保温时间对二次炭化型煤微结构的影响与力学-渗流特性强化研究

物理模拟试验是煤矿瓦斯灾害发生机制与防控的一种有效方法。目前开展煤矿瓦斯灾害物理模拟试验所用型煤材料其力学强度、渗透率与原煤差异性较大,如何改善型煤(BC)的抗压强度、渗透率是型煤成型过程中面临的关键问题。基于此,采用热压成型方法制作了若干不同保温时间下二次炭化型煤,并采用SEM、NMR、XRD、FTIR、MTS-815岩石力学试验系统和含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流试验装置对不同保温时间下二次炭化型煤进行测试分析,分析了不同保温时间对其表面形貌、T2谱形态、孔隙度、微晶结构、基本结构单元芳香烃、烷基侧链和各种官能团演化规律,厘清了不同保温时间下二次炭化型煤的力学及渗流特性,并确定最优的保温时间。结果表明:随着保温时间的增加,二次炭化型煤表面粗糙度、孔径逐渐变大,且增至6.7 h后,BC表面有裂隙出现,保温时间越长,裂隙越明显;BC累计孔隙度及中孔孔隙度逐渐增大,而微孔孔隙度逐渐减少;芳香层间距(d_(002))呈先减后增,而微晶直径(L_(a))和微晶高度(L_(c))均先增后减;脂肪链的长度减少,芳香环的缩合程度(A_(ar)/A_(al))呈先增大后减小;单轴抗压强度呈先增大后减小,渗透率呈先减小后增加。在保温时间为5.3 h为最佳保温时间,此时热压BC的单轴抗压强度和弹性模量都最大、泊松比和渗透率最小,其力学强度、渗透率和密度依次为9.85 MPa,1.49×10^(-15)m^(2)和1.127 g/cm^(3)。该研究为提高煤矿瓦斯灾害发生机制与防控基础试验中的真实还原性,有效预防控制煤矿瓦斯灾害事故具有重要的现实指导意义。

低煤阶开采过程中燃烧控制与防治技术研究

随着煤炭资源开采深度的不断增加,低煤阶煤炭的自燃问题日益凸显,成为制约煤炭行业可持续发展的关键因素之一。低煤阶煤炭自燃的控制与防治,不仅是保证煤矿安全生产的需要,也是实现煤炭资源高效利用的必然要求。近年来,虽然在低煤阶煤炭自燃控制与防治领域取得了一定进展,但仍面临许多挑战和问题。因此系统研究低煤阶开采过程中燃烧控制与防治技术,探索更为有效、经济的解决方案,对于提高我国煤炭行业的安全生产水平具有重要意义。

不同种类的湿地植物积累Zn能力的差异及规律研究

为探索不同种类的湿地植物对废水中Zn吸收积累的差异,在人工湿地池中对10种湿地植物吸收积累Zn及其规律进行了研究。结果表明,不同种类的湿地植物间植株Zn浓度相差2.3倍,而植株Zn积累量相差56.6倍,其原因是不同湿地植物间植株生物量(干重)相差51.8倍。相关性分析表明,不同湿地植物的Zn积累量与植株Zn浓度间无明显关系,而与植株生物量间相关性达极显著水平。该结果说明,在处理Zn污染废水的湿地技术中,选择适宜的湿地植物种类对处理效果有很大影响。而选择高积累Zn湿地植物的首要指标是植物体的生物量,其次才是植株Zn浓度。本研究筛选出了5种对废水中Zn积累量高的湿地植物。

