不同降压速率下天然气水合物垂直井分段降压开采特性试验研究

认识分段降压法对天然气水合物储层开采特性的影响规律,能够为提高天然气水合物开采的效率和可控性提供科学依据。为此,利用自主研发的大尺寸二维天然气水合物开采模拟试验装置,开展了3种不同降压速率下的天然气水合物单一垂直井分段降压开采模拟试验,研究了降压速率对降压开采过程中储层的压力响应、温度响应、产气量、瞬时产气速率以及平均产气速率等的影响情况。结果表明:压力变化速率的异常峰值现象的产生与回压阀密切相关,且其持续时间之比约等于降压速率的反比;相同降压幅度下,降压速率越小时,降压持续的时间越长,外部热量传递越多,促使更多的水合物在降压阶段发生分解,使得总产气占比越高;随着降压速率减小,峰值产气速率在第2次降压阶段内出现的时间越来越晚,水合物分解速率达到最大值的时间逐渐推后。

缩管式恒阻大变形锚杆抗冲击特性及其治理岩爆潜力研究

深部岩体非线性大变形特性引发的岩爆灾害一直是岩土工程的世界性难题,严重制约了工程建设的施工进度和工程安全,加强对岩爆防治措施的深入研究刻不容缓。基于钢管挤压变形原理,提出了一种新型的缩管式恒阻大变形锚杆,该种锚杆可在容许较大的变形量的同时提供较高的恒阻力。在前期研究的基础上,通过落锤冲击试验探索了缩管式恒阻大变形锚杆的抗冲击性能。试验结果表明:在整个冲击过程中,缩管式恒阻大变形锚杆的工作阻力稳定在150~180 kN范围内,恒阻特性显著;缩管式恒阻大变形锚杆吸收能量大、效率高,单次可吸收冲击能量为53kJ;在冲击过程中,试件压缩率仅减小了0.54%~1.43%,变形情况较为稳定。缩管式恒阻大变形锚杆具有良好的抗冲击特能,可为地下工程建设过程中岩爆灾害的治理提供有力的技术支撑。

大断面隧道初期支护中纵向连接与拱架联合承载效应

针对大断面隧道初期支护拱架在承载时易发生平面外失稳的问题,本文通过开展单拱架全比尺试验和考虑纵向连接的拱框架结构的数值试验以及现场对比试验,对纵向连接与拱架组成的拱框架结构进行优化研究,使其横向上有足够承载能力、纵向上有较高稳定性。研究结果表明,单个拱架的破坏模式是局部面外失稳导致整体承载力丧失,考虑纵向连接的拱框架结构的平面内承载力和平面外稳定性都得到增强。通过调整纵向连接间距和拱架间距也可以调整初期支护拱框架结构和喷射混凝土的内力分担比,以充分发挥初期支护的承载能力,但纵向连接间距应小于1500 mm,拱架间距也应小于1200 mm。因而,在不改变初期支护现有结构形式的前提下,通过合理地布设纵向连接与拱架形成的具有空间承载效应的拱框架结构,不仅可以保证初期支护的承载能力,而且还提高施工效率和经济效益。研究成果可指导大断面隧道初期支护结构设计。

Influence of joint spacing and rock characteristics on the toppling stability of cut rock slope through a simplified limit equilibrium method

Toppling failure of rock mass/soil slope is an important geological and environmental problem.Clarifying its failure mechanism under different conditions has great significance in engineering.The toppling failure of a cutting slope occurred in a hydropower station in Kyushu,Japan illustrates that the joint characteristic played a significant role in the occurrence of rock slope tipping failure.Thus,in order to consider the mechanical properties of jointed rock mass and the influence of geometric conditions,a simplified analytical approach based on the limit equilibrium method for modeling the flexural toppling of cut rock slopes is proposed to consider the influence of the mechanical properties and geometry condition of jointed rock mass.The theoretical solution is compared with the numerical solution taking Kyushu Hydropower Station in Japan as one case,and it is found that the theoretical solution obtained by the simplified analysis method is consistent with the numerical analytical solution,thus verifying the accuracy of the simplified method.Meanwhile,the Goodman-Bray approach conventionally used in engineering practice is improved according to the analytical results.The results show that the allowable slope angle may be obtained by the improved Goodman-Bray approach considering the joint spacing,the joint frictional angle and the tensile strength of rock mass together.

