“双曲线”型煤样承载力学特性试验研究

煤炭地下气化结束后,两气化炉间形成类“双曲线”形煤柱,支撑覆岩,保障气化区域安全稳定。为研究类“双曲线”形煤柱承载力学特性,基于声发射监测系统和XTDIC三维全场应变测量系统,开展了不同侧向拱高(h=0,3,7,10,13,17 mm)的6组“双曲线”形煤样单轴压缩试验,分析了h对煤样峰值载荷、变形破坏及声发射特征的影响,揭示了其承载破坏机制。结果表明:①“双曲线”形煤样可分为矩形结构(主要承载体)和侧向拱结构,其承载破坏机制与其受力形式、侧向拱结构有关;随着h增大,煤样承载能力降低,与h=0煤样相比,峰值载荷分别降低了7.66%,13.56%,26.83%,35.28%,62.75%。②随着h增大,煤样整体受力形式由以受压为主向受压–受弯曲转变,中部区域产生应力集中而形成薄弱区,对应的水平位移场向中部迁移,最终汇集于中部边缘处;而垂直位移场由水平条带状向倾斜条带状转变,最终集中于煤样侧向拱结构上端。③在轴向载荷作用下,煤样侧向拱结构对其矩形结构中部区域产生等效作用力,加之煤样非均质性影响,加剧了薄弱区损伤程度,该作用随着h增大而增强,煤样承受载荷未超过其抗拉强度即产生剪切破坏,其破坏模式由拉–剪混合破坏向剪切破坏转变,均伴随着不同程度的剥落和局部弹射破坏。④煤样声发射累计计数–时间曲线演化可分为3种类型,当h为0和3 mm时,分为“上凸”式增长、相对快速增长、快速增长、“突变”式增长4个阶段,其演化特征与常规煤岩试样一致;当h为7 mm和10 mm时,分为相对快速增长、快速增长、“突变”式增长3个阶段;当h为13 mm和17 mm时,分为快速增长和“突变”式增长2个阶段;峰后阶段均呈“突变”式增长,而峰前阶段增长形式不一致是由煤样裂纹稳定扩展和中部区域持续损伤共同导致的。

基于煤样残余瓦斯压力的煤层瓦斯压力推算方法研究与应用

煤矿瓦斯灾害防治亟需一种操作简单、测定准确、适用性强的煤层瓦斯压力确定方法。首先,从理论上对煤样残余瓦斯压力影响因素进行了分析;然后,实验研究了煤样残余瓦斯压力与煤样初始瓦斯压力的关联性,并提出了基于煤样残余瓦斯压力的煤层瓦斯压力推算方法;最后,进行了工程应用。研究结果显示:煤样残余瓦斯压力主要受控于煤层瓦斯压力、煤样粒度、瓦斯解吸时间和煤质特性,煤样残余瓦斯压力和煤样初始瓦斯压力呈线性关系,采用煤样残余瓦斯压力推算的煤层瓦斯压力相对可靠。

煤层瓦斯含量快速测定中煤样现场制备关键技术的实验验证

基于定向钻进的煤层瓦斯含量快速测定,是在远程原位取芯后,开展煤样现场制备,并采用直接法测定煤层瓦斯含量。这一过程包含煤芯转移、分级破碎和快速测定等若干工序,同时也是快速测定的关键技术,这些关键技术均需要实验验证。优化了煤芯转移装置设计,使煤芯从取芯装置至制备装置实现密闭转移;通过工艺设计和实验室实验,确定了煤样制备装置动力及分级破碎工艺,制备的煤样达到国家标准要求;研发了快速测定装置工业机,该装置与取芯装置、破碎装置配合,实现煤样的自然解吸、破碎解吸测定,计算瓦斯损失量及常压不可解吸量,最终得出含量值。研究完整呈现了快速测定的全要素:煤芯转移顺畅,煤样制备达标,测定数学模型得以改进并开发专用仪器。这些关键技术的突破,为后续整机研发打下基础,支撑煤层瓦斯含量远程原位测定技术向前发展。

