煤岩吸附量–变形–渗透系数同时测量方法研究

近年来,随着人们对CO2煤层封存、煤层气注气开采等技术关注程度的不断提高,大量学者开始煤岩吸附量、变形以及渗透系数测量方面的研究,并开发大量测试装置和技术。但是,要在一个试样上同时测量吸附量、变形和渗透系数比较困难,目前还没有相关试验方法和试验装置的报道。提出煤岩吸附量–变形–渗透系数同时测量方法并开发试验装置。采用圆柱形块煤作为试验样品,利用变形传感器测定吸附引起的变形,利用双计量泵测定吸附量和渗透系数。介绍该方法的原理、试验装置及试验流程,并利用该方法和装置进行煤岩对CO2气体的吸附量、变形和渗透系数同时测量试验。试验结果表明,该方法和装置能够同时测量煤岩吸附量、变形和渗透系数,试验效果良好。

基于ACO-BP算法的熔融沉积成型翘曲变形量的预测方法

针对熔融沉积成型翘曲变形量预测问题,提出了一种基于蚁群算法(ACO)-误差反向传播(BP)神经网络算法的预测方法。采用ACO算法优化BP神经网络的初始权值、阈值,防止其训练时收敛于局部极小。基于正交试验分别设计4因素4水平的训练样本集和4因素3水平的验证样本集。训练样本集用于预测模型的学习,验证样本集用于验证预测方法的精度。基于极差法分析了各工艺参数对翘曲变形量的影响程度。结果表明,工艺参数对翘曲变形量的影响程度从大到小分别为层高、填充率、喷头挤出温度和打印速度。采用训练样本集充分训练预测模型后,验证基于ACO-BP算法的翘曲变形量预测方法的效果。基于均方根误差(RMSE)、均方误差(MSE)、平均绝对误差(MAE)和平均绝对百分比误差(MAPE)评价模型预测精度。对于RMSE,BP算法的预测精度约为ACO-BP算法的1.7倍;对于MSE,BP算法的预测精度约为ACO-BP算法的2.9倍;对于MAE,BP算法的预测精度约为ACO-BP算法的1.6倍;对于MAPE,BP算法的预测精度约为ACO-BP算法的2.2倍。基于ACO算法优化的BP神经网络预测精度更高。

煤体吸附-解吸瓦斯变形特征实验研究

在煤层瓦斯抽放过程中,煤体瓦斯处于吸附-解吸状态,煤体发生膨胀和收缩。利用自主设计的煤体变形实验装置,分析了杜儿坪煤矿原煤在不同方式下吸附-解吸全过程中变形特征。实验结果表明:煤体变形量随着瓦斯压力的增加而增大,垂直层理方向变形量大于平行层理方向变形量;煤体在一次加压吸附实验中分为变形下降阶段、变形快速上升阶段和变形平稳上升至稳定阶段3个阶段;等梯度加压吸附-降压解吸过程中,0→0.5 MPa阶段变形量最大;等梯度加压吸附煤体变形量大于一次加到目标压力值的吸附煤体变形量,且等梯度解吸煤体残余变形量较大;煤体吸附-解吸变形可分为充气下降阶段、吸附快速上升阶段、吸附变形平稳上升至平稳阶段、解吸变形快速下降阶段和解吸平稳下降至稳定阶段。

基于三维离散-连续耦合方法的堤防工程渗透变形数值模拟方法

针对单独采用连续体法或离散元法分析堤防工程渗透变形的不足,提出了一种三维离散–连续耦合方案用于开展渗流应力耦合分析。采用有限差分法(FLAC)分析全域渗流场,采用离散单元法(PFC)进行渗透变形关键区细观力学分析,依托于ITASCA系列软件的Socket I/O接口,进行二次开发,实现程序间关键信息动态实时交换。首先通过算例验证了该方法的有效性,随后结合相似准则,建立堤防离散-连续耦合模型,对堤防渗透变形问题进行分析,通过对薄弱区复杂水土相互作用进行实时跟踪,可以揭示渗透变形发展过程中系统几何特性和水力特性的非线性动态变化过程和相互影响特性。研究成果表明该三维耦合模型将对大型涉水岩土工程渗透破坏细观研究具有积极的促进作用。

