大型快锻液压机卸压管道振动分析与消振措施

介绍了大型快锻液压机卸压回路组成及工作原理,并对卸压管道产生振动的原因进行了分析,确定了比例阀开启曲线遵循先卸压、后泄流原则,可以抑制卸压管道压力冲击;给出了卸压管道产生谐振的理论公式,为大型快锻液压机卸压管道设计提供了理论依据。

某稳压器快速卸压管道圆形焊接附件应力指数分析

对田湾5,6号机组稳压器快速卸压管道圆形焊接附件应力指数进行了分析研究。根据对不同尺寸的圆形焊接附件的直管进行分析,计算了不同约束条件下圆形焊接附件的直管的应力指数,拟合出圆形焊接附件的直管的应力指数表达式。通过与ASME Code Cases方法计算的圆形焊接附件直管的应力比较,验证了应力指数计算方法的正确性。采用该表达式计算了田湾5,6号机组稳压器快速卸压管道焊接附件处的应力,经过对比,考虑焊接附件的影响后,圆形焊接附件处管道的应力有明显增加。采用该方法计算圆形焊接附件处管道的应力,可提高管道分析的正确性和效率,是一种实用有效的方法。

龙滩电站水轮机顶盖卸压管密封结构改进

龙滩电站安装7台700MW水轮发电机组,总装机容量4900MW,水轮机减压装置采用了上冠无减压孔结构,通过在顶盖上开设8个卸压孔,将止漏环漏入转轮上冠的水排入尾水管。由于结构的原因,初期运行时,多次出现卸压管漏水的缺陷,需将尾水管的水排掉才能处理,工作量比较大。电厂利用机组年度小修机会,改进了密封部位的结构,保证漏水不会发生。

龙滩水电站顶盖卸压管密封改造

龙滩水电站安装7台单机容量700MW水轮发电机组,一期总装机容量4900MW。水轮机减压装置采用了上冠无减压孔结构,通过在顶盖上开设8个卸压孔,将止漏环漏入转轮上冠的水排入尾水管。由于结构的原因,初期运行时,多次出现卸压管漏水的缺陷,需将尾水管的水排掉才能处理,工作量比较大。电厂利用机组年度小修机会,对密封部位的结构进行了改造,有效控制了该部位漏水的发生,即使以后再出现漏水缺陷,也不需要停机排水就能方便的处理。

龙滩电站水轮机顶盖卸压管漏水处理

龙滩水电站共装设9台700MW的水轮发电机组(前期7台,后期2台),在系统中担任调峰、调频和事故备用任务。

高瓦斯煤层大直径钻孔卸压增透瓦斯渗流时空演化机理

矿井瓦斯抽采面临抽采率低、有效抽采周期短、瓦斯预抽体积分数不达标等困境。为实现高瓦斯低透气性煤层的精准卸压增透,以顺和煤矿2404典型深井高瓦斯低透气性煤层工作面为研究对象,基于长时力学效应理论建模、COMSOL数值分析和现场试验等方法,构建了大直径钻孔卸压煤层瓦斯运移多场耦合模型,提出了大直径钻孔瓦斯有效抽采半径的判定指标——残余瓦斯压力不超过0.22 MPa,揭示了大直径煤层钻孔卸压增透机理及瓦斯运移规律:单一大直径钻孔煤层瓦斯压力呈以钻孔圆心为对称中心的椭圆分布,即由钻孔圆心向外瓦斯压力逐渐增加,随着抽采时间延长,抽采达标区域逐渐扩大。钻孔周边应力转移特征为:随着抽采时间增加,单一大直径钻孔周边点的垂直应力呈现先增后降趋势。进一步提出了高瓦斯低透气性煤层大直径钻孔卸压增透抽采技术。模拟确定了钻孔有效抽采半径,孔间距6.0 m、直径300 mm钻孔卸压增透效果最好,其两侧3.0 m内平均渗透率为1.58×10^(-15)m^(2),远大于初始值1.15×10^(-17)m^(2)。现场应用表明,大直径钻孔瓦斯抽采远优于普通钻孔,300 mm大直径钻孔瓦斯体积分数最大值为47.2%,75 mm原钻孔最大瓦斯体积分数最大值仅为10.6%,且大直径钻孔5.0%以上高瓦斯体积分数抽采天数提高了40.2%,有效解决了小直径瓦斯钻孔治理难题,为高瓦斯煤层高效精准卸压增透强化抽采提供了有效途径。