不同含水状态下煤样蠕变实验研究

通过保持结构完整性浸水装置、X射线衍射仪及电液伺服加载煤岩体三轴蠕变渗流实验平台,实验得到上湾煤矿煤样的饱水曲线、不同含水状态下微观组分变化及蠕变特征。实验结果表明:煤样含水率与浸水时间呈负指数函数关系,含水率变化可分为加速增长、减速增长及稳定3个阶段;1次饱和过程中,随着含水率增加,煤样石英含量几乎保持不变,而高岭石等黏土矿物含量在这一过程中减少较多;干湿循环过程中,煤样石英含量衰减与循环次数成正比;随着含水率及干湿循环次数增加,煤样进入稳态蠕变及加速蠕变所需轴向荷载降低。

含钻孔煤样动态力学特性试验与数值模拟研究

为研究冲击载荷作用下含钻孔煤样动态力学特性与损伤破坏规律,采用分离式霍普金森压杆试验系统和LS-DYNA有限元数值模拟,对不同直径钻孔原煤试样开展动态力学测试与模拟分析,研究其应力应变响应、裂纹扩展特征、损伤演化规律。研究结果表明:冲击载荷作用下钻孔对煤样动态抗压强度具有弱化作用,并且随着孔径的增大,峰值应力、峰值应变呈不断衰减趋势;钻孔对煤样破坏具有导向性,裂纹率先在钻孔轴向两侧拉应力区域产生,随着孔径的增大,次生裂纹与破碎块数量也随之增多,进而提高吸能均匀程度;基于HJC本构模型,标定校准力学参数,数值模拟与试验结果吻合较好,进一步扩大孔径模拟范围,拟合得到含钻孔煤样峰值应力、应变与孔径变化关系式,直观展现含钻孔煤样内部等效应力分布和损伤破裂演化过程,钻孔存在会引起显著应力集中和加速煤样损伤。研究结果可为动载冲击条件下煤层大直径卸压钻孔设计提供一定的科学参考。

煤样瓦斯解吸的机械能效应实验研究

以煤样瓦斯解吸过程作为研究对象,运用能量守恒的研究方法,设计出一套测量煤样瓦斯解吸过程中的机械能效应的设备。实验采用阳泉煤业集团的3种煤样,得出不同煤样的解吸机械能效应是不同的,且突出煤样的机械能效应大于非突出煤样的机械能效应的结论。

含水率影响下煤样拉伸与压缩力学特性试验

为揭示含水率对煤样拉伸与压缩力学特性的影响,选取韩家洼煤业公司22号煤层煤样,开展不同含水率和围压下煤样的巴西圆盘劈裂试验、单轴压缩试验以及三轴压缩试验,探究含水煤样的力学变化特征。结果表明:煤样的强度、弹性模量随含水率增加呈指数函数降低,煤样达到饱和状态时,其强度下降了48.3%,弹性模量下降了37.6%;随着含水率的增加,煤样的塑性增强,试样容易破碎;三轴压缩下,围压升高煤样破坏的峰值有所提升,煤样的强度提高,但不同围压状况下含水煤样的强度明显低于干燥试样;含水率对于煤样的内摩擦角影响较小,但对煤样的黏结力有显著影响。

动态加载下饱水煤样力学特性及能量耗散规律

为探究饱水煤样在动态加载下的力学特性和能量变化特征,采用直径50 mm的分离式霍普金森杆装置(SHPB)对饱水和自然状态2种煤样开展冲击加载试验,分析含水状态对煤样的动态强度、应变、损伤和能量传递效率的影响。结果表明:在应变率14.25~59.57 s^(-1)内,水体对煤样动态强度具有双重作用,表现为低应变率弱化和高应变率强化;相同冲击载荷下,自然、饱水煤的变形差异显著,最大应变相差38.46%;煤样含水状态显著影响能量传递效率,其中自然和饱水煤样的能耗密度均与入射能呈线性增长关系,且自然煤能量反射率大于饱水煤能量反射率,自然煤透射率小于饱水煤透射率,耗散率二者近似相等。