页岩-煤吸附CO_2时间效应及变形各向异性试验研究

为对比研究页岩和煤在CO_2作用下吸附解吸与变形特性,采用四川盆地龙马溪组页岩和塔山煤矿煤样,利用"高温高压页岩吸附膨胀仪"在0~16 MPa CO_2压力下对以上两类样品进行了长达2 000 h的等温吸附及变形试验。结果表明:在渗透率和CO_2密度共同影响下,页岩和煤吸附平衡时间在0~6 MPa内随平衡压力升高逐渐增加;当CO_2压力到达临界压力附近时,吸附平衡时间急剧缩短(页岩9.3 h,煤4.8 h);继续升高平衡压力,平衡时间再次增加。垂直、平行层理方向弹性模量的差异致使页岩变形各向异性随平衡压力升高不断减弱;煤变形各向异性比页岩更显著,随平衡压力升高波动性较大。页岩在气体压力为10 MPa附近达最大吸附量0.082 mmol/g,其体积应变量与吸附量满足二次函数关系。煤在气体压力为7 MPa附近达最大吸附量1.421 mmol/g,其体积应变量与吸附量呈现良好的线性关系。

硬塑-流塑浅埋黄土隧道变形特性及合理预留变形量模型试验研究

开展硬塑-流塑浅埋黄土隧道室内大型三维YTLH岩土联合地质模型试验,对比分析了硬塑、软塑、流塑3种状态,12 m和24 m两种埋深下的围岩内部位移、预收敛变形、掌子面挤出位移和径向围岩压力。结果表明:硬塑、软塑和流塑条件下围岩内部位移差率均呈现出'拱顶极小、两侧边墙极大'的特征,拱顶位移差率小于20%、两侧边墙位移差率大于91%;拱顶设计4.5 m长锚杆抗拉效果甚微,边墙围岩内部位移差利于锚杆抗拉效应的充分发挥;硬塑、软塑、流塑预收敛率分别接近65%、70%、80%,开挖对掌子面前方影响范围分别为0.5D、0.6D、0.8D,且呈现出直立型、鼓出型、滑塌型不同失稳破坏模式;应力释放率关系为硬塑<软塑<流塑,软流塑态拱顶应力释放率最大约70%,实际工程应避免软流塑态瞬时应力释放过渡而失稳。双线浅埋黄土隧道合理预留变形量建议取值:硬塑(拱顶55~70 mm、边墙15~20 mm),软塑(拱顶166~180 mm、边墙40~50 mm),流塑(拱顶290~300 mm、边墙125~140 mm),且拱顶和边墙之间按曲线过渡非等量留设。

河南省中-高煤阶构造变形煤甲烷吸附/解吸特征研究

煤体变质程度和变形结构不同,其对甲烷的吸附/解吸能力及特征也不同,通过对河南典型矿区5种中高煤阶构造变形煤的等温吸附/解吸试验研究,结果表明:中-高煤阶弱脆性构造变形煤的甲烷吸附能力随着煤变质程度的增加而增大;甲烷吸附量增量随着压力升高逐渐减小趋近于0,且甲烷吸附量增量随变质程度的增加而增大。单位压力段内甲烷解吸量随压力降低呈幂函数增大趋势,且变质程度越高,单位压力段内甲烷解吸量越大。不同类型构造变形煤单位压力段解吸量随压力降低呈单调递增的对数函数,且甲烷解吸量随着构造变形程度的增强而增大。

聚氨酯泡塑吸附浓缩-平台石墨炉原子吸收法测定尿样中的痕量铊的研究

〔目的〕建立一种能常规监测尿中痕量铊的方法。〔方法〕尿样经硫酸—硝酸法消化溴水氧化后 ,在 2 0 %盐酸中以聚氨酯泡沫吸附尿样中的 [TlCl4] -,沸水浴洗脱吸附的铊 ,以平台石墨炉原子吸收法测定洗脱液中的铊。〔结果〕方法能有效去除尿中无机盐干扰 ,特征浓度推算到原尿样可达到 0 .0 5 μg/L。

β-环糊精光度法测定捕收剂在煤表面的吸附量

在等温条件下, 将有机染料对疏水性浮选捕收剂进行染色, 利用β-环糊精内部具有疏水性, 腔外羟基具有亲水性的特点。染色后的浮选捕收剂进入β-环糊精主体的疏水部分形成有色的主-客体包合物, 此包合物的消光值与捕收剂的浓度成比例关系, 因而可用分光光度法测定浮选残余液中捕收剂的浓度, 进而可得到浮选捕收剂在煤表面的等温吸附量。实验结果表明: 应用该种方法测定的等温吸附量数值与射线浓度计法测定的吸附量数值相吻合, 为捕收剂在煤表面等温吸附量的测定又提供了一种方法。

平顶山十二矿变形煤瓦斯吸附-解吸特征研究

选用平顶山十二矿4种不同结构的煤样进行吸附-解吸实验,研究在不同温度和压力条件下变形煤的吸附-解吸特征.结果表明,在相同温度下,煤对瓦斯的吸附能力与煤体的破坏程度有关,破坏程度越小,吸附瓦斯的能力越强,破坏越严重,吸附瓦斯的能力越差.同一煤样在相同条件下水分对煤层瓦斯的影响要大于温度,温度低时吸附-解吸等温线趋于重合,吸附-解吸可逆,温度高时吸附-解吸等温线重合性要差,吸附-解吸不可逆,并且随着压力的增加,吸附量增大.

