基于多目标双重动态遗传算法的含分布式电源冷热电联供型综合能源运行优化

综合能源系统优化运行对提高综合能源利用、消纳可再生资源具有重要作用。为了使系统中各设备的出力得到进一步优化以及解决系统污染的环境问题,构建了一种含有分布式电源、燃气锅炉、电制冷机、储能等机组的冷热电多能源联供系统的优化模型,并以系统总成本、运行成本及环境成本为优化目标,求解模型的优化配置;提出一种双重动态遗传算法,提高求解的收敛精度、收敛速度及稳定性;最后利用算例进行结构分析。结果表明双重动态遗传算法相比于标准粒子群算法及标准遗传算法提高了系统的经济效益和环保效益,并且在全局寻优和搜索精度等方面更具优势。

高温花岗岩遇水冷却后孔隙结构及渗透性研究

为研究20~600℃花岗岩遇水冷却后孔隙特征及渗透率变化规律,采用压汞法测试了样品的孔隙结构特征,采用瞬态脉冲衰减法测试了样品的渗透率,并将实测的渗透率与基于Katz-Thompson模型(简称"K-T模型")计算所得的渗透率进行了对比分析。结果表明:随着花岗岩温度的升高,遇水冷却后花岗岩的孔隙率及渗透率均呈现指数式增加,500~600℃是花岗岩遇水冷却后孔隙率及渗透率变化的阈值温度区间;高温花岗岩遇水冷却后形成的内部新孔隙以中孔为主,中孔含量的增加是花岗岩孔隙率及渗透率大幅提升的主要原因;基于K-T模型的渗透率预测值能够较好地反映真实渗透率的变化趋势。研究结果可为高温岩体地热开发工程的设计及施工提供参考。

大采高大断面六边形顺槽巷道相似模拟研究

针对目前大采高的特点,提出顺槽巷道采用大断面六边形巷道,并采用相似模拟实验研究了该巷道应力分布及围岩的变形破坏方式;得出巷道围岩水平与垂直位移规律、围岩裂隙演化及破坏规律;从巷道稳定性理论出发,提出六边形巷道最优断面的设计方法;分析了大断面六边形巷道的可行性、适用性及其优越性。为大采高顺槽巷道的维护提供了全新的理论和方法。

浅埋薄煤层钻采煤柱稳定性与破坏机理研究

对埋深50 m薄煤层采用螺旋钻开采的FLAC3D数值模拟,从采场和煤柱的应力分布、塑性区分布规律入手,探究了煤柱宽度尺寸改变时采场和煤柱的稳定性和破坏形式。研究表明:采场和煤柱受水平应力影响极小,主要为竖直方向应力且破坏形式主要为剪切破坏,煤柱内应力弹性核区随煤柱宽度减小而减小,弹性核区内应力峰值逐渐增大直到临界失稳时增幅不大,煤柱宽度尺寸对其稳定性影响很大。

高水平应力巷道的底鼓控制技术研究

针对某矿回采巷道的底鼓严重问题,基于巷道底鼓变形破坏机理,据地质资料及巷道底鼓特性,采用相似模拟实验,分析了巷道围岩受力和围岩变形破坏特征,得出巷道属剪切错动型底鼓,提出打底锚杆加固底板的方案,并经数值模拟验证其方案。

薄煤层钻采对岩层移动及地表下沉影响研究

为了验证薄煤层钻机开采方式合理的钻采参数,基于该开采方式的岩层移动及地表下沉影响规律,通过相似试验研究薄煤层钻采方式下岩层移动及地表下沉,得出了在一定的采宽范围内岩层保持相对完整的最佳参数。