不同煤阶煤样对酸性气体吸附机理研究

为明确煤基吸附剂对酸性气体的吸附机理以及煤变质作用对吸附过程的影响,基于巨正则系蒙特卡洛计算方法,从分子动力学和热力学角度,研究了吸附体系的吸附量、吸附热力学参数(吸附热、吸附势、吸附熵)和相对浓度分布。研究发现,H_(2)S、SO_(2)、Cl_(2)、CO_(2)这4种酸性气体的吸附规律均符合弗雷德利希(Freundlich)吸附模型,无烟煤的Freundlich吸附常数x最小,表明无烟煤中存在更多的吸附位点,相比其他煤样更容易吸附酸性气体,无烟煤对4种酸性气体的吸附量大小依次为H_(2)S>SO_(2)>Cl_(2)>CO_(2);高阶煤表面存在强的各向异性,使得无烟煤体系产生的吸附热高于烟煤和褐煤,4种气体的平均吸附热大小依次为H_(2)S>SO_(2)>Cl_(2)>CO_(2),从热力学角度也证明了H_(2)S更易占据同煤阶煤样的有效吸附位点;4种酸性气体在烟煤中的相对浓度分布呈现明显的聚集情况,H_(2)S的相对浓度波动范围小于SO_(2)、CO_(2)和Cl_(2),说明H_(2)S的分布更为均匀,可以占据煤表面更多的吸附位点。

电厂煤样转运AGV移动路径优化研究

为提高电厂煤样转运效率,降低运行成本,开展面向电厂煤样转运的AGV移动路径优化研究。构建电厂煤样转运区域环境与地图,确保操作安全并优化资源配置;将小车实时感知到的障碍物位置与预先建立的地图进行匹配,选择与规划移动路径;建立移动路径优化模型,得出总运输时间、总运输距离、能耗均最优的移动路径方案。实验结果表明,应用该方法后缩短了转运路径,并减少因避障而增加的额外路径长度,提高了转运效率和路径的平顺性。

神华煤3 mm存查煤样稳定性研究

研究了神华煤3 mm存查煤样随存储时间的延长,各主要检测项目特性值的变化情况。通过选择有代表性的6个神华煤品种,邀请11家实验室参与协同试验,试验项目包括水分、灰分、挥发分、全硫、发热量、氢6项,持续71 d。汇总并分析实验数据,结果显示,参与试验6个品种煤的发热量明显不稳定,随时间延长具有显著降低趋势,且线性相关性较好,并创新性地给出了发热量降低的估计公式。灰分、挥发分、全硫、氢的特性值较为稳定,随时间变化较小。本次研究为科学合理处理煤炭贸易中的复检质量偏差问题提供了数据支持。

煤样制备13mm混合缩分机性能判定

混合、缩分是煤样制备过程中不可或缺的环节,混合缩分机的应用很大程度上降低了制样程序的繁琐操作及劳动强度。根据GB/T 19494.3-2004《煤炭机械化采样第3部分:精密度测定和偏倚试验》对13 mm混合缩分机进行灰分精密度判定以及灰分偏倚判定。统计分析所有试验数据,证明该13 mm混合缩分机的缩分精密度满足GB/T 474-2008《煤样的制备方法》中规定的相关要求,缩分不存在偏倚。

不同变质程度的煤样一氧化碳气体产生规律研究

针对矿井回采期间采煤工作面所涌出的一氧化碳气体影响工作面正常生产的难题,在3个矿井采集煤样,对一氧化碳气体的来源进行分析。分别在2种不同气体环境下进行煤样破碎试验,分析煤样温度和一氧化碳气体变化规律。借助恒温加热试验,分析煤样在温度和试验环境不同条件下2种气体浓度的变化情况。试验结果表明,煤样在氮气条件下破碎时形成一氧化碳气体浓度比3.0×10^(-5)小,产生气体的原因是机械方式粉碎煤体,激活脱羰;煤体处于空气条件下破碎过程形成的一氧化碳气体浓度比6.0×10^(-3)小,一氧化碳气体来自于煤氧复合反应;煤样在空气和氮气条件下的升温速率分别是1.0℃/s和0.6℃/s。在氮气环境下3种煤样未生成一氧化碳气体,但是煤样自身存在的一部分吸附态甲烷气体,由于高温作用解析出来,说明煤体内不存在吸附态一氧化碳气体。当煤体温度超过80℃时,煤样的氧化反应加剧,一氧化碳浓度呈现指数关系的升高。