FT-IR与微量吸附量热联用研究BaO/Al_2O_3催化剂表面酸碱性质

运用红外光谱与微量吸附量热联用技术研究了焙烧温度对BaO/γ-Al2O3表面酸碱性的影响。结果表明,γ-Al2O3经1000℃焙烧转化为θ-Al2O3和α-Al2O3,BaOγ-Al2O3经高温焙烧后生成BaO·Al2O3和BaO·6Al2O3等物相。600℃焙烧后,BaO/γ-Al2O3的表面酸性比γ-Al2O3的稍有下降,而碱性却大为增强。经1000℃焙烧后,表面的酸碱性则均大为降低,只有少量较弱的酸碱性位。

β-环糊精分光光度法测定捕收剂在煤表面的吸附量

在等温条件下,将有机染料对疏水性浮选捕收剂进行染色,利用β-环糊精内部具有疏水性,腔外羟基具有亲水性的特点,染色后的浮选捕收剂进入β-环糊精主体的疏水部分形成有色的主-客体包合物,此包合物的消光值与捕收剂的浓度成比例关系,因而可用分光光度法测定浮选残余液中捕收剂的浓度,进而可得到浮选捕收剂在煤表面的等温吸附量。实验结果表明:应用该种方法测定的等温吸附量数值与射线浓度计法测定的吸附量数值相吻合,为捕收剂在煤表面等温吸附量的测定又提供了一种方法。

微量吸附量热法测定负载型固体碱催化剂K_2O/γ-Al_2O_3的表面碱性

以 CO2 作探针分子 ,采用微量吸附量热法测定负载型固体碱 K2 O/γ- Al2 O3 的表面碱性。试验结果表明 ,样品表现了很强的碱性 ,起始 CO2 微分吸附热为 1 60 k J· mol-1,饱和 CO2 覆盖度为 550μmol· g-1,碱性强于纯 Mg O。

β-环糊精交联树脂微柱动态吸附-石墨炉原子吸收光谱法分离／分析痕量镉

镉是有毒有害金属元素之一，一定量镉的摄入，会积蓄于肾脏，会致癌。因此测定环境和生物样品中痕量以及超痕量镉引起了人们广泛关注。由于测定低浓度的镉时，会受到仪器限制和其它共存离子的干扰，所以，在测定之前需要进行预富集和分离程序。其中固相萃取是一种常用的方法，文献以纳米TiO2作为固相吸附剂，静态分离分析痕量镉。

3A21铝合金钎焊-扩散焊复合连接接头质量与变形量的研究

为了提高雷达天线组件的成品率,采用钎焊和钎焊-扩散焊复合连接的方法,对3A21铝合金多层结构进行了焊接试验研究。通过扫描电镜、能谱和X射线衍射对接头组织形貌及成分进行了分析。结果表明:与钎焊对比,钎焊-扩散焊复合方法所得接头质量较好,接头焊缝微观组织主要包括蜂窝状的Al基体、块状Al-Si相和初晶Si等,母材与钎料之间Si、Mg和Mn元素已充分扩散均匀。通过对接头剪切试验和断口分析,结果表明,在一定范围,接头剪切强度随扩散时间及压力增大而增大,最高抗剪强度达81 MPa。接头断口表面形貌为脆性断口,断口表面有很多呈河流花纹状的相对平坦的解理面和少量韧窝。采用钎焊-扩散焊复合方法所得焊件变形量小于0.02 mm,满足变形量要求。

考虑应力状态的裂隙岩体渗透系数张量计算

渗透系数张量的正确确定是进行大范围裂隙岩体渗流计算的基础。以实测岩体不连续面的几何特征和统计参数为基础,利用立方定律计算渗透系数张量时,还必须进行裂隙粗糙度、裂隙网络连通程度的修正,并考虑应力变化对渗透系数的影响。对取自丹江口水库库区的辉绿岩剪切裂隙进行了不同围压和裂隙水压力下的渗透试验,结果表明:裂隙的渗透系数与净围压的关系符合指数函数特征,而随着裂隙水压力的增大,裂隙面两侧基岩发生附加变形,导致渗透系数增大。在此渗流试验的基础上对渗透系数进行考虑三向应力和裂隙水压力变化的修正后,得到新的渗透系数张量计算公式。对丹江口水库库区某段裂隙岩体渗透系数张量的计算实例表明,修正后的渗透系数张量更符合实际。

