双模量-强度跌落耦合特征下深部围岩应力场演化

深部地下空间开发在深地能源贮存与开采、生态圈与地下生态城市等领域都有着巨大的潜在价值。针对深部均匀应力场作用下圆形硐室开挖,采用拉压双模量理论和弹性-脆性-理想塑性本构模型,推演了不同远场应力和内压力下围岩的应力解析解及塑性区边界方程,详细分析了围岩弹塑性应力场和塑性区随弹性常数比及残余强度系数的变化规律。结果表明:内压力较小时,三向主应力均为压应力,围岩的应力场分布不受双模量影响,与等模量理论下基于弹脆塑性跌落模型的求解结果相同;内压力较大时,切向应力变号,围岩可划分为切向拉应力塑性区(TPZ)、切向拉应力弹性区(TEZ)以及切向压应力弹性区(CEZ)三个区,拉压双模量对TEZ和CEZ两个区的分界线影响较大,强度跌落和双模量特性对围岩的应力分布具有耦合作用。相关成果进一步丰富了深部岩石力学理论。

考虑围岩峰后强度脆性跌落的洞室黏弹塑性解

岩石全应力-应变曲线常被简化成3阶段模型,该模型的软化阶段应力与应变呈线性相关而忽略了岩石峰后强度下降由快而慢的过程,得到的洞室围岩理论解答与实测相比有一定误差。针对传统的3阶段模型忽视岩石峰后实际路径特征,将岩石的全应力-应变曲线简化成体现峰后强度脆性跌落特性的4阶段模型,考虑围岩的扩容、流变特性,推导了4阶段模型各分区应力、位移解析解,并引入围岩峰后强度跌落公式,获得了各分区半径解答。通过工程实例将本文方法求解的分区半径与其他方法对比分析获得围岩峰后强度跌落公式的适用范围,并将本文求解的洞壁位移与实测进行对比,验证了本文方法的可行性;并分析了软化模量、流变特性等因素对围岩应力、位移和分区半径的影响。研究表明:考虑岩石的流变特性和峰后强度跌落阶段对围岩分区半径有一定影响,且分区半径随着岩石峰后强度跌落系数λ的增大而增大,当λ的取值范围为0.6≤λ<1时,洞壁计算位移与工程实测较为接近;软化模量对洞壁位移和分区半径影响较大且对黏塑性软化区的影响大于黏塑性强度跌落区,流变特性对围岩的影响主要体现在洞壁位移与切向应力上。研究成果为深埋洞室黏塑性范围、洞壁位移等关键数据的预测提供借鉴。

考虑围压效应和强度脆性跌落的岩石全应力-应变曲线统计损伤模拟方法

为了建立能够较准确地描述岩石全应力-应变曲线的统计损伤模拟方法,针对目前统计损伤本构模型在模拟围压效应和强度脆性跌落方面存在的严重缺陷,首先,基于三轴压缩条件下脆性岩石基本变形特征,将岩石视为由软物质和硬物质两种细观化材料串联组成,建立宏细观物质变形分析模型;然后,基于瞬时应变分析方法和统计损伤理论,分别提出软物质和硬物质的变形分析方法,从而建立能够考虑围压效应和强度脆性跌落的岩石全应力-应变曲线统计损伤本构模型,给出参数的确定方法;最后,通过模型验证与分析,模型不但能够描述岩石初始宏观变形特征与围压之间的关系,也能够消除岩石轴向峰后理论变形曲线存在的随机性,从而能够较准确地模拟出岩石全应力-应变曲线,表明方法具有一定的合理性和可行性。

基于ANSYS/LS-DYNA的某型训练弹跌落强度流固耦合仿真分析

为分析某型训练弹发射后的跌落强度,该文采用了基于ANSYS/LS-DYNA的流固耦合方法。通过霍普金森压杆试验系统获取所选材料的非线性本构关系,建立了弹体、水、空气耦合的多物质仿真模型。基于Euler/Lagrange罚函数耦合算法建立约束方程,实现力学参数的传递。对训练弹发射后跌落入水的整个过程进行了数值模拟和仿真分析,得出训练弹在流体冲击载荷下产生的应力应变。计算结果表明:训练弹水平跌落入水瞬间,与流体接触的部位出现微小弹性瘪凹;入水后,应力迅速减小并趋于稳定,弹性变形消失;在训练弹距水面10 m高度自由落体平溅入水的工况下,弹体强度满足要求。该方法同样适用于其它具有大变形和非线性性的流体冲击问题。