不同温度下砂岩渗透性能的核磁共振响应

温度作用下研究岩石渗透性能对高温岩体工程建设具有重要意义。本文选取砂岩为研究对象,基于低场核磁共振在研究孔隙流体中无损、精细、定量化表征方面的优势,采用该技术考察了25~600℃砂岩渗透率变化。利用核磁共振方法,计算砂岩核磁孔隙参数。对比分析实测渗透率与模型之间的数值关系,评估了5种核磁共振渗透率模型。研究结果表明:SDR核磁渗透率模型可有效表征渗透率与温度的关系。不同温度下砂岩渗透率会发生改变,渗透率存在阈值温度点,在低于400℃时渗透率缓慢变化,在400℃以后渗透率显著增加。

温度循环及渗透压对单裂隙花岗岩裂隙开度影响的实验研究

在干热岩地热开采中,花岗岩裂隙的演化对热能提取起着至关重要的作用。为了探讨循环高温下花岗岩裂隙开度的演化规律,采用多功能高温三轴伺服控制试验机,对温度为100~300℃的高温单裂隙花岗岩进行渗流实验,研究了不同温度、温度循环(次数为10次)及渗透压力对花岗岩裂隙开度的影响。研究结果表明:①无论温度多高,裂隙开度随渗透压的增加呈增大趋势,但温度不同,裂隙开度随渗透压增加而增大幅度不同,存在明显的转折点,温度不同,转折点不同;②无论渗透压多高,裂隙开度都随温度的升高而降低,但降低的幅度与温度有关;③无论循环温度多高,在同一渗透压下,起初的数次温度循环中,裂隙开度是降低的,当循环次数逐渐增加,裂隙开度也增大,温度越高其增大的趋势越明显。实验结果可为今后控制花岗岩裂隙演化的深入研究提供基础的实验数据。

花岗岩700℃热损伤核磁共振定量表征

岩体在高温作用下其物理特性会发生显著变化,利用核磁共振等无损监测方法研究了不同高温作用下花岗岩孔隙结构演化及波速衰减特征。结果表明,随着温度的逐步升高,花岗岩试样的核磁T_(2)弛豫时间跨度、T_(2)谱面积、核磁信号振幅强度均逐渐增大,不同孔径的孔隙数量增多,总孔隙体积增大;花岗岩发生明显热损伤的温度约为500℃,500℃之前,其内部孔隙孔径及数量变化不明显,主要以不同孔径的孔隙之间的转化为主,500℃之后,岩石内部孔隙度明显升高,其中主要以新增的孔隙体积为主;为定量表征高温对花岗岩的损伤程度,借助孔隙度、热损伤因子等参数建立了花岗岩在不同高温热作用下的热损伤理论模型,对涉及岩体高温损伤机理的工程项目有一定参考价值。

升降温作用下裂隙演化对单裂隙花岗岩渗流特性的影响研究

为研究高温高压下粗糙单裂隙表面形貌演化特征及水力流动特性,在不同应力与渗透压条件下,开展了50~350℃升温降温循环的单裂隙渗流试验,采用三维形貌扫描技术描述不同围压下升降温作用后裂隙表面的演化特征,分析了升降温作用对单裂隙花岗岩渗流特性的影响。结果表明:单裂隙花岗岩经温度循环及渗流作用后,裂隙表面局部岩体脱落,整体轮廓高度降低,轮廓线趋于平滑;在不同应力下,升温阶段裂隙水力开度和渗透系数先减小后增大,在降温阶段,同一温度下的裂隙水力开度和渗透系数均高于升温阶段时的值;高温高压渗流作用导致裂隙表面岩体产生不可逆的热破坏,裂隙面粗糙度降低,裂隙水力开度与渗流系数因此增大。