千米深井切顶卸压自成巷支护技术及应用

为了解决深部复杂条件下的切顶卸压自成巷难题,以红阳三矿703工作面运输巷道为研究对象,从恒阻大变形锚索超前支护、切顶巷内支护、切顶巷旁支护三个方面研究了切顶卸压沿空成巷支护技术,并对现场试验巷道顶板受力以及巷道围岩变形量进行了监测。结果表明:在超前工作面实施爆破切顶能够极大降低巷道所受应力,成巷区巷道顶板整体下沉量较小,巷中顶板最大下沉量约385 mm,平均下沉量约280 mm,巷中底鼓最大值545 mm,碎石巷帮无明显侧鼓现象,实体煤帮无明显片帮现象,满足安全和使用要求,巷道围岩变形在可控范围内,留巷效果良好。

特大型条形矿柱卸压开采技术研究

某铁矿为超大规模超深井矿山,矿体特别厚大,在盘区之间布置了特大型条形矿柱,本文采用数值模拟方法,对特大型条形矿柱采取不同卸压开采方案后的应力特征和塑性区分布进行了对比研究,揭示了不同卸压方案的卸压效果,提出了“先进路法卸压、后中深孔或深孔充填法回采”的盘区矿柱回收方法,研究结果可为类似开采条件下的卸压开采提供参考。

地面井分层卸压的煤系气合采原理及方式探讨

为了进一步认识制约煤系气合采的因素,提高煤系合层排采各产层的产气贡献,分别从动力、通道和气源条件出发,分析了煤系气合采的必备因素。基于改变地应力状态提高储层导流能力以及分层改变储层流体压力,满足多层合采动力条件的原理,提出了地面井分层卸压的煤系气合采方式。该方式通过在地面进行定向钻井,在目标储层中进行高压水射流作业,人工创造卸压空间(缝、槽、穴等),改变地应力状态,降低有效应力伤害,增加储层导流通道的数量和开度,提高目标储层压降传递速率。待储层压力降至符合煤系气合采动力条件时进行合层排采,从而提高煤系合采各产气层的产气贡献。相较于常规增产改造措施,此方式能够减少煤系气储层在有效应力作用下的储层伤害,且有助于提高储层压降传递效率,增强煤系气的解吸和扩散,降低多层煤系气合采过程中的层间干扰。在以上研究基础上,认为地面井分层卸压的合采方式主要适用于储层地应力大、产层间距小的煤系气储层,且有望在薄互层煤系气储层增产改造及层间干扰严重的叠合共生煤系储层开发领域进行应用推广。

卸围压下弱胶结软岩分数阶蠕变损伤本构模型

为研究地下硐室开挖卸荷诱发的软岩蠕变损伤特征,以西部矿区弱胶结软岩为研究对象,利用GDS HPTAS开展了分级卸围压蠕变试验,研究了不同含水条件下弱胶结软岩卸围压下蠕变特征和蠕变速率特征。基于稳态蠕变速率倒数的方法,确定了弱胶结软岩长期强度和含水率的数学指数函数关系。基于蠕变速率曲线特征提出了一种确定衰减蠕变与等速蠕变分界点t_1和等速蠕变与加速蠕变分界点t_2的新方法。引入Riemann-Liouville分数阶积分算子和负时间指数损伤演化变量,定义了非线性损伤Abel黏壶,建立了一个包括弹性元件、黏弹性损伤元件、黏性元件和非线性黏塑性损伤元件的六元件分数阶蠕变损伤本构模型。基于试验结果,采用Trust-Region算法进行了模型参数识别和敏感性分析。结果表明,所建立的模型具有物理意义明确、与试验值吻合度较高等特点,可较为准确地反映开挖卸荷条件下弱胶结软岩蠕变损伤特性,对保障地下工程长期稳定性具有重要的意义。

