Experiment and Simulation for Articulated Lifting Subsystem of 1000 m Deep Sea Mining System

The experiment system of 1000 m deep sea mining system is built up with the similarity theory. Sine mechanism is used to simulate mining ship to generate lateral shock excitation by ocean wave. Simulation and experiment of spherical joint connecting deep sea mining system has been done in band six marine conditions. The results indicate that the moment of spherical joint connecting deep sea mining is smaller than that of the thread connected ones, the lifting pipe of sphelical joint is ＂flexible pipe＂. The flexural torque of the articulated lifting pipe system in pump and buffer is generally periodic variation with some irregularity, the value is stable on 60 N·S, and it is obviously smaller than that of the fixed lifting pipe system; The total displacement exhibits cyclic variation pattern, and the periodicity of them is longer than that of sea current. The results of experiment and simulation are basically consistent. And the analysis in the paper offers theoretical foundation of 1000 m deep sea mining system in China.

备用层加装宽温板式脱硝催化剂在1000 MW机组中的应用

某燃煤发电公司为实现1000 MW机组深度调峰和NO_(x)超低排放的双重目标,尝试在现有蜂窝式选择性催化还原法(SCR)催化剂脱硝系统备用层上加装宽温板式催化剂层。改造后的机组在30%负荷运行时,可实现整体脱硝效率94.9%和氨逃逸1.8μL/L。连续运行15个月后,抽取宽温板式催化剂进行性能检测。结果表明该催化剂性能稳定,脱硝活性下降幅度小,未发生明显中毒,可以持续满足项目要求。本次应用证实备用层加装宽温板式催化剂的方式可以满足燃煤机组深度调峰和NO_(x)超低排放需求,且该改造方案在工程投资和运行成本上具备明显优势,为其他同类型机组的后续改造提供参考。

加氢精制催化剂RS-1000器外再生技术应用及效果

广州石化加氢精制Ⅲ装置采用石油化工科学研究院开发的RS-1000催化剂,其活性组分主要是镍、钨、钼。该催化剂对4,6-DMDBT类稠环位阻硫化物的转化能力远远超过常规加氢精制催化剂,具有优异的柴油超深度脱硫能力。在装置运行1035d后,进行首次大修,并对RS-1000催化剂进行器外再生和活化,补充了部分新剂。催化剂器外再生技术的主要优点,是再生过程不易产生局部过热;催化剂活性恢复程度较高;可以增加加氢装置的开工时数;加氢装置设备不再承受再生含硫气体的腐蚀;经济效益好。RS-1000催化剂器外再生及工业应用结果表明,在原料性质、体积空速相近的条件下,产品质量满足国Ⅲ柴油质量指标要求,且反应器入口温度明显下降,催化剂再生效果好,各项物化性质与新鲜催化剂基本相当,降低了生产成本,节省了检修时间,实现了催化剂长周期使用的目标。

1000 MW超超临界机组深度调峰能力探讨与实践

随着社会的发展以及电网电源结构的变化,清洁能源迅速开发,电网峰谷差大,大机组调峰任务重,某公司积极探索,分别开展湿态与干态深度调峰尝试,提出了深度调峰的问题、措施及实践分析,并对长期调峰服务提出了优化建议。

浅析1000MW机组的深度调峰

随着电网装机容量越来越大,1000MW燃煤机组参与深度调峰已成为普遍现象。由于在深度调峰期间发电机组及其辅助设备偏离设计工况较多,可能对机组安全运行产生一定的影响。为了适应新形势,各发电厂纷纷进行相应的深度调峰试验以及设备改造,满足深度调峰要求。本文结合某厂1000MW机组现有的设备及系统,对机组在深度调峰过程中运行操作的重点、难点进行了分析,并提出了相应的对策,供运行人员参考。

1000 MW超超临界机组深度调峰安全性分析及运行控制策略

随着新能源比重不断上升,大型火电机组深度调峰将成为运行常态。文章以某电厂1000 MW机组为例,分析深度调峰运行中机组存在的安全风险,结合实际运行经验提出了相应运行控制策略,为1000 MW火力发电机组参与深度调峰提供了一定的借鉴。

