厚煤层大采高综放工作面覆岩断裂演化规律研究

大采高综放开采易形成强烈的矿压显现,上覆岩层的断裂演化规律对工作面安全生产至关重要。以羊场湾煤矿160206工作面为工程背景,运用相似模拟试验、数值模拟和理论分析的综合研究方法,对大采高综放工作面覆岩的断裂过程与覆岩运移规律进行系统研究。研究表明:导水裂隙带内岩层随工作面推进表现为“台阶下沉”,同层岩层下沉趋势沿走向表现为“急剧下降—稳定(最大值)—快速上升—稳定(最小值)”。工作面覆岩运动场由两区分布(加速下沉区、缓慢下沉区)演化为三区分布(加速下沉区、缓慢下沉区、稳定区)。对离层演化与地表下沉规律进行了定量描述,运用理论计算表达式深入地剖析了地表的动态下沉机理及其相关因素。结合相似模拟与数值模拟的试验结果,提出了覆岩断裂演化的形态变化特征:覆岩断裂形态由“单等腰梯形”演化为“双等腰梯形”,表土层影响区由“矩形”演化为“倒梯形”。分析了覆岩中垮落区、离层区、压实区、裂隙富集区的动态演化过程:垮落区逐渐增大至一定程度,高度小幅度降低并趋于稳定,离层区由下至上逐渐发育并随工作面向前移动,离层区逐渐闭合形成压实区,且压实区逐渐增大并最终保持稳定,裂隙富集区位于采空区前后端部并随工作面向前移动。

热流密度对高速钢刀具多道熔覆WC/Co陶瓷层组织与性能的影响

目的研究高速钢刀具表面激光多道熔覆WC/Co陶瓷层时,热流密度对熔覆层道次间的影响规律,以及多道熔覆层制备时的参数选择。方法建立多道单层激光熔覆理论模型,并利用模拟仿真和实验的方法,以热流密度作为评价指标,对激光热源的不同参数和熔覆层组织与性能进行耦合分析。结果当热流密度小于24.06×10^(6) W/m^(2)时,熔覆层内形成细长的枝状晶。当热流密度在36.09×10^(6)~39.82×10^(6) W/m^(2)变化时,熔覆层内形成以胞状、枝状为主要强化相的多晶体混合组织。当热流密度大于44.11×10^(6) W/m^(2)时,熔覆层组织形成稳态的块状结构。不同热流密度下,熔覆层的物相组织均由Fe_(3)W_(3)C、Co_(3)W_(3)C、Mo_(3)Co_(3)C、W_(2)C、WC、Cr_(3)Mo、(Cr,Fe)_(7)C_(3)和多种间隙化合物组成。结论当第n道熔覆层制备完成后,受到后续第n+1道熔覆层制备时热流密度的影响较大,而此后道次的影响较小。熔覆层内部组织形态随着热流密度的增加从细长的枝状晶向胞状晶转变,再逐渐形成稳态块状晶。熔覆层内各位置的显微硬度值随着热流密度的增加而先增大,随后逐渐减小。较大的热流密度会导致基材参与熔覆的质量增加,但降低了基材的抗弯曲强度,加大了熔覆层及基材断裂的可能性。当热流密度为36.09×10^(6) W/m^(2)时,是一组较为理想的工艺参数选择。

