Numerical Simulation of Thermal Stress Field of Water-cooled-wall Pulverized-coal Gasifiers

A local thermal stress model of water-cooled-wall pulverized-coal gasifier was built, and ANSYS was used to simulate the stress field in the gasifier operation to research the damage of refractories and slag layer caused by the thermal stress. The results reveal that:（1） the maximum stress of water-cooled-wall gasifier appears at the interface between anchor nails and refractories as well as the interface between refractories and the slag layer, and the maximum stress of slag layer appears on the surface of the slag layer;（2） the increase of slag layer thickness can significantly reduce the thermal stress at the interface between anchor nails and refractories, but increase the thermal stress between slag layer and refractories;（3） when the therma I conductivity is 2-6 W · m-1 · K-1, the thermal stress increases rapidly with the increase of the thermal conductivity, but when the thermal conductivity is 6-10 W · m-1 · K-1, the thermal stress is basically stable;（4） the higher the cooling rate, the faster the decreasing speed of the temperature and thermal stress.

大采高综采工作面煤壁应力及稳定性研究

利用煤壁力学模型,分析工作面前方支承压力与煤层压缩角之间的关系,结合成庄矿4322工作面的实际情况,研究大采高综采工作面煤壁应力,计算得出煤壁上的应力为15.0 MPa,工作面前方支承压力峰值为22.6 MPa,煤壁极限平衡区宽度为16.4 m。利用数值模拟软件FLAC3D,求解工作面回采150 m后煤壁的应力,以验证理论计算结果,通过分析工作面中部和端头煤壁的塑性破环范围,研究4322工作面煤壁稳定性。结果表明:工作面两端头煤壁比中部煤壁容易发生片帮。根据工作面前方支承压力分布规律和煤壁前方塑性区范围,研究大采高综采工作面煤壁片帮机理,提出煤壁片帮防治措施。

水冷壁式粉煤气化炉炉衬应力场数值模拟研究

针对水冷壁式粉煤气化炉在使用过程中由热应力引起的耐火材料和渣层损毁现象,建立了水冷壁的局部热应力模型,运用ANSYS有限元分析软件对水冷壁式粉煤气化炉使用过程的应力场进行了数值模拟研究。结果表明:1)水冷壁式气化炉的最大应力出现在锚固钉与耐火材料的界面以及耐火材料与渣层的界面,渣层最大应力的位置在渣层表面。2)渣层厚度的增加可显著降低锚固钉与耐火材料界面处的热应力,但是会导致渣层与耐火材料层间的热应力增大。3)当热导率为2～6 W·m^(-1)·K^(-1)时,随着热导率增加,会导致热应力迅速升高;而当热导率为6～10 W·m^(-1)·K^(-1)时,热应力基本稳定。4)降温速率越快,炉衬各点的温度和热应力下降得越快。

浅埋煤层长壁开采围岩应力场特征研究

利用数值模拟及现场观测,研究了浅埋深长壁工作面围岩应力场特征,得出上覆岩层中可形成承压拱结构,该结构能否稳定存在直接关系到工作面矿压显现,并提出将承压拱结构能否稳定存在作为判别某一煤层是否为浅埋煤层的方法。分析了采高和工作面长度对承压拱结构稳定性的影响程度,结果表明:采高对承压拱结构的临界高度及结构稳定性影响十分显著,当采高达到一定值后,上覆岩层中不能形成稳定的承压拱结构;工作面长度对于承压拱结构的稳定性具有很大影响,但当工作面达到一定临界长度时,再加长工作面对覆岩结构稳定性影响程度降低。

采煤机截齿齿座壁厚对齿座应力状态的影响

为了明确采煤机截齿与齿座的受力和应力分布情况,确定其失效部位,利用ABAQUS有限元分析软件对截齿与齿座的装配体进行应力分析。研究表明,齿座的最大应力和应变都发生在齿座前部弯折区域和内壁,适当的壁厚有利于改善齿座的受力状况。所得结果为进一步研究齿座的结构设计和参数优化提供了理论依据,有利于提高其使用寿命和工作可靠性。