土-瓜尔胶改性膨润土渗透性及对Cr(Ⅵ)吸附研究

为提高土-膨润土隔离材料的渗透性及其对Cr(Ⅵ)的吸附效果,以瓜尔胶制备改性土-膨润土,研究改性前后膨润土隔离屏障对Cr(Ⅵ)的渗透系数及吸附性能影响。利用X射线衍射仪和扫描电镜对瓜尔胶改性膨润土进行表征。结果表明,改性后的膨润土表面粗糙疏松,内部出现隔离空洞,有利于提高防渗性能;瓜尔胶改性后膨润土隔离材料渗透系数低1~2个数量级,渗透性能不受Cr(Ⅵ)溶液影响;瓜尔胶改性膨润土隔离材料对Cr(Ⅵ)的吸附过程符合Langmuir和Freundlich等温吸附方程,经过改性后最大吸附量提高30.7%。

聚丙烯酰胺改良土-膨润土的渗透性及对苯酚的吸附

为提高土-膨润土(SB)隔离屏障的渗透性及其对苯酚的吸附效果,制备一种聚丙烯酰胺改良土-膨润土(PSB)。研究聚丙烯酰胺掺量、苯酚浓度、干湿作用、冻融作用对PSB隔离屏障渗透系数的影响及对苯酚的吸附效果,并从微观层次揭示其作用机理。结果表明:苯酚浓度对PSB隔离屏障渗透系数没有影响;干湿作用下PSB隔离屏障渗透系数增加但仍保持在同一个数量级,而冻融作用下隔离屏障渗透系数增大1~2个数量级;聚丙烯酰胺可使干湿、冻融作用下隔离屏障的渗透系数有所降低,即可有效抑制干湿、冻融的破坏作用;掺加0.7%(质量分数)聚丙烯酰胺的PSB隔离屏障对苯酚的吸附率可达69%以上,相比SB隔离屏障吸附率约提高50%,且随着苯酚污染液浓度增加,吸附率逐渐提高。该研究可为苯酚污染的隔离与封闭提供理论依据与参数支持。

不同粒度型煤煤样瓦斯吸附-解吸变形特征实验研究

为了掌握煤岩材料在不同吸附-解吸瓦斯条件下的变形规律,基于实验系统开展了相关研究,研究结果表明:煤岩材料在吸附瓦斯后可产生膨胀变形,发生瓦斯解吸时会产生收缩变形,这一变形量与煤岩材料的孔裂隙结构和瓦斯压力有直接关系,实验采用的0.85 mm粒度的煤样在同等瓦斯压力条件下其吸附变形量最大,变形量受瓦斯压力变化比较明显,由吸附产生的最大变形为1 118με,实验采用的0.42 mm粒度煤样在相同瓦斯压力条件下变形量最小;煤岩瓦斯吸附产生膨胀变形,且煤岩瓦斯解吸后并不能完全恢复至初始状态,存在一定的残余变形量,数据分析得出残余变形量与瓦斯压力呈指数函数关系,并受煤岩孔隙结构和吸附特性影响。可为矿井瓦斯防治、瓦斯抽放及含瓦斯煤岩的力学性质的研究提供支撑。

多重吸附同步净化-气相色谱-质谱法测定干性样品中丁烯氟虫腈的残留量

建立了干性样品中丁烯氟虫腈残留量的多重吸附同步净化(MASP)-气相色谱-质谱检测方法。前处理以1%乙酸-乙腈提取样品,应用MASP法对样品同时进行提取、盐析和净化,并利用气相色谱-质谱仪在选择离子扫描(SIM)模式下进行检测,以基质匹配标准溶液外标法定量。结果表明:丁烯氟虫腈在2～100μg/L范围内线性关系良好,相关系数(r2)不小于0.999;在2～10μg/kg添加水平范围内,丁烯氟虫腈的平均回收率为92.2%～97.5%,相对标准偏差(RSD,n=6)为2.69%～5.21%;方法检出限(S/N=3)为2μg/kg;定量限(S/N=10)为6μg/kg。本方法操作简便、快速、准确,可用于干性样品中丁烯氟虫腈的日常检测。同时,对丁烯氟虫腈的裂解机理进行了探讨。