不同时间添加蚯蚓对矸石覆土生理生态的影响

为探究不同时间添加蚯蚓对矸石覆土中香根草(Vetiveria zizanioides)生理生态的影响,采用土柱试验,设置两种覆土厚度[30 cm(M)、50 cm(N)],每组覆土分别设4个处理组:单独种植香根草(CK)、接种蚯蚓20 d后添加香根草(A)、同时接种蚯蚓和添加香根草(B)、添加香根草20 d后接种蚯蚓(C)处理,分析覆土理化性质及香根草生理生态指标变化特征。结果显示:与CK相比,A、B和C处理均能使覆土pH显著降低趋向中性(P<0.05),提升覆土电导率(EC)、有机质(OM)、全氮(TN)和全磷(TP)含量。与CK相比,不同时间接种蚯蚓均能增加香根草发芽率、总重和叶绿素a含量,其中B处理光合色素(叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素)含量、A处理叶绿素b含量和C处理根系总长较CK均显著提高(P<0.05)。与CK相比,B处理降低香根草可溶性蛋白和脯氨酸含量效果较强,30和50 cm厚度覆土下B处理香根草可溶性蛋白较CK分别降低9.34%和4.69%(P<0.05),50 cm厚度覆土下脯氨酸含量较CK降低了5.55%(P<0.05),而A处理能显著提高香根草丙二醛含量。同一覆土厚度下,A处理仅在30 cm条件下显著降低香根草过氧化氢酶活性;B、C处理香根草超氧化物歧化酶、过氧化物酶活性较CK相比均无显著差异(P>0.05)。冗余分析和相关性分析表明:A、C处理中覆土OM、TN是影响香根草生理生态特性主要环境因子,而B处理中覆土OM、TP是影响香根草生理生态特性的主要环境因子。研究结果可为蚯蚓-香根草联合应用于复垦土壤修复提供理论依据。

基于旋转圆柱三电极阵列的覆冰测量方法

覆冰严重会影响电网安全稳定运行,输配电装备的覆冰监测是电网冰灾防御的前提。为此,基于冰层的电容效应提出一种旋转圆柱三电极阵列覆冰测量方法。首先,推导电容值与覆冰厚度计算公式,从理论上说明该方法的可行性;其次,建立圆柱三电极阵列有限元模型并对其结构参数进行有限元数值计算;再次,以信号强度、灵敏度与穿透深度为评价指标对圆柱三电极阵列选取合适参数;最后,在野外自然环境下对旋转圆柱三电极阵列覆冰测量装置进行试验。仿真和试验结果表明,在穿透深度以内,旋转圆柱三电极阵列能够较为准确地测量覆冰厚度、分辨覆冰类型。在雨凇、混合凇覆冰条件下,覆冰电容值平均误差最大为4.83%,能够满足覆冰厚度的测量要求。该文为输配电装备覆冰监测提供了一种新型装置与测量方法,未来有望应用于架空线路覆冰在线监测。

Cr_(3)C_(2)/WC的添加对Stellite 12熔覆层耐磨耐蚀性的影响

目的 提高Stellite 12熔覆层的耐磨耐蚀性能。方法将Stellite 12合金粉末与碳化物(Cr_(3)C_(2)、WC)混合,采用激光熔覆技术在H13钢板上制备复合熔覆层。通过超景深显微镜和XRD分析其显微组织和物相,通过显微硬度测试、摩擦磨损试验和电化学腐蚀试验,分别评价熔覆层的硬度、耐磨性和耐蚀性,并通过超景深显微镜对磨痕形貌进行分析。结果添加碳化物后,熔覆层的微观组织以柱状晶和树枝晶为主,物相主要由γ-Co固溶体和碳化物(M23C6、M7C3)组成;Cr_(3)C_(2)的添加使得熔覆层的硬度降低,由610HV0.2降至530HV0.2,但耐磨性得到提高,磨损量由0.45 mm^(3)降至0.33 mm^(3),下降了28%,耐蚀性得到提高,腐蚀电位由-0.385 V增加到-0.264 V,腐蚀电流密度由9.269×10^(-10)A/cm^(2)降至1.496×10^(-10)A/cm^(2),极化电阻由3.982×10^(7)Ω·cm^(2)提升至2.424×10^(8)Ω·cm^(2),提高了1个数量级;WC的添加使其硬度由610HV0.2提高至750HV0.2,磨损深度变浅,磨损量由0.45 mm3降至0.19 mm^(3),下降了43%,但耐腐蚀性有所降低。3种熔覆层的磨损机制主要为磨粒磨损和黏着磨损。结论WC的添加可以有效提高熔覆层的硬度和耐磨性,但耐腐蚀性有所降低;添加Cr_(3)C_(2)后,耐蚀性得到显著提高,耐磨性略微提升,但硬度降低。