千米深井软岩大巷围岩锚架充协同控制原理、技术及应用

针对煤矿千米深井高应力、软岩大巷围岩强时效大变形难题,以中煤新集口孜东矿软岩大巷为工程背景,根据井下实测数据与支护状况,分析了不同支护方式下巷道围岩大变形、支护构件破坏与失效特征。采用理论计算得出U型钢支架在均布载荷和不同类型集中载荷作用下的垂直反力、水平推力及弯矩,揭示了充填体对提高U型钢支架发挥其承载能力的作用机制;采用数值模拟分析对比了锚网喷、锚网喷+钢管混凝土及锚架充3种支护方式控制围岩变形与破坏的效果,阐明了千米深井软岩大巷锚架充协同控制原理。在引进与自主研发的基础上,形成了包括支护材料与构件、充填材料与系统、自动架棚机、单轨吊巷道锚杆支护平台的锚架充协同控制技术。基于上述研究成果,提出口孜东矿软岩大巷锚架充协同控制方案与参数,并进行了井下试验与推广应用。结果表明,锚架充协同控制技术能够有效控制千米深井软岩大巷围岩大变形,特别是强流变,保持巷道长期稳定。与原支护相比,巷道变形量降低90%以上,同时节约了巷道维护成本,为千米深井软岩大巷围岩控制提供了一条有效的途径。最后,对锚架充协同控制技术下一步研究工作进行了展望。

煤矿千米深井巷道围岩支护-改性-卸压协同控制技术

针对煤矿千米深井、软岩、强采动巷道围岩大变形难题,以淮南新集口孜东矿350 m超长工作面运输巷为工程背景,分析了巷道围岩大变形、支护构件失效原因;采用理论分析、实验室试验和井下试验方法,从围岩物性劣化、偏应力诱导围岩扩容、软岩结构性流变及超长工作面采动影响等方面,揭示了高地应力与超长工作面强采动应力叠加作用下巷道围岩大变形机理。以此为基础提出千米深井、软岩、强采动巷道支护-改性-卸压协同控制理念,采用数值模拟对比研究了无支护、锚杆支护、锚杆支护-注浆改性、锚杆支护-注浆改性-水力压裂卸压4种方案巷道围岩应力、变形及破坏规律,阐述了巷道支护-改性-卸压协同控制原理。研发出CRMG700超高强度、高冲击韧性锚杆支护材料,研究揭示了锚杆受拉、剪、扭、弯及冲击复合载荷作用的力学响应特征;开发出微纳米无机有机复合改性材料及配套高压劈裂注浆技术;研发出分段压裂水力压裂卸压技术与设备,形成了巷道支护-改性-卸压协同控制技术。基于上述研究成果,提出口孜东矿示范巷道支护-改性-卸压布置方案与参数,并进行了井下试验与矿压监测。监测结果表明,巷道围岩协同控制技术应用后,巷道变形量降低50%以上,锚杆、锚索破断率降低90%,工作面采动应力明显减小,有效控制了千米深井、软岩、强采动巷道大变形。最后,对下一步的研究工作进行了展望。

深井软岩无机有机复合注浆加固材料研发与应用

千米深井软岩大巷围岩大变形、裂隙闭合和渗透性差等问题突出,要求注浆材料可注性好、凝结速度快、早期强度高,黏结性能强。为此,设计采用“组分优化+超细化+纳米增强+有机改性”协同制备无机注浆材料新方法,研发出硫铝酸钙、石膏、石灰三元胶凝体系最佳质量比为50∶40∶10的无机注浆材料。超细化后结石体4 h抗压强度提高163.0%,初步实现早强快凝;开发了具有纳米晶核诱导结晶和锂离子促溶协同作用的纳米锂铝类水滑石增强材料,使超细注浆材料2 h强度提高183.7%;合成了煤岩界面具有定向耦合效应的有机调节剂,通过与浆液和煤界面的键合作用形成桥梁,显著提高了浆液结石体与煤岩界面黏结。协同制备的无机有机复合注浆加固材料粒径小(D95<10μm),凝结快(<8 min),早期强度高(2 h强度11.5 MPa),黏结性能强(砂岩黏结强度3.12 MPa)。研究开发出了具有“高早强、高可注、高黏结”性能的深井软岩无机有机复合注浆加固材料。现场应用试验采用高压注浆方式,浆液可注入煤样大裂隙和微裂隙,连通孤立裂隙实现高压劈裂,松散煤体得到压实。煤壁表面裂隙漏浆和锚杆孔漏浆可以实现自封闭。微观观测表明高压注浆下浆液可以增加裂隙开度,注入更加微细的裂隙。最后,提出未来注浆材料的发展方向。