Preface:Development and utilization of pumped storage in closed/abandoned mines

China has embarked on an extensive and sustained endeavor to harness its coal resources for a substantial period.However,the depletion of coal reserves in mining regions has necessitated the closure or abandonment of numerous mines,resulting in a marked increase in the number of such facilities.Parallel to this,China is vigorously advancing the development of a novel energy power system,aimed at transitioning the power sector from a high-carbon,fossil fuel-dependent paradigm to a low-carbon,clean energy footing.

泰国早期儿童汉语学习态度及经验的隐喻研究

“汉语热”助推泰国汉语学习者向低龄化发展,然而很少有研究关注泰国早期儿童学汉语的喜好和感受。本文选取汉语学习态度变量,采用诱导性隐喻分析(EMA)方法调查256名泰国曼谷市早期儿童对汉语学习的经验和偏好,以期发现泰国学前儿童汉语学习的倾向性,揭示早期汉语学习的认知本质。研究发现:泰国曼谷市早期儿童喜欢学汉语,愿意学汉语,表现积极态度及倾向性;同时,早期汉语学习经验受泰国文化影响,呈现本土特征。本研究结果可以为泰国汉语教育政策制度、教材编写和师资培训提供参考。

多维天然气水合物开采模拟试验系统的研制与初步应用

为研究天然气水合物的合成及分解特性、储层的开采特性以及开采过程中的出砂防砂等问题,自主研制了一套多维天然气水合物开采模拟试验系统。该试验系统主要由气体注入系统、稳压供液系统、蒸汽或热水注入系统、一维/二维/三维模型、回压控制系统、出口计量系统、数据采集控制处理系统等组成。该试验系统的主要特色如下:(1)将高压玻璃做成的一维反应釜外壁和高清摄像头结合达到可视化的目的,监测中低压力下水合物的合成、分解情况以及开采过程中砂粒的运移情况;(2)采用自主研发的双缸恒速恒压泵控制回压阀,使得整个降压开采过程中反应釜中的压力能够实现高精度的均匀减小,达到分段缓慢降压的目的,避免水合物的二次生成,使产气速度更加均匀。以不同粒径的石英砂、去离子水和纯度为99.9%的甲烷气为原材料,开展了一维相平衡试验和二维降压开采试验,通过以上初步应用验证了该试验系统的可靠性。

基于非平衡状态的煤层中气体运移规律研究

煤层气开采过程中,由于裂隙与基质渗透率性能差异性较大,导致储层在长时间内都将处于非平衡的动态调整阶段。然而,目前大多数的试验和渗透率模型只考虑某一固定气体压力的影响,这极大地限制了对非平衡状态下储层气体流动的研究。为此,基于储层为双重孔隙介质的概念,考虑开采过程中基质–裂隙不同的孔隙压力、解吸变形和力学作用对裂隙开度演化的影响,提出了一种预测气体在非平衡状态下的渗透率模型,并用现场数据进行了验证。进一步将渗透率模型代入气体流动方程,采用有限元软件分析了岩芯内基质–裂隙的孔隙压力和渗透率随时空的演变规律。研究结果表明:在岩芯解吸过程中,(1)岩芯内裂隙气体压力受扰动范围大于基质气体压力;(2)基质–裂隙气体压力和渗透率沿岩芯长度呈现非线性分布;(3)基质–裂隙渗透率变化趋势相同。

基于3D打印技术的复杂三维粗糙裂隙网络渗流特性试验及数值模拟研究

准确地评价岩体裂隙网络渗流特性是地下工程建设与环境安全的重要基础。构建了模拟真实岩体裂隙网络结构的三维数字模型,利用3D打印技术制作了三维粗糙裂隙网络模型试样,进行了不同边界条件下的渗流试验,并采用数值模拟方法进一步研究了裂隙表面粗糙性对渗流特性的影响。研究结果表明:随着注入水流流速的增加,模型中因惯性效应引起的水头损失逐渐增大,试样进出口之间水压差与流量的关系由线性向非线性转变,转折点对应的临界水力梯度范围为0.015~0.195。三维裂隙网络非线性流动特性可以采用Forchheimer方程表征,其中由惯性力引起的压降与总压降的比值随着水力梯度的增加而增大,但增幅逐渐降低,当水力梯度接近1.0时,惯性力引起的压降占总压降的比例高达68.5%。裂隙网络的空间分布特征决定了模型的整体连通性,而裂隙开度的非均匀性进一步使得流体在连通裂隙中将选择渗透性较大、阻力较小的通道优先流动,导致裂隙网络中主要流动区域面积与裂隙总面积比小于41%。裂隙表面粗糙性会降低三维裂隙网络模型的渗透性,且随着表面粗糙度增加,渗透性降低幅度越大,但裂隙开度的增加会削弱裂隙表面粗糙性对其渗透性的影响。提出的研究方法为定量化表征岩体复杂三维裂隙网络渗流特性提供了可靠途径。