覆冰厚度对气动脉冲除冰效果影响的数值仿真与试验验证

叶片结冰影响风力发电机的安全稳定运行,现有的叶片热力除冰、涂料防冰技术分别存在能耗高、耐候性差等问题,均无法大面积推广应用。受飞机机翼气囊除冰方法启发,该文提出一种新结构式的气动脉冲除冰方法。利用Abaqus商业软件对该方法的简化模型进行除冰过程的数值仿真,对比分析了不同脉冲充气气压下覆冰厚度对除冰效果的影响。同时,通过人工覆冰与除冰试验,对仿真结果进行验证。仿真与试验结果表明:在低充气气压下,冰层越薄越容易破碎脱落,覆冰厚度的增加有利于提升低充气气压下的脱冰率;在相同充气气压下,冰层厚度的增加可以降低结构表面形变。

42CrMo钢表面激光熔覆钴基金刚石耐磨层组织及性能

目的增强42CrMo钢的耐磨性,改善其严重的磨损失效情况。方法采用激光熔覆技术同步送粉的方式在42CrMo钢表面制备金刚石/WC颗粒增强钴基复合熔覆层,借助SEM、EDS、XRD、显微硬度仪和多功能综合性能测试仪,研究了熔覆层宏观形貌与微观组织、物相组成、显微硬度与耐磨性。结果使用Ti/TiC粉末对金刚石进行预处理可以改善其烧蚀和石墨化;适量ZrH2提升了熔覆层宽厚比,促进了熔池对流传质作用,同时,活性元素Zr改善了金刚石颗粒的润湿性能,提高了黏结相对金刚石的把持力。熔覆层多道搭接过渡均匀,其显微组织主要由细小枝晶及致密网状碳化物共晶组成,熔覆层与基体结合区域反应生成了平面晶组织,进而提高了熔覆层结合强度。激光熔覆热特性使W2C、ZrC、γ-(Co,Fe)、M6W6C、CoZr_(2)、(Ti,Zr)O_(2)、TiCx、Co_(3)Ti等物相存在于熔覆层内,细晶强化及弥散强化作用使得熔覆层的平均显微硬度(1002HV0.2)是基体的3倍。熔覆层平均磨损量是基体平均磨损量的1/2,熔覆层平均摩擦因数也明显低于基体,表明熔覆层的耐磨性能得到提升,其磨损机制主要为磨粒磨损,熔覆层内金刚石因承担摩擦载荷而钝化,但磨痕中的金刚石完整且未发生脱落。结论金刚石/WC颗粒增强钴基复合熔覆层的耐磨性显著提高,可用于42CrMo钢表面强化。

层状富锂锰基正极材料包覆改性的最新进展

首先综述了富锂锰基材料的结构和循环过程中存在的问题,然后介绍了富锂锰基正极材料包覆改性研究的最新进展,系统描述了电化学活性材料、非电化学活性材料和导电聚合物等不同种类包覆物质及单层包覆、双层复合包覆和原位包覆等包覆方法在该材料改性领域中的应用,进一步从材料结构、失效机制等角度深入分析了各种包覆改性方法及包覆物质改善富锂锰基材料循环性能的作用机制.最后,对Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_(2) (LMNC)材料及改性方法等未来发展方向进行了展望.

激光熔覆技术在矿山机械领域的研究应用

对激光熔覆技术的发展进行深入研究,从技术、工艺、材料以及在矿山机械领域的最新应用四方面分析激光熔覆,总结最新研究成果并探讨其应用方向。在矿山机械领域,激光熔覆技术广泛用于三机一架(挖掘机、采煤机、刮板输送机和液压支架)的主要部件上。探讨了激光熔覆目前存在的问题和不足,并对其未来发展趋势与前景进行了展望。