煤样自动制备系统中任务调度与路径规划研究

针对煤样自动制备系统中机器人任务调度与自动化流程效率低下的问题,提出了一种基于优化算法的解决方案,采用机器人任务调度模型,并运用遗传算法、粒子群优化算法等对其进行求解,对自动化流程进行优化。应用结果表明,优化后的系统显著提高了运行效率,降低了能耗,并在任务执行速度、资源利用率等方面展现出明显优势,为煤炭行业的智能化发展提供了指导。

两种含瓦斯煤样的渗透性对比试验研究

为了解井下煤层受采动作用的影响时原岩应力升降过程中引起的煤体瓦斯渗透性变化规律,利用MYS-Ⅰ型煤岩样渗透率测试系统,通过改变围压和瓦斯压力的方法,对比研究了成型煤样和原煤样渗透率之间的异同。试验结果表明:成型煤样和原煤样之间的渗透率差别很大,数值上相差在一个数量级左右;在瓦斯压力固定的条件下,原煤样渗透率随围压增大而下降的速度比成型煤样要缓慢;成型煤样和原煤样渗透率随围压和瓦斯压力改变的变化趋势基本相同,在实验室用成型煤样代替原煤样用于渗透性试验是可行的,但只能研究大致的变化规律。

用煤芯煤样进行煤炭可选性研究

煤炭工业部标准ＭＴ３２０－９３《煤芯煤样可选性试验方法》已在全国广泛使用，它的主要特点是试验煤样用量少，采样点多，用煤芯煤样进行可选性的研究结果可以充分显示煤层三维空间上的可选性变化规律．测定煤样的密度组成不仅可用浮沉试验方法，也可用煤岩学方法．用煤芯煤样可选性资料作为选煤厂的设计依据，将从根本上保证选煤厂的工艺设计质量．

煤样制备方法及过程优化探讨

煤样分析的准确性不仅取决于分析技术本身,更在于分析前煤样的准确制备。煤样制备是一个包括破碎、混匀、缩分、保存等一系列环节的复杂过程,这个过程的优化对于提高和保证分析结果的准确性具有决定性作用。当前煤样制备过程中,粒度离析、样品污染、干燥时间以及保存条件不当等因素会对样品的代表性和分析结果的准确性产生影响。文章探讨了煤样的制备方法及过程优化,通过对破碎、混匀、缩分、保存等过程进行优化,提高了煤样制备的质量和效率,为提高煤样分析结果的准确性奠定基础。

环境湿度对一般分析试验煤样水分的影响

为了探讨一般分析试验煤样水分与环境湿度之间关系,研究实验室自然条件下环境湿度对一般分析试验煤样水分的影响,借助SPSS统计分析软件进行了相关性分析和线性回归分析。结果表明,一般分析试验煤样水分与环境湿度相关性显著,且呈现正相关关系,通过回归方程可知湿度对不同种类的煤样水分的影响程度不同,可以粗略推测不同湿度下煤样水分含量,协助管理人员进行结果分析及质量管控。

火力发电煤样精细化收集及输送装置研究

本文介绍了煤样精细化收集及输送装置在火力发电中的应用。该装置能够提高煤炭的利用效率和减少环境污染,从而提高火力发电的效率和可持续性。首先介绍了煤样精细化收集技术,包括采样点设置、采样装置设计和采样方法。然后讨论了煤样输送装置的设计,包括输送方式选择、输送线路设计和输送控制系统。接着分析了煤样精细化收集及输送装置的优势和挑战,以及其在实际应用中的案例。最后总结了煤样精细化收集及输送装置的重要性,并展望了未来的发展方向。

煤样库与标准煤样

中国煤样库贮存有一套煤样,从褐煤、烟煤到无烟煤共29个,其中包括一些富镜质组、富惰性组煤和炼焦煤。这些煤样根据煤阶和地质年代以及不同地域分布加以采集,并附有煤质分析数据。每个煤样采集250kg,经过破碎加工成<13mm及<6mm样品,用充氮或其他贮存方武分别贮存。一些标准值煤样和试验时的专用煤(参考物质)和粘结指数专用无烟煤等,亦贮存在本煤样库內。本文还介绍了美国Argonne国家实验室煤样库及其他几个煤样库的建库特点。为了便于比较并找出差距,文内还以APCSP为例,介绍其煤样采集、运输、加工、包装、贮存及分析定位方法等情况。