基质-裂隙相互作用对渗透率演化的影响:考虑基质变形和应力修正

研究煤储层的渗透率对于合理开采煤层气等能源的适用性和可行性都有指导意义。目前,大量的渗透率模型是基于弹性应变和吸附应变建立。然而,这些模型在考虑这两种应变时常把基质当作刚性体,并认为吸附变形完全由裂隙开度调节。在预测渗透率时不仅忽略了基质变形,还高估了吸附膨胀的影响。为此,提出了一个新的渗透率模型来预测不同边界条件下的储层渗透率。该模型提出内部膨胀系数f来修正基质吸附对裂隙开度及外部应力的影响,且考虑了有效应力对裂隙和基质的变形行为。为比较基质变形和应力修正对渗透率的影响,对比不考虑应力修正的模型和不考虑基质本身变形的模型,用现场数据和实验室数据对不同边界条件下3种渗透率模型进行验证。结果表明:应力修正在单轴应变条件时对渗透率演化的影响更加显著,且不考虑应力修正和基质本身变形的模型所得的内部膨胀系数f较大。最后,进一步将新模型和4种经典模型进行比较,再次说明了新模型的优越性。

基于扩展离散元法的钢筋混凝土梁裂缝分析方法

针对传统数值模拟方法难以准确模拟钢筋混凝土(RC)梁开裂的问题,提出一种改进的扩展离散元法(EDEM)。该方法引入拉伸-剪切破坏准则,建立六边形块体模型,块体接触处存在潜在裂缝,根据EDEM计算流程,将满足破坏准则的潜在裂缝转化真实裂缝,实现裂缝的模拟。采用该方法建立二维RC梁模型,开展RC梁四点弯曲试验,结合理论计算,对其开裂模式、跨中位移及固有频率变化规律进行对比。结果表明:随着荷载增大,RC梁底部产生裂缝,当裂缝穿过梁宽度方向3/4时,向加载点方向延伸;基于RC梁跨中位移变化和固有频率连续下降的特征,可确定裂缝扩展和纵向受拉钢筋屈服导致的结构刚度降低过程;EDEM数值模拟结果与理论、试验结果基本吻合,该方法可有效模拟RC梁开裂和扩展过程。

Control technology for floor heave of Jurassic soft rock in the Erdos Basin of China: A case study

The deformation of soft rock roadway caused by floor heave is a major challenge for coal mines in China western mining areas. To achieve security and stability of soft rock roadway, this work considered the headgate at panel 11505 of the Yushujing Coal Mine as background. First, based on the limit equilibrium method and slip line field theory,a model of floor heave was established, the mechanism of floor heave control was analyzed, and an optimized support method was proposed. Then, the displacement, stress and failure zones around the surrounding rock with the original and optimized support were studied by FLAC. Finally, the serviceability of the support method was verified by field application. The results showed that the main deformation form of soft rock roadway is floor heave, and 0.5 m is relatively reasonable thicknesses of the inverted arch. The extrusion failure zone and shear failure zone were mainly affected by tensile and shear failure, respectively. The modification of floor and the effective support are key points. The failure zone was consistent between numerical simulation and theoretical calculation. The maximum convergences of floor heave determined by numerical simulation and field measurement were 220 mm and 240 mm, respectively, which were reduced by 55% and 60% compared with the original support, and the convergence between sidewalls decreased considerably. The optimized support method controls the floor heave well.

Experimental investigation on mechanical behaviors of granites after high-temperature exposure

To investigate the influence of temperature on the physical,mechanical and acoustic emission characteristics of granites,uniaxial compression test,variable-angle shear test,acoustic emission signal monitoring and the measurement of physical parameters including mass,size and P-wave velocity were carried out on granite samples treated at temperatures T ranging from 25 to 900℃.The results show that the density and P-wave velocity decrease gradually with increasing T.As the temperature increases,the peak compressive stress decreases while the peak strain increases,due to the fact that a high temperature induces the escaping of waters within granites,the expanding of mineral grains and the generations of fractures.With the increment of T,both the peak shear stress and the cohesion decrease,whereas the frictional angle increases.During the compressing and shearing tests,the maximum acoustic emission counts show a decreasing trend when T increases from 25 to 900℃.When T exceeds 573℃,the crystal lattice structure of quartz changes fromα-phase toβ-phase,decreasing the mechanical behavior of granites to a great extent.In addition,the results also indicate that T=500−600℃ is the critical temperature ramge to characterize the influence of temperature on the physical,mechanical and acoustic emission characteristics of granites.