平顶山矿区多煤层卸压立体抽采模式与工程示范

平顶山矿区多煤层发育、含气层段多,仅靠井下进行瓦斯治理工程量大、难度高。为了开辟平顶山矿区瓦斯抽采新模式,达到“采一层抽多层”的目的,采用气测录井与含气量测试相结合的方法精准判识了煤系主要含气层段和含气量;采用体积法评价了东部5对矿井采动区和采空区的煤系气资源量。基于“O”形圈理论和“防-抗-让”思想,分别优化设计了采动井、采空井的井位、层位和井身结构,构建了采动区、采空区多煤层卸压立体抽采模式并进行了工程示范。结果表明:(1)二_(1)煤层顶板200 m范围内存在四煤组、三煤组、二_(1)煤层顶板60 m范围内的砂岩/泥质砂岩互层段等3处主要含气段。平顶山矿区东部5对矿井的采动区和采空区资源量分别为26.36×10~8 m^(3)和20.00×10~8 m^(3)。(2)采动井最佳井位为0.17~0.28倍采长,且靠近回风巷条带区域;走向上,采动井的间距一般为80~100 m。创建了“大口径、避开岩体变形强烈区、P110梯型扣套管”的采动直井稳孔技术体系和“下行水平轨迹+提高套管强度”的采动L型水平井稳产技术体系,保证了产气通道的畅通性。采空井一般布置在距离回风巷30~50 m的区域,完钻位置一般为二_(1)煤层顶板40~60 m的范围;筛管布置在四煤段顶板至裂隙带底部。(3)建立了“地面采动直井/定向井-采动L型水平井-采空井”联作的卸压立体抽采模式,实现了多气源立体抽采。截至2024年4月30日,累计抽采纯量达5258.8万m^(3),总利用量达到3735.4万m^(3),率先在河南省实现了煤系气产业化开发,示范和引领带动作用显著。

卸压速度对构造煤突出过程中瓦斯膨胀能的控制作用

煤与瓦斯突出(简称“突出”)多发生在构造煤层。瓦斯膨胀能是参与突出的重要能量之一。构造煤体在突出连续发展阶段中将经历连续复杂的卸压过程,为了明确卸压速度在突出连续发展过程中对瓦斯膨胀能的控制作用机理,选取地质构造复杂、突出灾害治理难度较大的平煤十三矿突出煤层煤样为研究对象,开展了不同卸压速度条件下的构造煤型煤三轴加载试验、筛分试验和煤粒瓦斯解吸扩散动力学试验。基于试验结果揭示了不同卸压速度条件下构造煤体的粉化特征和瓦斯解吸规律,反算了不同卸压速度条件下破碎煤体的瓦斯解吸量和瓦斯膨胀能,提出了一种突出连续发展过程中的正反馈模型。结果表明:卸压对煤样强度和抵抗变形的能力具有一定的弱化作用,卸压速度越大,弱化作用越强,越容易发生破坏。随着卸压速度的提高,煤样破碎后的粉化程度增强,瓦斯解吸量亦随之增高,导致瓦斯膨胀能增大。卸压速度从0.01 MPa/s增大至0.1 MPa/s时,破碎煤样的瓦斯膨胀能增加了21.05%~40.00%。卸压速度的增大,使得构造煤样的破碎程度、气体流动通道和煤体内能增加,初始瓦斯解吸量也随之增加,最终导致瓦斯膨胀能的增加。研究表明卸压速度对诱导突出连续发展有着关键作用,其控制瓦斯膨胀能的正反馈过程不断循环是影响构造煤层突出连续发展的重要因素。

晒旗河磷矿掘进巷道工作面钻孔卸压参数优化

岩爆是困扰晒旗河磷矿安全开采的主要技术难题,该矿钻孔卸压参数与围岩应力分布不匹配,卸压效果有待提高。以该矿+80 m工作面为研究对象,采用数值模拟对掘进巷道工作面不同钻孔卸压参数下巷道围岩的应力和弹性能变化情况进行分析,探寻最优的卸压钻孔参数方案。引入谷-陶岩爆判据,计算最大主应力和单轴抗压强度的比值,评价卸压钻孔参数优化前后的岩爆等级,验证钻孔卸压效果。研究结果表明:随着钻孔深度的增加,巷道围岩应力先减小后增大,当钻孔深度为10 m时,围岩应力和弹性能最小;在保持钻孔数量不变的情况下,钻孔间距过小,钻孔周围形成的卸压区域重叠,整体卸压范围受限,钻孔间距过大,每个钻孔间形成的卸压区域无法起到协同卸压作用。卸压钻孔参数优化后最大主应力下降了14 MPa,岩爆风险等级由中等岩爆降为无岩爆。研究结果可为鄂西地区类似矿山卸压钻孔参数的选用提供参考。