工业型煤跌落强度影响因素的实验研究

采用复合添加剂对晋城、济源、阳城3种无烟煤及加工成的型煤进行跌落强度测试,得出了各因素对型煤跌落强度的影响规律。

矿用识别卡充电形式优化设计及强度分析

针对可充电式的人员定位识别卡在煤矿井下使用过程中存在的不足和问题,采用大顶针结构样式设计充电接触点并计算夹紧力,根据识别卡外形分析和选择充电总体结构样式,对充电座结构进行详细设计,提出一种新的识别卡充电结构形式。应用有限元模拟软件对充电座结构进行跌落强度校核,为满足产品质量要求提供了可靠验证。采用该方法设计的识别卡充电结构适用于煤矿特殊环境,避免了充电接触不良、充电座易损坏等问题。

粒度、压力和水分对型煤冷态强度的影响

介绍了实验室关于有粘结剂冷压成型型煤强度研究的一些实验结果。所用原料煤为烟煤,以高分子聚合物为粘结剂。本文讨论了原料煤粒度、压力和水分对型煤冷态强度的影响,实验结果对工业生产有一定的指导意义。实验表明:原料煤的粒度对型煤冷态强度影响较大;成型水分对亲水性粘结剂的分散起重要作用。

复合碱型腐植酸型煤粘结剂的特性研究

研究了从云南褐煤提取型煤腐植酸粘结剂的过程,主要考察了煤碱质量比和不同碱性添加物包括NaOH,Na4P2O7,Na2CO3和K2CO3等对腐植酸提取率的影响,并进行了成本估算。结果表明,在利用NaOH的条件下,煤碱质量比在10∶1与12∶1之间获得较好提取效果;与利用单一NaOH添加剂相比,在总碱量略有减少的前提下,用Na4P2O7和Na2CO3替代部分NaOH使腐植酸的提取率增加18.4%,粘结剂的粘度提高30%,经济成本下降2.6%。腐植酸钾型型煤的气化效果好于钠型,跌落强度基本相同。

碱化甘蔗渣制备型煤黏结剂的研究

传统甘蔗渣利用率低,不仅浪费资源,还污染环境,因此研究甘蔗渣的再利用对于保护环境、创造经济增长点具有重要意义。试验以NaOH碱化甘蔗渣为型煤黏结剂,研究了NaOH质量分数、加热时间、加热温度对型煤抗压强度和跌落强度的影响。结果表明:利用甘蔗渣制备型煤黏结剂的最佳条件为:NaOH质量分数3%,加热时间2 h,加热温度85℃;此时制备的型煤抗压强度为440.5 N/个,跌落强度78.2%。因此,利用甘蔗渣制备型煤黏结剂是对甘蔗渣利用的新尝试,经NaOH碱化的甘蔗渣稳定性好,制得型煤的抗压强度和跌落强度均较高,改善和保护环境的同时,增加了经济效益。

烧结矿抗压及跌落强度试验研究

烧结矿制备及冷却是钢铁行业的重要工艺过程，烧结矿抗压和高位跌落强度是影响烧结矿成品率的重要参数。以烧结矿为试验样品，获取了烧结矿抗压和跌落强度。研究结果表明，对于试验样品烧结矿来说，20～30mm粒度烧结矿平均抗压强度为5．02MPa；500～700℃高温烧结矿2m高位跌落产生的10mm以下粒度的烧结矿最高增加2．70％，5mm以下粒度的烧结矿最高增加1．11％。

粘结剂组分对云南褐煤成型性能影响研究

以淀粉、氧化钙(Ca O)、聚乙烯醇(PVA)为粘结剂原料,采用冷压成型制备出型煤。主要研究了粘结剂各组分含量对型煤跌落强度和冷压强度的单因素影响,并通过响应曲面法对粘结剂组分进行优化,研究表明当淀粉的含量为15%,Ca O/淀粉为0.1,PVA/(Ca O+淀粉)为0.1时,型煤的跌落强度为99.544%,冷压强度为2.332k N·个-1,经实验检测在优化条件下,型煤的跌落强度为99.495%,冷压强度为2.477k N·个-1,接近检测值,表明所得模型可以反映参数之间的真实关系,可以用此模型对型煤的跌落强度和冷压强度进行分析和预测。再通过接触角、FTIR、BET等进行分析,确定最佳粘结剂的类型和配比方案,为工业型煤的生产提供依据。

