深部矿井水平方螺旋形埋管充填体换热器及其耦合热泵系统性能研究

深部矿井蕴藏着大量地热资源,功能性充填体技术将深部采矿和深部地热开采相结合,实现矿产和地热资源开发共赢,是延长深部矿山寿命的重要举措。本文在分析了国内外充填矿井通过埋管提取地热资源现状基础上,提出了一种水平方螺旋形埋管充填体换热器（Square-spiral-type backfill heat exchangers,S-S BHE）。考虑到地下水渗流对矿井埋管充填体换热器（Backfill heat exchangers,BHE）取热影响显著但前期研究相对不足,利用COMSOL软件建立了三维非稳态BHE热渗耦合模型并验证了其可靠性。在此基础上,建立了埋管充填体换热器耦合热泵（Backfill heat exchangers coupled heat pump,BHECHP）数学模型及四个综合评价指标。首先,在相同几何条件和物理条件下,对比分析了S-S BHE与两种典型蛇形BHE的性能,结果表明:S-S BHE的综合评价指标均优于蛇形BHE,且在较高渗流条件下优势更加显著。其次,研究了管内流速、管间距、渗流速度和入口水温对S-S BHE及其耦合热泵特性的影响规律,研究发现:管内流速和渗流速度对综合评价指标的影响最为显著,管内流速越高,单位管长平均换热功率越高,但制热季节能效明显降低。分析认为管内流速存在0.4～0.6 m·s–1的最优区间,此时管内循环水流动处于从过渡区向旺盛湍流转变。渗流速度在小于10–6 m·s–1时的影响可以忽略不计,在10–6～10–5 m·s–1的常见渗流范围内,综合评价指标均呈线性递增的趋势。最后,对方螺旋形埋管充填体换热器耦合热泵（Square-spiral-type backfill heat exchangers coupled heat pump,S-S BHECHP）进行了生态评价。通过与传统供暖方式对比发现:采用S-S BHECHP的供暖方式具有显著的节能降碳效果,一次能源消费和碳排放量比蓄热式电锅炉、燃煤锅炉和空气源热泵相应降低了83.39%、61.57%和56.84%。本研究结果展示了方螺旋形BHE和BHECHP的优良性能,为蓄热储能式功能性充填在深部矿井的应用与探索提供了理论指导。      

低应变速率对Q235和20MnSi钢强度的影响

研究了应变速率对煤巷锚杆用Q235钢、热轧和淬火高温回火20MnSi钢力学性能的影响.发现与常规拉力试验相比(应变速率为2.5×(10-4～10-3)s-1),当应变速率为4.6×10-6s-1时,Q235钢屈服强度降低14%～18%,热轧和淬火高温回火的20MnSi钢屈服强度分别降低4%和1%.分析了应变速率对钢强度的影响.研究结果对于在岩石蠕变条件下工作的煤巷锚杆的设计、选材和使用具有重要意义.     

河北滦平县发现新铂族矿物

我国矿物学家於祖相日前在河北省滦平县发现第15种铂族新矿物——“李四光矿”，并得到国际新矿物委员会与矿产物命名委员会主席签名的批准书。76岁的於祖相是中国地质科学院地质研究所研究员。1／2世纪以来，於祖相一直研究铂族矿物，共发现铂族矿物15种，位居全球发现者榜首。这次於祖相在滦平县三道沟铜矿石系中发现的“李四光矿”，主要富集在较深部矿体中，是二种有工业价值的铂床，具有较高的经济与科学价值。     

基于Hoek-Brown准则的深部岩体力学参数及其应用

基于Hoek-Brown经验强度准则,采用最小二乘法拟合出岩体力学强度参数,并与H-B_02ed推荐的等面积拟合结果进行对比,结果发现两种拟合方法得出的岩体内摩擦角数值相差很小,但等面积拟合法得出的黏聚力强度远高于最小二乘拟合法。将两种强度参数拟合结果应用于深部矿体开采的数值模拟,发现采用最小二乘拟合法的岩体强度参数其模拟结果更接近工程实际。该方法对深部岩体力学参数的确定具有一定的借鉴意义。     

我国煤巷掘进装备现状及发展趋势

介绍了中国煤巷掘进装备即掘进机组、连续采煤机组、掘锚机组、全液压钻车机组的组成及性能,分析了这几种装备的适用条件和技术特点,指出中国煤巷掘进装备的发展趋势:采用掘进支护平行作业实现掘锚机组快速掘进作业线;采用全断面掘进技术提高掘进效率;采用先进的自动化和信息化技术实现无人化作业。     