岩性对I型裂纹定向扩展规律影响的试验研究

为揭示岩性对岩石I型裂纹定向扩展的影响规律,采用一种简易裂纹定向扩展装置开展白砂岩、灰砂岩和大理岩3类典型岩石加载试验,研究不同类型岩石I型裂纹定向扩展过程中变形场及声发射演化特征,探讨岩性影响下I型裂纹扩展机制。研究结果表明:白砂岩峰后荷载曲线呈平缓降低趋势,而大理岩和灰砂岩峰后曲线则呈陡降趋势,且其断面平整度高于白砂岩的,脆性断裂特征更为显著;根据水平位移场演化规律,可将岩石I型裂纹扩展过程划分为弹性变形、微裂纹集结成核和裂纹起裂扩展3个阶段,而白砂岩进入微裂纹集结成核阶段则远早于大理岩和灰砂岩;岩石I型裂纹扩展全过程中声发射演化可划分为平静期、活跃期、突增期和回落期4个阶段,其中白砂岩的平静期、活跃期及突增期持续时间短、回落期持续时间长,而大理岩和灰砂岩则与之相反;岩石I型裂纹扩展的本质是断裂过程区孕育过程,由于白砂岩断裂过程区长度大于大理岩和灰砂岩的,造成其裂纹定向扩展速度及稳定程度均低于其他两类岩石。

智能化新技术在铝用炭素行业中应用的探讨

本文对5G、工业互联网、物联网、人工智能技术在铝用炭素行业中的应用进行了分析研究,提出了这些技术在行业中应用尚存在的问题,对行业的高质量发展提出了走智能化道路的具体建议,供参考。

沃尔顿:从实验家到大先生

相对论是爱因斯坦对人类做出的最伟大科学贡献,特别是脍炙人口的质能方程.但世人却对用实验证明爱因斯坦质能方程的物理学家们不甚了解,直到曼哈顿工程造出原子弹才知晓.其实早在1932年,来自爱尔兰的沃尔顿和来自英国的科克罗夫特在分裂原子的过程中,他们成功通过实验的方式证实了爱因斯坦质能方程的等价性.沃尔顿和科克罗夫特两人由于1932年“用人工加速粒子产生原子核嬗变”这项伟大成就共享了1938年的休斯勋章以及1951年的诺贝尔物理学奖.相比于科克罗夫特的热情与外向,沃尔顿为人低调温和、谦虚内敛,也许正是因为他安静的性格,使得许多人忽视了他杰出的科研成就与卓越的社会贡献.本文以质能方程验证90周年为契机,向广大读者详细全面地介绍这位低调却备受爱尔兰人民爱戴的物理学家——沃尔顿.

新型振动成型机的开发与应用

通过对中国铝用预焙阳极工业运行的长期跟踪研究,得出了其满足电解铝工业发展的需求、成为世界最大预焙阳极供应国、整体运行较为平稳地增长、产业过剩和原材供应方面面临挑战等特点,预测了2017年中国铝用预焙阳极产量在1840万吨。

智能化新技术在铝用炭素行业中应用的探讨

本文对5G、工业互联网、物联网、人工智能技术在铝用炭素行业中的应用进行了分析研究,提出了这些技术在行业中应用尚存在的问题,对行业的高质量发展提出了走智能化道路的具体建议,供参考。

大型高效预热混捏机的开发与应用

我国是世界最大预焙阳极生产国,为现代化大容量预焙铝电解槽的生产提供了保障;通过自主创新开发,成功开发出适合预焙阳极生产要求的大型高效预热混捏机;该大型高效预热混捏机在行业企业中应用,获得了设备生产效率提高1.5倍、预焙阳极成品率平均提高3%~5%、单位产量节能10%等先进技术经济指标,在工业应用取得显著经济效益和社会效益。

地质导向在矿区水平钻井中的应用

本文基于双煤层+单生产井的双通道U型井地质导向应用效果分析,指出煤矿区由于能够为水平井地质导向提供的基础地质信息可靠程度较高,较低的地质导向的工具选配标准具有一定的经济性,普通的MWD工具基本能满足工程基本需要。文章同时探讨了加强工区地质资料的分析研究是地质导向的基础依据的论断,并结合工程实际介绍了上探“摸顶”等矿区地质导向工作经验。