蔬菜移栽机垄上辅助覆土器的设计

蔬菜移栽机由悬挂系统、操作座、补给苗杯、补苗台、秧苗输送器、变速箱、蔬菜移栽机机架、行走传动轮、动力轴、传动链条、移栽系统、镇压系统(自动合墒)等构件组成,可一次完成补苗、人工供苗、开穴、移植、覆土、合墒、镇压等工序。目前,蔬菜移栽机在春季棚室中应用效果较好,但在北方春季露天应用作业效果不是很理想,一是由于北方春季多风、空气干燥,单纯进行起垄蔬菜移栽不能满足作物所需的温度与水分;二是进行起垄覆膜覆土移栽作物移栽时,存在破膜、覆土不及时问题;三是进行上覆膜移栽,如无辅助覆土、镇压作业,地膜容易被风翻造成散墒、跑温、土壤积温不足。

工艺孔对大截面部分包覆钢-混凝土组合梁受弯性能影响的试验研究

为了研究工艺孔对大截面部分包覆钢-混凝土组合梁(大截面PEC梁)受弯性能的影响,对5根不同构造的大截面PEC梁进行了静力试验,研究了两点加载下主次梁腹板开洞方式对大截面PEC梁试件受弯性能、延性、破坏模式等的影响规律。结果表明:静力荷载作用下,各个试件均表现出良好的延性,腹部开孔对试件承载力和截面刚度有一定的削弱作用。型钢主钢件的应变与混凝土的应变沿截面高度方向均大致呈线性变化,符合平截面假定。按《部分包覆钢-混凝土组合结构技术规程》(T/CECS 719—2020)计算得到的开工艺孔的大截面PEC梁抗弯承载力与试验值误差较小,受尺寸效应影响不大,所采用计算公式安全可靠。

基于静力推覆分析的穿越地裂缝浅埋地铁车站地震破坏模式研究

以处于西安f4地裂缝场地的浅埋地铁车站为研究对象,通过开展振动台试验,探讨了地裂缝场地和结构的震害特征。同时,考虑场地地震响应的非一致性,采用静力推覆分析方法,分析了穿越地裂缝浅埋地铁车站的地震破坏模式。结果表明:针对地裂缝场地地下结构的Pushover分析方法能够较真实地反应地震作用下地裂缝场地的活动特征和地下结构的破坏特点。在水平地震作用下,趋于稳定状态的地裂缝上、下盘土体主要进行张合活动(相互挤压与分离)。其中,相互挤压会对结构中柱施加明显附加压弯作用。地裂缝场地土体的水平剪切变形是结构破坏的主要外在因素,而地裂缝活动造成的附加压弯作用会进一步增大中柱轴压比,降低中柱的变形能力,加速结构的地震破坏。在地裂缝场地特征变形作用下,结构底层中柱水平剪切变形能力相对较弱,且结构剪力表现出明显的空间分布规律,上盘结构底层中柱是结构的抗震关键构件。研究结果对该类结构的抗震设计具有重要参考价值。

基于关键层理论的切顶留巷下覆岩裂隙分布特征研究

针对切顶留巷工艺使得切顶侧采空区覆岩裂隙分布改变的问题,采用物理相似模拟与数值模拟相结合的手段分析了切顶留巷工艺下采空区应力分布、覆岩运移和采动裂隙分布规律。在此基础上,基于关键层理论与采动覆岩卸荷膨胀累积效应,探讨了切顶与未切顶侧覆岩裂隙发育高度和离层裂隙区宽度的变化,分析了不同层位定向卸压瓦斯抽采钻孔抽采效果,验证和反演了切顶留巷工艺下覆岩裂隙分布规律。研究结果表明:切顶留巷工艺能有效降低切顶侧顶底板的应力集中,但应力仍会向煤岩深部传递;切顶使得垮落岩层厚度与顶板破断形式发生改变,导致裂隙带发育高度、亚关键层控制范围内离层裂隙区宽度产生变化;切顶侧端头垮落带高度为未切顶侧的2倍,裂隙带高度为未切顶侧的0.87倍,在裂隙带中下部,切顶侧的离层量和穿层裂隙数量均大于未切顶侧;切顶侧在煤层顶板8~30 m范围内裂隙发育量随距离增大而增大,在30~48 m范围内随距离增大而减小,裂隙主要分布于裂隙带中下部;不同层位抽采钻孔瓦斯浓度和流量的“错峰”验证了上述研究结论。研究结果对高瓦斯矿井切顶留巷工艺下卸压瓦斯治理具有一定参考价值。

