EGR对二甲醚发动机非法规污染物排放特性影响的研究

在一台2102QB型柴油机上用气相色谱检测法研究了燃用二甲醚时甲醛、二甲醚和甲酸甲酯等非法规污染物的排放特性,并研究了废气再循环(EGR)率对非法规排放物的影响规律。试验结果表明:二甲醚发动机的未燃二甲醚比排放较大,最大达到0.75g/(kW·h);甲醛和甲酸甲酯比排放相当且比二甲醚比排放低一个数量级,最大值分别为0.091g/(kW·h)和0.061g/(kW·h)。随着转速增加,二甲醚比排放降低,而甲醛的比排放先升高后降低;随着负荷增加,二甲醚、甲醛甲酸甲酯的比排放均降低。引入EGR以后,二甲醚比排放增加,但负荷越高增加量越少;甲醛呈现先增加后降低的趋势,且当负荷率小于40%时变化较为明显;甲酸甲酯呈现出典型低温氧化中间产物特征,随EGR率的增加呈现明显的先增加后降低的趋势。     

考虑瓦斯吸附作用的真三轴煤体剪切渗流特性试验研究

在煤炭资源科学开采过程中,煤层内部伴有复杂的瓦斯运移行为,其常处于真三轴应力状态,而当前物理试验不能反映瓦斯吸附饱和煤体的真实受力的动态状况,为此,利用自主研制的真三轴气-固耦合煤体渗流试验系统,开展了以甲烷和氦气作为吸附介质、渗流介质的煤体吸附渗流试验,对比分析了甲烷吸附在真三轴应力环境中对煤体变形和渗透率等影响的作用机理。试验结果表明:1)与氦气吸附试验定量对比分析可知,甲烷吸附作用受围压性质影响,在柔性围压一侧容易产生膨胀变形,而在刚性围压一侧产生微小变形;2)在不同的真三轴剪切应力环境中,中间主应力越大,煤体最小主应力方向上的应变速率越大;3)中间主应力效应具有双重作用,中间主应力效应与围压效应存在差异,当中间主应力超过一定的应力范围后,煤体峰值强度降低,其渗透率提高。研究成果为治理煤与瓦斯突出、提高煤层气抽采率提供了试验参考依据。     

水力割缝辅助定向压裂煤体的割缝间距模型研究

为研究定向水力压裂的割缝间距,引入弹塑性力学理论与分形维数理论,分别建立缝槽力学模型与煤层注水渗透范围模型,分析缝槽的塑性区宽度及煤层注水的渗透范围。结合2个模型推导出定向水力压裂的割缝间距。以高家堡煤矿为例,检验割缝间距的合理性。同时,分析侧压系数、分形维数、迂曲度对割缝间距的影响效果。采用修正的Morris筛选法对影响定向水力压裂割缝间距的各因素进行灵敏度分析。研究结果表明:1)定向水力压裂割缝间距的理论值与现场实测值最大相对误差为8.643%,最大绝对误差为0.817 m,偏差较小,可为现场设计定向水力压裂的割缝间距提供理论参考。2)煤层注水渗透范围对定向水力压裂割缝间距的影响明显强于缝槽塑性区宽度。3)侧压系数对割缝间距影响较小,迂曲度与割缝间距呈现负相关性,分形维数与割缝间距呈现正相关性。4)煤层孔隙最大直径的灵敏度最大,迂曲度的灵敏度最小。     

高家堡煤矿高压注水封孔长度研究

钻孔密封工艺是煤层注水顺利开展的一项关键技术,能否达到煤层高压注水所需的压力,关键看封孔效果是否良好。为了解决封孔长度不合理造成钻孔密封失败的问题,对封孔长度进行了理论分析和现场应用。提出胶囊封孔器有效封孔需要同时满足的2个条件,建立了胶囊封孔力学理论模型,对胶囊封孔进行了受力分析,得到了胶囊密封长度的计算方法。研究结果表明,高家堡煤矿202回风巷塑性区宽度为8.95 m,胶囊长度至少8.1 m,封孔长度应大于8.95 m,封孔长度10 m满足钻孔封孔的要求,钻孔密封水压可达38 MPa,封孔效果良好。     

考虑分形维数的注水模型及注水时间研究

为了研究煤层注水过程中注水时间的影响因素,考虑煤层孔裂隙的分形特征,从理论上分析注水过程,建立煤层注水力学模型。以南屯煤矿和东滩煤矿注水过程为例,检验此模型的合理性和适用性;通过建立的注水模型对分形维数、迂曲度和钻孔半径的影响效果进行研究,并对影响因素的灵敏度进行分析。分析结果表明:1)水在煤层中的渗流速度和半径方向上的压力梯度呈正相关;2)建立的煤层注水力学模型分析结果与现场实测偏差较小,可为煤层注水工作提供理论参考;3)煤层条件一定,注水时间影响因素灵敏度是一定的,不随注水湿润半径变化而改变,煤层条件不同,注水时间影响因素的灵敏度也发生改变。本研究可为煤层注水时间确定提供理论依据。