煤矿微震监测定位系统的设计与研究

针对目前智慧矿山等使用场合设计了一种微震监测定位系统,该系统以STM32F103作为主控芯片,实现对各模块的控制和对数据的运算与分析,其中对TDOA定位算法进行改进,硬件上加入移动模块对误差进行消除,数据处理中引入DBSCAN算法消除离群点。试验结果表明,整个系统实现了微震监测与定位功能的协同一体,监测信号复现完好以及平面上微震源定位准确度较高,能够起到定位预警和减少微震带来灾害的作用,同时降低了系统成本,达成了预期目标。     

热解无烟煤微细观孔裂隙结构随温度的演化规律

基于高精度显微CT技术,对不同温度条件下?7 mm×10 mm晋城无烟煤的微细观孔裂隙结构的演化规律进行研究,通过MATLAB与AVIZO相结合对孔裂隙进行三维重构,并对其三维孔裂隙特征参数进行定量分析研究,结果表明:晋城无烟煤在常温到600℃的低温热解条件下,(1)温度低于200℃时,在热破裂的作用下,孔裂隙结构缓慢变化;200℃后无烟煤发生热解,孔径大于1 000μm的裂隙数量先增加后减少,单条裂隙的最大直径和体积逐渐增加。300℃时,裂隙数量最多,温度达到600℃时,裂隙相互搭接连通,裂隙数量最少,单条裂隙直径最大,体积最大,裂隙发育贯通,连通性最好。(2)随着温度的升高,晋城无烟煤孔隙度呈上升趋势,100～200℃和400～600℃,孔隙度增加较快;分形维数呈现3个阶段,常温～300℃分形维数快速增大,300～500℃缓慢减小,500～600℃又增大。(3) 300℃是无烟煤低温热解过程中的一个转折温度,该温度,大裂隙相互贯通,孔隙度为36.7%,孔裂隙的表面积分形维数达到最大2.236,渗透性已经达到完全渗透的指标,所以,对于无烟煤来说,注热增渗可以考虑加热到300℃。     

焦煤孔隙结构形态的实验研究

利用微焦点显微CT技术和压汞法分别对东曲2号焦煤的孔隙结构进行测试,综合分析两种方法所测结果,从孔隙连通性和尺度两个方面,全面研究了2号焦煤的孔隙结构和形态特征。研究表明:2号焦煤的孔隙率为17.2%,连通的开放孔隙占27.04%,封闭孔隙占72.96%;孔径大于0.64 μm的孔占67.74％,孔径介于0.64 μm和7.50 nm的孔占32.26%,但比表面积占总比表面积的93.4%,煤中微孔径的孔数量很大;大量微孔径孔和封闭孔的存在导致煤体渗透性、连通性很差。东曲2号煤的封闭孔多呈圆形、葫芦形和不规则形,孔隙壁厚,连通团呈镂空的雪片状,相互连通的吼道小且少。     

常规矿井水处理石英砂过滤池研究与数值模拟

用CFD软件fluent建立多孔介质的石英砂过滤池模型,并基于标准k-ε湍流模型对内部流场进行单相流动数值模拟,探究不同入口速度、滤层厚度对滤层流场静压分布、速度分布、过滤压降的影响。     

井下净水站过滤装置液压系统设计与建模仿真研究

对煤矿井下净水站过滤装置进行了研究,介绍了过滤装置结构组成。设计了能使四级过滤装置在不断供水的情况下,实现正向与反向冲洗的液压系统;设计了能使液压马达在缝隙式过滤器和纤维滤料L、R罐冲洗时提供合适转速的液压油路系统。利用AMEsim软件,对所设计的液压系统和液压油路系统进行建模仿真,分析了纤维滤料L、R罐和折叠式过滤器的流量-时间曲线,分析了液压马达转速-时间曲线,结果表明,所设计的液压系统和液压油路系统满足使用要求。     