足球比赛中无球队员的进攻性跑动探讨

对足球比赛中无球进攻队员在不同情况下跑动的方法及重要意义进行了剖析,并提出了相应的训练方法。

人工湿地污水处理在北方小城镇中的应用前景

介绍了人工湿地污水处理技术及其应用,分析了该技术在我国北方小城镇污水处理中的应用前景。

对足球专修学生执法能力提高的研究

裁判员在比赛中的判罚尺度直接影响比赛的胜负。本文着重分析影响裁判员“正确判罚”的诸因素,从而探求如何提高专修学生足球裁判员执法能力。

二次炭化温度对热压型煤力学性质及微观结构影响的试验研究

为了使型煤试件与原煤的性质更加接近,提高相关物理模拟试验研究与工程实际的吻合度,通过改变温度条件制备二次炭化热压型煤,对其单轴压缩力学特性、渗流特性及微观结构进行了测试分析,考察温度对二次炭化热压型煤力学性质及微观结构特性的影响。结果表明:(1)随着炭化温度升高,二次炭化热压型煤试件的单轴抗压强度表现出先升高后降低的趋势,在300℃炭化温度条件下其单轴抗压强度与原煤较为接近;(2)在三轴压缩条件下,二次炭化热压型煤试件的渗透率随轴压增大呈现先减小后增大的演化规律,其初始渗透率和最小渗透率均随着炭化温度升高而增大;(3)二次炭化热压型煤与原煤在FT-IR有机官能团测试中的特征峰位置基本保持一致,但所对应的特征峰强度有所差异,且在300℃和450℃炭化温度条件下二次炭化热压型煤红外谱图的官能团响应与原煤最为接近;(4)二次炭化热压型煤相较于原煤,其孔径分布更为均匀,微孔占比少,比表面积小,且随着炭化温度升高,二次炭化热压型煤的平均孔径和比表面积呈现先降后增的趋势,并在300℃炭化温度条件下其孔径和比表面积相对最小。研究成果可为二次炭化热压型煤成型条件优化及二次炭化型煤力学特性研究提供参考。

二次炭化型煤成型装置及型煤制作方法

针对煤与瓦斯突出事故研究中物理模拟实验所需型煤材料具有强度低、渗透性高等特性,自主研制了二次炭化型煤热压成型装置和型煤制作新方法。该装置主要由电液伺服加载控制系统、加热炉体及密封系统、真空及气氛保护系统、炉体电控系统、水冷系统和石墨模具、碳钢模具等6个部分组成,其最大轴压为200 kN、最高温度为1200℃、炉膛温度均匀性为±6℃、升温速率为±0.01~10℃、炉膛使用真空度≤10 Pa、炉膛工作室尺寸为φ240 mm×260 mm(直径×高),石墨模具和碳钢模具均可制备尺寸分别为φ25 mm×50 mm和φ50 mm×100 mm(直径×高)的圆柱体型煤试件。该热压成型装置具有如下特点:①系统采用计算机控制自动加荷载,实现力、位移的闭环控制;②炉膛尺寸设计紧凑、炉内温度均匀性好,能实现热压、无压、真空和气氛保护烧结等;③模具耐高温、热膨胀系数低,组装、拆卸均方便,可成型多种类、多数量热压型煤。并利用该装置进行了不同炭化温度的型煤试件的制作,其中煤粉颗粒配比采用致密堆积理论优化后其粒径为0.250~0.425,0.125~0.150,0.075~0.083 mm,配比为91.775.872.35。基于所开展的单轴压缩荷载作用下的力学特性试验、三轴压缩荷载作用下的渗流特性试验等,通过对比分析热压型煤的密度、单轴抗压强度、泊松比、弹性模量、初始渗透率和最小渗透率等,揭示了不同温度下型煤强度增加与渗透性降低的影响机制。其中密度变化率呈先增后减再增的趋势;单轴抗压强度和弹性模量呈现先增后减,泊松比则为先减后增的趋势;初始渗透率及最小渗透率均呈不断增大的趋势,综合考虑热压型煤的密度、强度和渗透率等,确定了二次炭化型煤制作中最佳炭化温度为300℃,从而优化了型煤与原煤之间的相似性,提高了煤与瓦斯突出物理模拟实验研究真实还原性。

温度对二次炭化型煤吸附特性及孔结构影响的研究

利用自主研发的二次炭化热压型煤成型试验装置,在炭化温度分别为250、300、350和400℃条件下制备了二次炭化型煤试件,采用扫描电镜、核磁共振、比表面和孔径分布分析仪对热压型煤进行了测试分析,研究炭化温度对热压型煤吸附特性、孔隙发育及微观结构的影响。结果表明:随着炭化温度的升高,二次炭化型煤的水分逐渐降低,灰分和固定碳含量逐渐升高,挥发分先升高后降低,密度先增大后减小;煤样在热解过程中会形成胶状物质并均匀分布在煤粒表面,并固化填充煤粉颗粒间隙,随着温度的进一步升高,煤样表面由光滑完整的层状结构转变为碎块结构;原煤中小孔占比最多,随着温度的升高二次炭化型煤小孔占比呈现先增加后减少的趋势,中大孔占比呈现先减少后增加的趋势;在300℃条件下的二次炭化型煤与原煤试件都以吸附孔为主,且孔隙之间连通性较差,随着温度继续升高后,二次炭化型煤以渗流孔为主,吸附孔相对减少;原煤试样和二次炭化型煤的等温吸附线符合IV型等温吸附线,原煤和二次炭化型煤的各孔径段比表面积分布较均匀,都呈单峰分布,随着炭化温度的升高,二次炭化型煤的比表面积呈现出先增大后减小的趋势,平均孔径呈现出先减小后增大的趋势,最大吸附量呈现先增加后减少的趋势。