改性稻壳作为型煤黏结剂的研究

以改性稻壳为黏结剂制备的生物质型煤为研究对象,进行了NaOH质量分数、加热温度、加热时间和改性稻壳添加量对型煤抗压强度和跌落强度影响的单因素试验和正交试验。单因素试验表明:当NaOH质量分数为2%,加热温度为85℃,加热时间为2.0 h,改性稻壳添加量为15%时,型煤机械强度较好。正交试验表明:改性稻壳添加量是影响型煤抗压强度和跌落强度的主要因素,其次为NaOH质量分数、加热温度、加热时间;当NaOH质量分数为3%,加热温度为90℃,加热时间为2.0 h,改性稻壳添加量为15%时,生物质型煤机械强度最好,其抗压强度为1426.5 N/个,跌落强度为97.8%。

云南褐煤成型工艺条件的研究与优化

运用有粘结剂冷压成型技术对云南褐煤压制成型,主要考察煤粒的粒级大小,粘结剂含量和成型温度对型煤的抗压强度和跌落强度的影响,并通过响应曲面法对褐煤成型的工艺条件进行了研究。研究结果表明,实验值和检测值相近,可以用拟合模型对型煤的跌落强度和抗压强度进行分析和预测,以确定最佳的成型工艺条件,为工业型煤的生产提供依据。

褐煤/秸秆混合燃料的成型试验研究

采用单因素和正交试验相结合的方法,研究了褐煤/秸秆混合燃料成型工艺过程中不同温度、压力、保压时间、物料配比、秸秆粒度对混合燃料跌落强度的影响。试验表明,秸秆粒度为0.16-0.38mm,保压时间为20min,压力为18MPa,温度为140℃时,混合燃料的跌落强度最佳。

高性能改性腐植酸制备烟煤型煤实验研究

为提高烟煤型煤机械强度,以加工后的腐植酸为黏结剂制备烟煤型煤,采用单因素实验和正交实验研究了加热时间、Na OH质量分数、黏结剂加入量、加热温度对腐植酸烟煤型煤抗压强度和跌落强度的影响。结果表明:利用腐植酸制备的烟煤型煤具有良好的机械强度,粉煤成型率较高。影响腐植酸烟煤型煤机械强度的主要因素是黏结剂加入量,其次为Na OH质量分数、加热温度、加热时间。烟煤型煤制备的最佳工艺条件为:加热时间130 min,Na OH质量分数6%,加热温度90℃,黏结剂加入量15%,此时型煤抗压强度为1620.2 N/个、跌落强度为99.0%。利用改性腐植酸可制备出适用于工业生产的烟煤型煤。

粘结剂组分对型煤性能影响的实验研究

通过正交实验的方法 ,研究了型煤粘结剂各组分对型煤冷强度、跌落强度和防水性的影响 。

利用煤泥制备生物质型煤的研究

采用正交试验法着重考察了煤泥种类、粘结剂含量及成型压力对生物质型煤机械强度的影响,并对其热稳定性、灰熔融性等性能指标进行了测试。研究表明,粘结剂含量是影响型煤机械强度的主要因素,其次是煤泥种类和成型压力。当以焦作煤泥为原料,粘结剂含量为10%,成型压力为25 MPa时,生物质型煤的跌落强度达94.6%,抗压强度达1182.3 N/个,热稳定性达70.7%,灰熔融性达1315℃。

生物质型煤性能的研究

试验研究了用煤泥和生物质粘结剂生产工业型煤的影响因素;结果表明,不同添加剂对跌落强度的影响不大,而不同成型压力对各种煤泥跌落强度的影响是一致的,压力为20MPa时,跌落强度最高;介绍了灰熔点的测定方法,带有MS-1的复合添加剂对型煤灰熔点的影响较大。

炼焦智能配煤系统初步研究

基于炼焦生产过程的优化控制模型影响焦炭质量、炼焦成本和损耗,针对智能配煤系统中的储运系统、配煤系统和焦炭质量预测系统开展研究,列出了智能炼焦过程的工艺流程,并对路程和成本优化、堆放过程优化、出料质量控制等进行探讨。收集焦炭指标的实际测量值,进行汇总和记录后将焦炭质量按对应的级别进行分类,并将焦炭产品质量与配合煤的参数进行关联后建立预测模型,对模型预测与实际结果的误差进行修正和模型矫正,完成反馈调节及修改相应参数以完善模型。并对粒径分布对配煤过程的影响进行探讨,指出细粒径煤在型煤的配煤过程中对抗压强度和跌落强度的提高均有促进作用。

神木粉煤成型试验中成型压强和水分的研究

以陕西神木县粉煤为研究对象,以包钢塑性黏土为黏结剂制备型煤,考察了成型压力和加入水分对型煤冷压强度和跌落强度的影响。研究结果表明成型压力过小或过大都会影响型煤的成型质量。