结构阻尼识别中的目标函数问题

本文用震源力学理论和方法研究了徐淮地区从１９７０年以来构造应力场的方向和强度的时空变化过程．结果表明：以唐山地震为分界线，本区的应力场Ｐ轴取向由震前平均６１．８°变为震后平均７７．７°．如果将本区以宿北断裂为界分为南区和北区两个部分，则北区的Ｐ轴取向从６８．１°变到７１．２°，而南区的Ｐ轴取向由６２．５°变到８３．６°，南区的变化明显大于北区．对于水平剪切应力值来说，７６年前后应力值较高且变化剧烈，从７７年至８７年应力值缓慢下降，而从８７年开始应力值迅速上升并伴有起伏．上述应力场的时空分布特征可以解释为什么井筒破裂主要发生在宿北断裂以南地区，并且主要发生在幼年以后．因而我们认为，徐淮地区煤矿井筒破裂与构造应力场的变化有很大关系．

构造措施对采空区砌体结构抗变形的影响分析

煤炭开采沉陷区的较大地表变形(倾斜、水平变形和曲率)会对既有砌体房屋造成倾斜、裂缝或倒塌等破坏。在总结"三下"压煤现状的基础上,根据拟建矿区具体的地质条件和开采条件预估算各种地表变形值,用有限元整体模型思想建立典型多层砌体结构模型,计算砌体结构在拟建矿区开采沉陷导致地表整体倾斜、水平受拉变形和不均匀沉降工况下的墙体受力情况,并与在正常工作状态下的墙体受力情况相比较,定量分析圈梁和构造柱的设置与否及截面尺寸的变化对各种变形工况下墙体应力的影响,根据分析结果,总结构造措施对地表变形下砌体结构的影响规律。

祁东煤矿7_131工作面局部冒顶原因及机理分析

针对祁东煤矿7131工作面中上部出现大面积片帮、漏顶问题,通过现场实测和FLAC3D数值模拟软件研究了7131工作面局部冒顶的原因。结果表明:由于受到7130工作面侧向支承压力与6130工作面底板采动应力叠加的影响,7131工作面中上部区域顶板存有大面积实体煤岩柱,在煤岩柱下采掘会出现应力集中现象。在应力集中区下回采时,应力增高区只现于工作面上端而并非在整个应力集中区域。随着工作面向前推进,应力增高区范围缩小,应力峰值逐渐增大,应力分布向工作面上端发展,导致应力增高区范围的煤岩体发生塑性变形而破坏出现片帮漏顶。

加卸荷应力路径下巷帮煤体力学特性与损伤破坏研究

为探究煤巷开挖卸荷帮部破坏机理,开展巷帮煤体常规三轴压缩及峰前卸围压2种应力路径下实验室试验,分析其力学特性与损伤破坏规律。结果表明:常规三轴压缩试验中,破坏特征表现出由低围压下的脆性向高围压下的塑形转变;峰前卸围压应力路径下,破坏更易发生,且全部为脆性破坏;煤体强度对围压变化较敏感,卸荷条件下其峰值更低;变形模量随围压被卸除而降低,开始阶段变化平缓,随后下降趋势不断加剧;泊松比随围压减小而增大,其变化趋势同变形模量基本一致;卸荷应力路径下,煤体破坏是一种以剪切破坏为主,但仍存在部分劈裂破坏的复合状态;破断角以抛物线趋势随初始围压的提高而增加,但卸荷应力路径下其值明显更小;卸荷条件下损伤因子与围压之间的变化关系及趋势同泊松比一致;随初始围压的增加,卸荷条件下围压差比λ逐渐降低。