深井强冲击矿压煤层巷道控制技术数值模拟研究

为探索具有强冲击危险性的深井煤层巷道控制技术,以某矿7121工作面为工程背景,基于FLAC^(2D)数值模拟软件对4种巷道控制方案的围岩应力、位移及塑性区等特征进行分析。数值计算结果表明:方案3巷道应力峰值最小,其最大应力值为30.68 MPa,应力峰值降低约5 MPa;方案4巷道变形量最小,两帮收敛量为21.36 mm,顶底板移近量为16.70 mm;大直径钻孔使围岩提前产生塑性区,释放积聚在煤岩体中的弹性能。"三结构"控制技术的卸压效果好、围岩变形量小、能量释放多,破坏了发生冲击矿压的强度和能量条件。工程实践表明,现场巷道围岩变形控制效果明显,验证了数值模拟结果的合理性。研究成果可为深井煤岩强动力灾害防治提供借鉴和指导。

综放工作面瓦斯综合抽采治理技术

针对保德煤矿随着开采深度不断加大,煤层瓦斯含量逐步增加的问题,建立了深部煤层瓦斯综合抽采治理模式。回采工作面采用本煤层顺层钻孔和千米钻孔相结合的瓦斯抽采方法,掘进工作面采用母巷羽翼超前预抽方法,采空区采用在联络巷埋管抽采瓦斯的方法。结果表明:采用上述瓦斯综合抽采治理技术后,采煤工作面瓦斯抽采浓度和预抽率均在10%以上,残余瓦斯含量控制在4.5m3/t以下;掘进工作面残余瓦斯含量降低至4.5 m3/t以下,残余瓦斯压力均降低至0.2 MPa以下,且掘进期间工作面和回风流中最高瓦斯浓度均在0.3%以下;采用联络巷埋管抽取采空区瓦斯后,工作面上隅角瓦斯浓度由之前平均0.6%降低到0.3%以下,最大抽采瓦斯纯量13.60 m3/min,最高瓦斯浓度40%。通过瓦斯综合抽采技术,有效降低了工作面瓦斯浓度,有效保障了工作面安全高效回采。

千米深井厚层坚硬顶板水力压裂卸压技术研究

针对千米深井工作面坚硬基本顶难垮落的问题,以邢东煤矿2129千米"孤岛"工作面厚层坚硬基本顶为工程背景,探析了其基本顶在深部应力环境和工况条件下难垮落的原因,提出了在深井工作面采用水力压裂切顶卸压的顶板控制技术,并结合工作面实际采动影响得出了水力压裂的设计方案及施工工艺,实现了工作面"卸压-推进"连续配合作业;同时,运用数值模拟及现场矿压实时监测对卸压效果进行了分析与评价。研究发现,在千米深井厚层坚硬顶板的工作面实施水力压裂进行切顶卸压技术效果明显,有效实现了厚层基本顶分层分次逐渐垮落,降低了工作面顶板的周期来压显现强度。现场试验发现,在此环境下出现钻孔施工困难,需采用单孔多次压裂、增加注水量、强力封孔等措施使每个压裂钻孔充分发挥作用。实践证明,采用该技术后,千米深井厚层坚硬顶板难垮落问题得以有效解决。