远距离下保护层开采卸压增透效应及瓦斯抽采方案

针对深部远距离下保护层开采后上覆被保护层卸压及瓦斯治理难的问题,以朱仙庄煤矿Ⅲ1031工作面工程条件为背景,采用相似模拟和数值模拟相结合的方法,研究了远距离下保护层开采过程中覆岩的应力演化规律、变形破坏特征和卸压增透效果。结果表明:保护层开采,产生延伸至被保护层的纵贯式穿层裂隙,基本顶发生平均步距15 m左右的周期破断,煤层压力先减小,采空区中部重新压实后,应力开始逐渐恢复;在围岩内形成应力增高区域,而应力在向采空区中部演化时,则以近似于弧状的应力递减圈形态发育。因煤层采动在采空区两侧形成离层裂隙发育区,为瓦斯流动提供通道,被保护层也因此得到卸压,其卸压率达到0.91,增透率增幅为5%~20%,被保护层出现明显卸压增透效应。为解决保护层开采后瓦斯需卸压抽采的问题,设计了穿层钻孔、顺层钻孔、高位钻孔配合拦截钻孔和采空区埋管的瓦斯抽采方案。

跨断层切顶卸压自成巷顶板变形机理及控制技术研究

针对跨断层切顶卸压自成巷顶板变形大不易支护的问题,以棋盘井煤矿东区11101工作面运输巷为工程背景,探究跨断层切顶卸压自成巷顶板变形机理,研究“切顶卸压+恒阻锚索”支护对跨断层切顶卸压自成巷顶板变形的控制效果。建立力学分析模型研究断层及切顶卸压自成巷顶板各相关参数对巷道直接顶应力的影响,将切顶卸压自成巷顶板变形过程划分为4个阶段,研究巷道顶板各阶段及总垂直位移量计算方法并给出计算公式,并将相关参数代入公式求解跨断层切顶卸压自成巷顶板垂直位移量;利用3DEC数值模拟软件建立跨断层切顶卸压自成巷数值计算模型,研究断层附近巷道顶板应力应变演化规律及恒阻锚索控制效果,研究结果表明:数值模拟上下盘巷道顶板变形数据与理论分析所得数据结果误差分别为1.14%、4.04%;恒阻锚索能够有效减小巷道顶板变形,与未使用恒阻锚索模型相比,上盘巷道切缝侧顶板垂直位移量减小至16.8%,下盘巷道切缝侧顶板垂直位移量减小至50.7%;上下盘巷道顶板在工作面回采过巷道测点断面过程中出现不同程度的应力集中,其中上盘巷道顶板的垂直应力集中值大于下盘巷道,分别为5.72 MPa和4.48 MPa;恒阻锚索通过减缓断层附近巷道顶板变形速率,待巷旁碎石帮充填完成后与碎石帮共同对巷道顶板变形进行控制;将11101工作面运输巷围岩位移监测数据与理论模型计算结果相比较,误差均在10%以内,证明“切顶卸压+恒阻锚索”支护方式对跨断层巷道顶板变形具有良好的控制效果。