水田覆膜直播压槽与覆盖物对水稻出苗的影响

为探讨水田覆膜直播压槽与覆盖物对土壤温度、出苗率及秧苗素质的影响,以籼型常规水稻中早39为材料,进行了池栽模拟试验。结果表明,膜上压槽及覆盖能提高土壤温度、缩短出苗时间;在体积较大的覆盖物中加入一定基质有利于提高秧苗素质和干物质积累;在体积较小的覆盖物中加入基质对秧苗素质影响不大。本研究中,条播条件下,每1 m覆盖205.9 mL细沙的处理出苗齐、快,秧苗更壮。

局部半包裹部分包覆钢-混凝土组合梁受弯性能试验研究

针对部分包覆钢-混凝土组合梁柱节点区域后浇筑混凝土不易密实的问题,研究了受拉侧混凝土对局部半包裹部分包覆钢-混凝土组合梁(局部半包裹PEC梁)受弯性能的影响,进行了2根不同构造的局部半包裹PEC梁的四点弯曲试验,模拟局部半包裹PEC梁负弯矩区受力状态,对其受弯性能、延性、破坏形式等展开分析。结果表明:局部半包裹PEC梁表现出良好的延性,挠度达到l_(0)/50时截面抗弯承载力并未下降。型钢主钢件、混凝土的应变沿截面高度方向大致呈线性变化,可引用平截面假定计算受弯承载力及刚度。局部半包裹PEC梁受拉侧混凝土对其极限承载力与破坏模式影响不大,在计算局部半包裹PEC梁柱节点受力时可不考虑受拉侧混凝土作用,节点后浇筑区域可采用半包裹填充,以加快施工进度。此外,对局部半包裹PEC梁进行建模,进行梁受弯过程的有限元分析,对比模拟结果与试验结果,二者荷载-挠度曲线吻合较好,误差均在10%以内。

部分包覆钢-混凝土组合梁柱节点抗震性能试验研究

为研究不同连接构造的部分包覆钢-混凝土组合梁柱节点(PEC梁柱节点)的抗震性能,对2个PEC梁柱节点试件进行了拟静力加载试验,研究了低周往复荷载作用下PEC梁柱节点试件的破坏现象、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力和刚度退化等抗震性能。结果表明:强轴连接PEC梁柱节点的滞回曲线呈梭形和弓形,在达到极限承载力后仍能保持一定的延性和耗能能力;弱轴连接PEC梁柱节点牛腿与梁间的焊缝处发生破坏,未展现出预期的耗能能力,PEC梁仍在弹塑性状态,没有达到极限状态;PEC梁柱节点核心区混凝土替换为加劲肋板后,试件仍具有较好的承载力、延性和耗能能力,刚度退化规律无明显变化,且强轴连接节点与弱轴连接节点刚度变化规律基本一致;PEC柱牛腿设计过短会导致焊缝连接处断裂,试件延性和耗能能力得不到发挥,剩余刚度较大。

煤系沥青包覆再生石墨微观构造及电化学性能

石墨负极材料易在石墨层间与电解液发生共嵌入导致石墨层膨胀、粉化脱落,严重影响石墨负极材料的循环稳定性。利用沥青对石墨负极进行包覆,形成不定型碳层包覆的“核壳”结构,可减少石墨层的膨胀脱落,提高石墨负极材料的电化学性能。以中温煤焦油沥青为原料,通过空气氧化和聚合交联制备得到高结焦值、高软化点的包覆沥青。通过液相包覆方法,考察了对再生石墨负极的包覆性能。采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、氮气吸附、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等方法分析了再生石墨包覆形貌与界面微观结构变化,并对材料电化学性能进行了测试。结果表明,沥青包覆可有效完善再生石墨微观构造。随着沥青包覆量的增加,石墨表面缺陷减少,比表面积和孔容降低;炭化后包覆界面形成不定型碳层,包覆界面无序度随沥青包覆量的增加而升高。不定型碳包覆层的形成显著提高了石墨负极性能,包覆12%沥青的再生石墨比容量达到450 mA·h/g,相比未包覆石墨提升140 mA·h/g;沥青包覆石墨负极首次库伦效率增加11.5%,并且循环稳定性获得改善;在5 A·h下比容量提高至285 mA·h/g,相比未包覆再生石墨提高242.8 mA·h/g,倍率性能突出。