冷热交替循环作用后花岗岩渗流特性及微观结构演化规律研究

我国深层地热资源分布广、储量大,具有广阔的开发利用前景。为了探究间歇注水地热开采条件下深部高温储层的渗流特性及演化规律,采用室内试验与微细观分析相结合的方法,对不同温度交替循环作用后的花岗岩开展了渗流试验,分析了试件在不同围压下渗透率随温度及循环次数的变化规律;结合显微薄片特征和CT扫描重构结果,研究了微观孔裂隙结构随温度及循环次数的演化过程。研究结果表明:(1)不同温度交替循环作用对花岗岩的渗透率存在较大影响,两种冷却方式下花岗岩渗透率随温度的升高逐渐增大,当温度超过400℃时渗透率急剧增大,且遇水冷却条件下的渗透率增幅明显大于自然冷却,遇水冷却循环10次后的参数变化更加显著。(2)应力状态对渗透率具有明显的影响,围压作用下试件内部孔裂隙结构闭合,不同温度交替循环作用后花岗岩的渗透率随着围压的增大呈递减趋势,随着渗透压的增加呈现逐渐增大的趋势。(3)高温-冷却循环作用下花岗岩内部微观孔裂隙逐渐发育,温度梯度应力造成矿物颗粒间的非均匀变形,同时在脱水、相变等物理化学反应的联合作用下产生沿晶裂纹、穿晶裂纹及颗粒剥落等劣化损伤,且随着循环次数的增加,裂纹数目、尺寸及连通程度进一步增大。研究结果可为深层干热岩地热开发及储留层建造提供理论支持和技术参考。

急剧冷却后花岗岩物理力学及渗透性质试验研究

急剧冷却作用下花岗岩物理力学及渗透性的研究,对深入认识干热岩开发中储层的改造及演化具有重要意义。以20℃~600℃急剧冷却处理后花岗岩为研究对象,开展不同温度急剧冷却后物理力学性质的测试,采用压力脉冲衰减法测试圆柱体试样的渗透率。得到以下结论:(1)随着经历温度的升高,急剧冷却后试样的密度、纵波速度、抗压强度、弹性模量及抗拉强度均单调下降,渗透率先缓慢后急剧增加。这是由于缓慢升温及保温阶段,花岗岩由于矿物颗粒的热膨胀不匹配和热膨胀各向异性,产生热破裂;急剧冷却时,沿试件径向产生的温度梯度应力诱发了更多的裂纹,最终导致花岗岩物理力学性质的劣化及渗透性的增强。(2)急剧冷却条件下,花岗岩的脆延性转化温度为500℃~600℃,低于此温度,花岗岩主要表现为脆性破坏;高于此温度,花岗岩向延性转化。(3)自由状态缓慢升温急剧冷却条件下,花岗岩渗透率变化的阈值温度为400℃。(4)基于弹性模量的损伤因子能较准确地反应花岗岩力学性质的劣化,而基于纵波速度的损伤因子会夸大力学性质的劣化程度。

薄煤层螺旋钻机开采物理模拟研究

针对螺旋钻机开采薄煤层采煤方法的重要钻采参数(钻采宽度和煤柱宽度)进行研究,提出了无间隔的连续钻采多个(2个以上)钻采孔再留一定煤柱的连续多孔钻采概念,以代替传统的单孔钻采方式。以某矿为例进行的物理模拟试验研究发现,在一定地质条件下,钻采宽度8 m及煤柱宽度2m时,煤柱和围岩没有发生变形等影响钻采的现象,因此连续多孔钻采的新方法是可行的。这一研究成果对薄煤层螺旋钻机开采方式设计具有重要意义。

不同温度循环冷却作用后花岗岩巴西劈裂特征及其物理力学特性演化规律研究

干热岩地热开发中,井筒钻进及热储层的热交换都涉及高温岩体受不同程度的冷热循环,导致井筒破裂失稳或热储层破裂程度增加,为了揭示其机制,采用岩石力学试验机并结合声发射监测系统,研究不同温度循环作用后花岗岩的纵波波速及巴西劈裂破坏过程。结果表明:(1)随着温度循环次数的不断增加,2种冷却作用下花岗岩所对应的抗拉强度均逐渐降低,遇水冷却循环作用后花岗岩的抗拉强度要低于自然冷却状态下花岗岩的抗拉强度,且花岗岩在高温高循环次数下的劣化程度较为明显,当温度大于500℃时,花岗岩试样的表观颜色逐渐变为土黄色,试样逐渐由脆性向延性转化。(2)根据温度可以将花岗岩的破坏特征分为3个阶段,在低温阶段(100℃~200℃),试样均沿着巴西圆盘中心线发生破裂;中温阶段(300℃~400℃),试样沿着与直径呈一定角度破裂;高温阶段(500℃~700℃),试样破裂模式复杂,较为破碎。(3)低温阶段时的花岗岩随温度循环的变化其纵波波速、强度特征以及变形均变化较小;当试样处于中、高温度阶段时,随循环次数的增加其强度、波速等各项参数衰减幅度逐渐增大。研究结果可为地热开发中井筒破坏失稳及热储层岩体的破裂模式提供理论参考。