保护煤储层的煤层气井固井技术

国内的煤层气井主要采用注水泥射孔方式完井,研究固井设计和施工的一些关键问题对于避免潜在的生产作业和开采效益风险具有重要意义。简要回顾了国内煤层气井固井施工和研究状况,分析了煤层气井固井的质量要求和保护储层需求,结合室内和现场试验提出了适用于煤层气井固井的水泥浆性能和施工设计方法。研究认为煤层气井固井中最重要的封隔要求是对煤储层顶板的封隔,首要的作业安全问题是防止漏失。综合考虑固井作业和保护储层需要认为:适宜的水泥浆密度范围为1.20~1.60 g/cm3,并应采用黏稠水泥浆在0.5~0.8 m/s的低返速下固井施工。现场应用的固井质量合格率达到100%,证明该研究结论适用于煤层气井固井。

大断面松软煤帮巷道稳定性分析及控制研究

为了研究大断面高帮巷道的破坏机理,并有效保证大断面高帮巷道的整体稳定,以赵庄煤矿53101巷道为工程背景,使用FLAC3D数值模拟软件,对不同埋深和侧压系数情况下巷道顶板、两帮的垂直应力以及巷道围岩塑性区分布情况进行研究。针对53101巷道断面大、煤帮松软的特点,结合数值模拟得出的分析规律,提出巷道顶板全锚索支护、两帮锚网索支护的支护方案。支护后的现场监测数据表明,该支护方案有效地控制了巷道的片帮和冒顶破坏,对巷道的整体稳定起到了良好的控制作用。

基于不同壁厚的巨型贮煤筒仓的有限元分析

筒仓是一种用于存放小型块状或颗粒状物料的储存结构。壁厚是筒仓重要的结构参数,科学合理的壁厚不仅能保证筒仓的各项性能安全可靠,而且能使造价降低。以某直径为100 m、壁厚为600 mm的巨型贮煤筒仓为例,通过ANSYS有限元分析软件建模,研究500 mm、600 mm、700 mm、800 mm壁厚的筒仓在不利工况条件及不同路径情况下的应力情况,并分析其变化规律,这对工程设计具有一定指导意义。

高质量分数煤浆流变参数及输送压力梯度研究

针对Herschel-Bulkle煤浆管道输送压力梯度预测不准确的问题,采用试验研究和理论分析方法,研究了煤浆质量分数w_(w)和煤浆分散剂质量分数w_(f)对屈服应力τ_(0)、流动指数n和稠度系数K的影响,分析了w_(f)、w_(w)和平均切变率8V_(m/D)对管壁切应力τ_(w)的影响,由此通过数据拟合和回归分析确定了高质量分数煤浆管道输送压力梯度计算模型。结果表明:应力τ_(0)、指数n和系数K随w_(w)增加而增加,煤浆从屈服假塑性流体逐渐过渡到屈服胀塑性流体;随w_(f)增加,τ_(0)和K呈现降低趋势,而n呈现逐渐增大趋势,煤浆假塑性呈现减弱趋势;煤浆输送参数τ_(w)与8V_(m/D)及w_(w)均呈现指数关系,与分散剂质量分数因子1/w_(f)呈线性递增关系。模型验证结果表明,高质量分数煤浆压力梯度公式预测值相对于实测值的偏差不大于13%。

大采高工作面煤壁稳定性分析及控制技术研究

针对“直覆厚硬砂岩顶板破断步距大,易引发煤壁片帮等煤岩动力灾害”的情况,本文研究了张集矿以厚硬砂岩为顶板的14121工作面开采过程,结合理论分析得出煤壁片帮的影响因素,确定合理的破断步距。采取预裂爆破强制放顶方案,用UDEC软件模拟切顶效果,比较不同破断步距下预裂爆破切顶前后的煤壁处的应力集中及塑性区煤体的破坏特征。结果表明:15 m顶板破断步距相较于25 m破断步距使煤壁前方超前支承应力峰值下降20.1%,但煤壁处的承载力增加121%,煤壁水平方向最大位移量减少了35.3%,煤壁处塑性区范围减小近30%,从而减少煤壁片帮事故的发生,保证大采高工作面的安全回采。

上覆倾向煤柱宽度对压架灾害的影响研究

以大柳塔矿22103工作面开采压架灾害为工程研究背景,通过设置5种不同宽度的上覆煤柱,采用理论分析和数值模拟的方法,分析对比工作面煤壁内应力状态,得出上覆煤柱宽度对开采压架的影响规律及工作面过上覆煤柱过程中的煤壁应力变化规律,提出合理的防治措施。