特厚煤层掘进巷道两帮卸压钻孔合理参数数值模拟研究

目前钻孔卸压技术为冲击地压矿井巷道掘进期间防冲主要措施之一,钻孔布置和参数决定着卸压效果。目的为了探讨特厚煤层掘进巷道两帮卸压钻孔合理布置参数,方法基于耿村煤矿综放工作面运输巷道地质采矿条件,利用数值计算方法研究掘进巷道两帮在单排布置时孔深、孔径、孔间距,双排布置时排距等不同参数条件下,巷道围岩应力云图和两帮垂直应力分布特征。结果结果表明:(1)单排布置卸压钻孔时,随着孔深、孔径递增,巷道两帮高应力区逐渐向深部围岩转移,而巷道两帮浅部围岩处于低应力区。(2)当钻孔孔深、孔径达到一定值时,巷道两帮支承压力由“单峰型”转化为“双峰型”,浅部围岩处于临界卸压状态;随着孔深、孔径继续增加,巷道两帮处于过度卸压状态。(3)利用卸压后、无卸压时巷道两帮高应力区向深部围岩的转移量ΔL、峰值应力处距巷道表面距离的比值η表示临界卸压和过度卸压状态,确定出卸压钻孔的合理参数。在耿村煤矿13230综放工作面运输平巷进行超前钻孔卸压和锚网索+36U型可缩性金属支架二级支护后,对巷道两帮实施钻孔卸压防冲,效果显著。结论研究结果对冲击地压矿井回采巷道掘进期间的卸压防冲具有指导和借鉴意义。

上覆坚硬厚顶板煤岩卸压增透数值模拟及应用研究

基于榆树田煤矿上保护层开采时被保护煤层上覆岩层为坚硬厚岩层的实际情况,采用物理实验、数值模拟和现场应用等方法,研究上保护层开采推进时被保护区域的应力变化尤其是垂直应力演化规律和原岩应力区、应力增高区和降低区的演化规律,继而设计保护层开采方案并选定高位定向长钻孔进行瓦斯抽采。结果表明,被保护层上覆的坚硬厚岩层会形成关键层直接影响保护层效果;上保护层开采后被保护层的卸压程度为50%,膨胀变形量为0.391%,被保护层工作面回风瓦斯浓度降低至0.35%。现场应用结果表明,被保护煤层上覆坚硬厚岩层时,采用上保护层开采配合高位定向长钻孔抽采能够取得理想的卸压增透和瓦斯抽采效果。

赵官矿切顶卸压沿空留巷爆破参数研究

以赵官矿2707W工作面为工程背景,对切顶卸压沿空留巷爆破参数进行研究。结合现场工程地质条件,选用双向聚能拉伸爆破技术对试验段顶板进行预裂。综合运用理论分析计算、现场爆破试验等手段,得到了合理的爆破参数:爆破钻孔深度8.0 m,切顶角度10°,炮孔间距600 mm,装药结构为5+4+3。通过现场钻孔窥视和矿压监测等手段验证了切顶爆破效果良好,在丰富切顶卸压沿空留巷爆破技术理论的同时,也为类似工况提供一定的工程借鉴意义。

分级循环卸-加围压下粉砂岩的力学特征

针对不同的实际工程,开展不同应力路径的试验来研究岩体的力学特性是解决实际问题的关键。为研究粉砂岩在围压循环卸-加载特殊应力路径下的力学特征,采用MTS815岩石力学测试系统开展不同轴力水平下分级循环卸-加载围压试验,研究不同轴力水平下轴、环向塑性应变及弹性模量的演化特征,并结合耗散能量的计算,分析能量演化与试件变形破坏之间的关系。结果表明:随着循环次数的增加,滞回环向应变增大方向移动,卸-加围压下应力-应变曲线逐渐闭合,滞回环间距整体表现为由“疏”到“密”的变化特征;单一变量时,围压卸载等级越低弹性模量越低,轴力水平越低弹性模量越高,弹性模量受轴力水平和围压卸载等级两种参量共同作用;单次循环中环向塑性应变在数值上总是大于对应的轴向塑性应变,循环卸-加围压特殊应力路径下,高轴力水平下岩石抵抗塑性变形的能力要强于低轴力水平;岩石破坏最终所耗散的总能量与轴力水平一定程度上呈线性正相关。

钻孔卸压感知系统研制

在煤矿开采预防冲击地压方法中,针对钻孔卸压后周围压力是否达到卸压所需效果的问题,设计了钻孔卸压感知系统。该系统采用FPGA和Lab VIEW相结合的方式,利用FPGA控制高精度A/D转换器HX711采集传感器的数据,使用8通道模拟多路选择器74HC4051进行通道选择传输,通过FPGA将数据传输到Lab VIEW完成数据显现。实验结果表明,该系统可以准确、高效、直观地采集多通道的数据信号并呈现,可以判断出钻孔卸压后的卸压效果是否达到预期,具有较高的工程应用价值。