测定。为解决这一技术难点,对广西某碳酸锰矿石进行了单颗粒破碎及筛分研究,采用分形的方法,从单颗粒破碎后的分形维数入手,建立了单颗粒破碎过程中的实际抗压强度与颗粒粒径、分形维数之间的关系。结果表明：原料、返砂物料的单颗粒破碎后粒径的分形维数存在较大差异,建立了实际抗压强度与颗粒本身的单轴极限抗压强度、颗粒粒径、分形维数之间的函数关系式,利用统计规律有效地解决了工程颗粒实际破碎强度的计算问题。