运移距离对CO_(2)混相驱重力超覆的影响规律及表征分析

CO_(2)驱油技术具有提高原油采收率和资源化利用与封存的双重目的,已在低渗-致密油藏得到广泛应用。为明确运移距离对CO_(2)混相驱油过程中密度差引起的重力超覆程度的影响规律,分别采用室内物理模型和数值模型开展研究。实验结果表明,混相条件下,由于岩心长度减小,重力超覆的扩展空间受限,但油气混相程度的降低,导致重力超覆程度降低幅度较小;当岩心长度继续减小时,混相程度降低对重力超覆的影响大于岩心长度对重力超覆扩展空间限制的影响,从而使重力超覆程度加剧。数模结果表明,随着运移距离的减小,重力超覆程度减弱,混相驱采收率提高。因此,结合油田现场情况,为减缓重力超覆,应适当减小井距,缩短CO_(2)气体运移距离,从而提高CO_(2)驱的波及效率。研究结果对于CO_(2)驱油现场试验方案设计和参数优化具有一定的指导意义。

覆岩隔离注浆充填技术实践与研究展望

煤层开采后覆岩关键层失去下部支撑,在地层压力作用下断裂沉降是导致一系列采动损害与环境问题的根源,通过充填阻止关键层破断是减少环境损害的源头绿色开采技术。目前我国煤矿充填开采技术得到长足发展,但井下充填采煤存在效率相对较低、成本较高等问题,限制了其推广应用。而创新研发的覆岩隔离注浆充填技术,建立了地面钻孔“一注式减损”高效绿色开采新模式,突破了井下充填效率低的技术瓶颈。覆岩隔离注浆充填是基于采动覆岩卸荷膨胀累积效应对离层产生抑制作用,通过地面钻孔向关键层下进行高压注浆的充填,产生“压下托上”作用,将关键层下方碎胀岩体压实形成支撑体,在采空区形成压实承载结构,阻止关键层断裂。该技术解决了离层注浆充填量少、减沉率低的技术难题,可用于综采、综放工作面,以及单一煤层与多煤层开采;目前该技术已在全国推广应用,解决了东部矿区建筑物压煤开采难题,并在矸石减排、“减震防冲”“减漏保水”等方面开展了工程试验与实践。介绍了“双碳”背景下,针对煤矿充填材料不足问题,进一步研发“煤基固废+CO 2”覆岩隔离注浆充填绿色开采新技术构想,该技术可取得减沉、减漏、减震、减排、减碳等“一注五减”效果,实现煤炭资源的绿色开采与低碳利用。

激光功率对铁基合金熔覆层组织及性能的影响

选取5种不同的激光功率(1000、1200、1400、1600和1800 W)在Q235碳素钢表面制备铁基合金熔覆层,利用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)技术、显微维氏硬度计和往复摩擦磨损试验机等研究了熔覆层的组织、力学性能和摩擦磨损性能。结果表明:熔覆层组织由枝晶内马氏体、枝晶间铁素体与部分残留奥氏体构成。随着激光功率的增加,熔覆层的厚度与稀释率增加,二次枝晶界面逐渐大量溶解,残留奥氏体量不断降低。当激光功率为1200 W时,熔覆层的平均硬度最高,为606.4 HV0.5,是基材硬度的3.6倍,磨损体积与磨损率最小,表现出良好的耐磨性能。熔覆层磨损机制是磨粒磨损与黏着磨损。