深井厚煤层长工作面支护应力特性及分区协同控制技术

加长工作面长度是智能高效长壁综采发展趋势,工作面长度加长后矿压显现一般会出现明显变化,工作面围岩和液压支架的控制难度加大。采用现场实测和理论计算相结合的方法,针对淮南口孜东煤矿千米深井长工作面开展了长工作面来压频率、来压峰值和来压范围的变化特性研究,研究分析了该矿121304工作面支架受力特性及姿态变化特点,建立了基于弹性独立支座的液压支架群组支护力学模型,发现了深井超长工作面支护应力特性,理论计算与实测具有较好的一致性,在此基础上对140502工作面支护参数及控制技术进行了研究。结果表明:随着工作面长度增加,综采工作面支护应力由单峰值逐步转化为多峰值,并向两端头扩展,工作面不同区域来压具有明显的时序性且强度区别较大等特点。深井围岩劣化(低强度顶板)增大了这种趋势,工作面长度300 m即出现了超长工作面多峰值的特征。工作面支护应力出现"M"型三峰值可作为超长工作面的判据,合理工作面长度应综合煤层赋存条件、工作面参数和装备能力进行确定。根据液压支架在空间和功能的不同属性,结合长工作面不同分区特点,揭示了超长工作面判据和群组分区协同控制原理,提出了一种基于状态误差和代价函数的工作面装备群组协同控制方法,制定了"单架控制→组控制→群控制"三级协同控制策略和实现方法,可有效指导深井厚煤层超长综采工作面装备群实现最优协调控制。

煤矿千米深井巷道松软煤体高压锚注-喷浆协同控制技术

针对煤矿千米深井巷道松软煤体大变形难题,以中煤新集口孜东矿大采高工作面运输巷为工程背景,分析巷道松软煤帮变形破坏特征及支护结构破坏、失效形式;采用井下试验和数值模拟相结合的方法,从锚杆锚索锚固力衰减、风化作用下煤体劣化及强流变性等方面,揭示出千米深井巷道松软煤帮大变形机理。提出千米深井巷道松软煤帮高压锚注-喷浆协同控制理念;采用数值模拟对比研究了锚杆锚索支护、锚注、锚注-喷浆3种方案巷道煤帮变形、裂隙及应力演化规律,阐明了巷道煤帮高预应力、高压锚注-喷浆协同控制原理。研发出高强度、高压、组合式注浆锚杆与高压注浆锚索,研究了注浆锚杆、锚索及注浆材料性能与锚注效果,形成了高预应力锚杆、锚索支护-高压劈裂注浆改性-表面喷浆协同控制技术。将研究成果应用于中煤新集口孜东矿,提出试验巷道锚注-喷浆协同控制方案及参数,并进行了矿压监测。监测数据表明,采用提出的高压锚注-喷浆控制方案后,煤帮结构、完整性与强度得到显著改善,锚杆、锚索锚固力大幅提升,充分发挥了高强度锚杆、锚索主动支护作用。巷道两帮收缩量降低86%,锚杆、锚索破断率大幅减少,有效控制了千米深井巷道松软煤帮大变形,为此类深部巷道大变形控制提供了有效途径。

千米深井解放层开采卸压机理及效果分析——以华丰煤矿为例

解放层开采是煤与瓦斯突出、冲击地压等煤矿动力灾害防治的重要措施,以山东泰安千米深井华丰煤矿2613、2412工作面为背景,采用物理模拟与数值模拟相结合的方法,围绕解放层开采卸压机理、卸压效果评价等工程科学问题开展研究,明晰解放层开采后上覆岩层运动规律及矿压变化特征,厘清被解放层采动过程中采场应力与岩层位移演化规律,进而对解放层开采卸压效果和被解放层开采可行性进行指标化评价。结果表明:(1)解放层开采过程中,上覆岩层逐渐垮落形成漏斗状、非对称的多固支梁状结构,解放层开采结束后,采场左右两端分别形成对被解放层起永久性卸压保护的类悬臂梁结构,左右保护角分别为54°、60°。(2)解放层上覆岩层划分为“永久性卸压保护区”和“采空触矸压实区”,两种应力分布区对应解放层顶板应力最大值约20、36 MPa,对应被解放层内最大应力值约29、24 MPa,被解放层受两种应力区的叠加影响。(3)解放层开采结束后,工作面两端出现应力积聚,其他区域上覆岩层整体处于卸压状态,“采空触矸压实区”的持续发育已影响到被解放层,被解放层50~100 m区域沉降量约等于采高。(4)被解放开采过程中,覆岩板裂指数f为0.5,小于临界值0.7,不具有发生强矿压动力灾害的倾向,上覆岩层扰动范围较开采前变化极小,同时结合覆岩破坏形态,可知,被解放层开采始终处于解放层卸压范围内,解放层卸压充分,被解放层开采具有可行性。