大采长倾斜煤层工作面矿压分析及煤壁片帮控制技术研究

针对平煤股份十矿深部大采长倾斜煤层开采过程中出现的矿压显现剧烈、煤壁片帮严重等制约工作面安全高效生产的难题,以该矿己15-16-24070工作面为工程背景,从倾斜煤层开采过程中基本顶岩层来压步距和工作面采场应力集中分布进行分析,得到矿压呈现出自上而下逐渐变小的趋势,中部来压较为剧烈,确定煤壁易片帮区域。提出采用智能供液系统提高液压支架初撑力管理水平、对煤壁注水提高煤体塑性的采煤工作面煤壁防片帮方案,并在现场工业性试验中取得了较好的效果,回采速度由原来的圆班推进2~3刀提高到6刀以上,对于类似条件下采煤工作面煤壁片帮治理具有较好的指导和借鉴意义。

大采高综采工作面煤壁应力与稳定性

基于斜沟矿18201作业面工程概况,总结分析了大采高综采作业面的煤壁应力和稳定性,提出针对性的煤壁片帮防治措施,为作业面生产作业的更加安全、高效开展提供坚实保障。

圆筒煤仓仓壁受力特征研究

为掌握圆筒煤仓仓壁的应力分布规律,以石洞沟选煤厂圆筒仓为研究对象,采用有限元分析软件,对其仓壁在储煤压力下的受力性能进行了分析,得到该结构的应力分布特征。结果表明:其承载力满足使用要求,但仓壁最大环向应力出现在储料锥体重心至截面底部1/4处,环梁对仓壁的约束作用在一定范围内明显,为选煤厂圆筒煤仓的设计提供了参考。

沿断层布置不规则综放工作面煤巷支护技术

针对付村煤矿3上401不规则综放工作面沿断层托顶煤巷道支护出现的顶板破碎、漏顶、变形量大等问题,通过现场调查、FLAC3D数值模拟分析和现场试验,研究了放顶煤开采沿断层托顶煤巷道围岩变形规律和控制技术,提出采用锚杆+锚索+钢筋梯+金属网支护可使围岩形成有效承载体,能使不规则综放工作面沿断层托顶煤巷道整体稳定。3上401回风巷工程实践表明,巷道掘进5个月后,巷道顶、帮部锚杆最大变形量分别为18和32 mm,支护效果良好。

鄂尔多斯盆地临兴西区深煤层地应力场特征及应力变化分析

地应力的大小及方向对深部煤层气开发影响显著。以鄂尔多斯盆地东缘临兴西区为例,基于实验测试、井壁崩落法和断层摩擦系数地应力法,分析了三向主应力的方向与大小,阐释了地应力的基本特征及其空间发育规律。结果显示:8号煤层垂向应力S v介于44.94~50.46 MPa,平均48.47 MPa;水平最大主应力S H介于35.16~44.53 MPa,平均40.62 MPa;水平最小主应力S h介于28.79~39.45 MPa,平均33.02 MPa。9号煤层垂向应力介于45.03~50.46 MPa,平均48.57 MPa;水平最大主应力介于35.33~44.53 MPa,平均40.69 MPa;水平最小主应力介于29.01~39.45 MPa,平均33.11 MPa。误差分析显示此地应力计算结果可靠。三向地应力大小与埋深呈正相关关系。在垂向上,三向地应力相对大小表现出明显分带性,即埋深<1000 m左右为S h<S v<S H为特征的剪切型地应力带;埋深介于1000~1800 m表现为S h<S H<S v过渡带;埋深>1800 m表现为S h<S H<S v为特征的正断型地应力带。在平面上,地应力在平面上总体呈西北部低、中部与南部高、其余地区适中,主要在T-23-2井和T-19井区存在应力低值带。最大水平主应力地应力方向主要以EW-NEE向为主。地应力场的阐释将为研究区深煤层储层物性评价、勘探选区及钻完井工程设计提供地质参考。