地应力约束下米级油页岩高温蒸汽压裂与渗流-传热特征

为了探明高温蒸汽原位压裂油页岩的过程与机理,评价高温蒸汽沿着压裂裂缝热解矿层过程中温压时空演变规律,以大尺寸(米级)油页岩作为研究对象,采用实验室物理模拟的方法研究了在地应力约束下油页岩储层在高温蒸汽持续作用下表现的宏观压裂-渗流-传热特性.试验结果显示：高温蒸汽压裂需要克服地层应力和热应力叠加的约束作用,起裂压力值高,可达地应力的2倍;油页岩顶底板致密低渗,可以对压裂矿层起到较好的保温和隔热作用,热解区域完全靠蒸汽的流动规律控制;高温蒸汽沿着压裂裂缝热解矿层过程中,蒸汽压力(最大0.97 MPa)要远低于地层应力(3.82 MPa),当蒸汽沟通注热井和生产井时,二者的压力表现出协同一致的变化特征.在低地应力油页岩原位注热开采过程中,可以采用高温蒸汽压裂技术,压裂后矿层渗流通道良好,在矿层中注入较低压力的蒸汽便可实现大范围热解,通过注热井和生产井的轮换和调控,可以快速控制热解区域的走向.     

显微CT试验技术与花岗岩热破裂特征的细观研究

详细介绍太原理工大学与中国工程物理研究院应用电子学研究所共同研制的μCT225kVFCB型高精度显微CT试验系统的结构与工作原理,该试验机的最大功率为320 W,放大倍数为1～400倍,可分辨1～2 μm大小的孔隙及裂隙,为金属及非金属材料的细观试验分析提供了更高精度的试验设备.采用该系统进行花岗岩在常温到500℃高温下的三维细观破裂显微观测,揭示出花岗岩晶体颗粒尺寸为100～300 μm的不规则空间结构体.热作用下,随温度升高,花岗岩的热破裂逐渐演化与发展,200℃时,已可见到极少数很小的微裂纹出现.300℃时,部分裂纹搭接形成较大裂纹,裂纹长度增加10倍左右.500℃时,包围花岗岩晶体颗粒的封闭多边形裂纹几乎全部形成,使花岗岩呈现糜棱状的晶体颗粒结构体,90%以上是沿岩石颗粒周边弱的胶结界面上发生的.仅有极少数热破裂裂纹是穿越岩石颗粒的,其概率在10%以下.     

微焦点显微CT机在岩石微细观结构中的应用

采用焦点尺寸＜3μm,分辨率0.5 μm,密度分辨率0.3％的显微CT系统,研究岩石微细观结构.研究了煤岩、油页岩、花岗岩在不同温度下的孔裂隙结构和钙芒硝的水溶过程,结果表明:1)随温度的增加,煤体孔隙率、连通团大小呈先增后减变化,逾渗转变发生在230～250℃.2)花岗岩在高温时形成包围花岗岩晶体颗粒的封闭多边形裂纹,裂纹多产生于颗粒之间,有少部分穿晶裂纹,且穿晶裂纹的比例随温度的升高而增大.3)钙芒硝的溶解速度与时间呈反比关系,溶解时间越长,速度越慢.     

不同温度下褐煤裂隙演化的显微CT试验研究

利用显微CT系统直观地研究褐煤从20℃～600℃裂纹的演化扩展过程,对原生裂纹和新生微裂纹的扩展演化进行详细的分析研究。研究结果表明:20℃～100℃,褐煤热破裂程度中等,只有很少的微裂纹产生;100℃～300℃热破裂剧烈,原生裂纹扩展延伸,且产生许多微裂纹,新旧裂纹扩展、延伸、搭接形成裂隙网络;300℃～500℃裂纹的扩展很缓慢;500℃～600℃,裂纹有闭合的趋势。随温度升高,微裂纹易沿层理方向产生于软煤质中,止裂于硬质带边缘,部分垂直层理方向的裂纹会在硬质带边缘分叉后沿层理方向扩展,裂纹沿层理方向的扩展速度远大于垂直层理方向的。     

微焦点显微CT在煤岩热解中的应用

详细介绍了μ225 kV微焦点显微CT试验系统的结构及功能,该试验系统的焦点尺寸＜3 μm,分辨率达到0.5 μm,密度分辨率达到0.3%,是目前国内较为先进的显微CT系统,为岩石的微细观研究提供了先进的试验设备。利用该试验系统详细地研究了煤岩在不同温度下孔隙裂隙结构的演化发展过程,研究结果表明：无烟煤在常温~600 ℃的热解过程中,孔隙结构参数先增加后减小,100～200 ℃孔隙结构变化最剧烈,小孔和大孔都增加,煤体连通性增加; 500～600 ℃孔隙率、比表面积减小,连通性下降;无烟煤在常温~600 ℃的热解过程中,在200 ℃集中产生了大量裂隙,裂隙分维数最大,随温度的升高,裂隙分维数不断减小,裂隙以“扩展-搭接-连通”为主。