温度和应力循环作用下花岗岩力学特性变化规律试验研究

采用多功能岩石高温三轴试验机,对花岗岩试件进行温度上限为100℃~600℃、应力上限分别为各温度下70%和85%单轴抗压强度的温度和应力循环试验,揭示温度和应力循环过程中花岗岩力学特性的变化规律,研究表明:(1)随循环次数增加,花岗岩弹性模量逐渐增大,每次循环加载的上限应变总体呈减小趋势,与应力上限为70%单轴抗压强度相比,应力上限为85%单轴抗压强度时上限应变的降低程度更大;(2)除600℃外,试件经温度和应力循环作用后的单轴抗压强度都大于对应实时温度下的强度值,其中循环温度上限为300℃时,其强度值增幅最大,在循环应力上限为70%与85%抗压强度条件下,增幅分别达到57.1%和50.9%;(3)经温度和应力循环后,花岗岩试件的强度产生明显变化,而峰值应变与实时温度下的峰值应变相差不大,说明从变形条件研究岩石的稳定性比强度条件研究岩石的稳定性更符合试验规律。研究结果对受温度和应力循环作用的深部岩石工程的稳定性研究有一定的借鉴价值。

实时温度与循环载荷作用下花岗岩单轴力学特性实验研究

采用多功能岩石高温三轴实验机,通过实验对比分析花岗岩在实时温度和循环载荷作用下的单轴应力–应变特性,揭示温度与循环载荷对其力学特性的影响规律,研究表明:(1)实时温度下花岗岩的单轴抗压强度和弹性模量随温度升高总体呈下降趋势。极限应变随温度的变化规律呈"W"型,即25℃～200℃,极限应变随温度升高而降低;200℃～300℃,随温度升高而增大;300℃～500℃,随温度升高而降低;500℃～600℃,随温度升高而升高;(2)经应力循环后其弹性模量普遍提高,但温度不同提高的幅度不同,100℃时提高的幅度最小,400℃时提高的幅度最大,提高值主要发生在第2次应力循环,从第2～50次的应力循环中弹性模量的变化较小;(3)在25℃和600℃,花岗岩经有限的几次循环后便发生破坏,强度较应力循环前有所降低,而在其他温度点,经应力循环后其强度有不同程度的提高;(4)花岗岩在100℃和400℃温度条件下,经过50次应力循环后的极限应变值大于无应力循环的极限应变,其他温度点的变化非常微小。研究结果对涉及温度和循环应力同时作用下岩石类工程稳定性研究具有重要的理论意义和应用价值。

花岗岩导热系数对裂隙热-流耦合热交换效率的影响研究

针对花岗岩裂隙通道内热-流耦合换热问题,利用有限元软件COMSOL建立二维数值模型,模拟研究花岗岩导热系数对裂隙通道内换热效率的影响,换热效率用换热系数表示。结果显示,随花岗岩导热系数的增大,岩体温度场的变化逐渐变小;随着导热系数的增大,出口水温会越来越高,当出口水温接近热源温度时,变化的趋势逐渐平缓;换热系数随导热系数的增长而变化的过程中存在一个阈值,当导热系数小于阈值时,随着导热系数的增大,换热系数也会增大,当导热系数大于阈值时,随着导热系数的增大,换热系数反而会减小。