千米深井巷道严重形变测量控制技术

山东唐口煤矿为千米深井开拓开采,矿井地压大、巷道变形严重,井下测量控制点处于移动中。为做到安全生产,采用井下陀螺定向技术检测井下测量控制点稳定性的方法,利用巷道变形FLAC3D数值模拟及地应变计算,确定了井下测量控制点埋设的最佳位置为巷道"拱顶两侧"位置,并开发了千米深井井下测量数据管理信息系统及矿图自动更新软件。

千米深井强突出煤层群井筒快速揭煤技术

针对淮南矿区深部煤层具有低透气性、强突出的特点,且揭煤过程具有很强的危险性,以潘一矿东井二副井的近距离强突出煤层群为研究对象,依据前探基础资料,以及强突出煤层群井筒揭煤的特点,增加2圈减压孔,优化设计与施工,实施多煤层联合抽采消突措施,过煤段下花管护孔并下铁管作为金属骨架等措施确保抽采量,提前完成抽采任务并实现了数据的在线监测。井筒揭5-2、5-1、4-2、4-1煤层从施工钻孔、抽采评价到揭煤结束,比预期时间缩短25 d,实现了安全、快速井筒揭煤。

千米深井锯齿形断层煤柱群应力分布及微震活动规律

上部遗留煤柱存在较高的应力集中,会导致下部工作面或巷道应力升高。对于形状不规则煤柱,应力分布更加复杂,从而使下方工作面过煤柱不同阶段的矿压显现规律不同。针对赵楼煤矿千米埋深7301强冲击危险工作面上部存在锯齿形断层煤柱群的实际情况,采用数值模拟和现场监测手段,研究了各煤柱对工作面应力集中的影响范围及工作面过煤柱群下方的微震活动规律。结果表明:①煤柱内应力峰值及煤柱与工作面相对位置是决定其对工作面影响范围和强度的重要因素,煤柱应力峰值较小及煤柱距工作面较远时均对工作面影响较小;②工作面回采接近煤柱边缘及煤柱交界处时,微震能量和频次均会达到峰值,相应微震大能量事件的振幅增加,主频降低,能量主要集中在低频区,此时工作面的冲击地压危险性最高;③根据震源定位及现场卸压情况,确定煤柱边缘及交界处是高应力集中区,需采取大直径钻孔卸压,以达到降低应力集中的目的。

千米深井高地压软岩条件下硐室支护设计研究

为了解决口孜东井下软岩大硐室的支护问题,分析了两淮矿区深井高地压硐室支护技术现状、特点。并根据口孜东矿主井箕斗装载硐室处工程地质情况,对装载硐室支护方案设计进行了比选和优化,提出了"锚索网带喷+钢筋混凝土+直墙肋梁加固"联合支护形式,其支护效果和经济性大幅提高。可为深井高地压软岩条件下大硐室支护设计提供一定的借鉴经验。

千米深井井下矸石分选及充填技术研究

为了降低原煤灰分、减少矸石堆积对环境的破坏,同时解放"三下"呆滞煤炭资源,邢东矿建立了一套井下原煤洗选—矸石充填系统。以邢东矿首个矸石充填工作面12212为例,详细介绍了井下矸石分选及充填技术。现场应用表明,井下矸石分选及充填可实现矸石减排、地面沉降控制,具有可观的经济效益和社会效益。