工矿企业安全生产的实验与探讨——以煤巷架棚支护预留顶煤为例

象山矿井可采煤层11#煤,采用放顶煤开采。煤层厚度约为4.5m,采面顺槽均沿煤层底板掘进,架设9m2U型金属支架进行支护。这是一种待压状态下的支护,属于被动支护。由于11#煤层结构复杂,煤质偏软,大多数为粉末状结构,煤的硬度系数f值为0.3-0.5,流变性强,煤层伪顶为泥岩或泥质粉砂岩,极易垮落,掘进时工作面迎头易片帮、漏顶,漏顶后若支架顶部接顶不实,支架上部可能存在着很大的冲击荷载危险,从而导致顶板事故。漏顶后需用圆木进行接顶,致使材料费用增加、且严重影响了施工进度。为了有效控制好支架上部的顶煤,我队在1101运输巷掘进工作面进行了实验研究,经过试验,收到了良好的效果,解决了顶煤留设问题,使安全生产得以顺利进行。     

深部硐室围岩分区破裂化现象数值模拟研究

围绕深部岩体工程的分区破裂化现象,通过数值模拟方法研究了深部硐室围岩分区破裂化现象产生的力学机理及其应力的变化规律。针对深部圆形硐室围岩,分别对应力状态PyPx、Py=Px、PyPx进行数值模拟,发现了深部围岩产生的应力集中现象。当应力集中的应力值超过岩石的强度时,就会产生分区破裂化现象。     

鄂尔多斯盆地东缘深部煤层气勘探突破及未来面临的挑战与对策——以临兴—神府区块为例

煤层气作为非常规油气领域的重要接替能源其潜力巨大,其中,鄂尔多斯盆地深部煤层发育规模良好,但盆地东缘复杂的地质和工程条件制约了煤层气勘探开发的进程。以临兴—神府区块为例,基于已钻井资料、岩心分析资料及排采动态数据,对鄂尔多斯盆地深部煤层沉积和成藏地质特征、生产特征及压裂开采工艺等科学问题进行了探讨。研究结果表明深部煤层中半亮煤、半暗煤均有发育,以原生结构为主;深部煤层气藏具有含气饱和度高、储层能量足、煤体结构有利的特点;厘定了深部煤层气的“甜点区”评价的两个核心指标,即资源性(煤储层能量)和可压性(构造、垂向裂隙带、顶底板与煤层应力差);建立了分形理论定量化+数值模拟表征裂缝复杂程度的新方法,形成了“密切割+大排量+组合支撑剂+前置酸+变黏滑溜水”极限体积水平井分段压裂技术体系;落实了深部煤层的两个产气量控制参数(含气饱和度、含气量),根据产气量特征可将生产井分为压后自喷、排采即见气和常规排采3类。深部煤层气的规模效益开发亟需攻关深部煤层的排烃赋存过程、确定“甜点”富集区的边界条件、研究深部煤层的力学性质与体积改造等基础问题,持续强化地质—工程—排采一体化技术管理,创新企地融合和管理模...     

试论隐伏金属矿勘查的技术调整

我国金属矿勘查已进入寻找隐伏矿的新阶段．勘套技术和组织结构应作必要的调整．才能适应这一新的形势。传统习惯和专业偏见应予以克服．使地质物化探工作得到最佳的协测．使物化探充分发挥找深部矿的主力军作用。只有利用大量定量的物化探数据，并依据新的地质成矿理论模型．才能找到深部矿体。管理体制的改革和充分的投资将是完成上述任务的保证。     

高陡边坡深部卸荷张拉裂缝的成因机制探讨

在高地应力地区,一些特定的高陡边坡,其内部发育有大量的深部张拉裂缝,水平深度可达200 ~300 m,甚至更深,超出了工程经验中对卸荷改造规律的认识,合理解释这一特殊的工程地质现象成为工程地质学的新课题。通过对前人研究成果的分析和总结,从边坡岩体的赋存环境、岩体结构和地质构造等方面,对深部张拉裂缝的成因机制进行了进一步的探讨。从现阶段的研究结果看,这种深部卸荷张拉裂缝对边坡稳定性只是产生局部的影响,但这些深部裂缝在内动力作用或充水的条件下,裂缝可能会进一步扩大发展,对边坡的稳定性起到控制作用。