特高压套管悬挂器不同线型凸缘面密封性能分析与优化设计

针对油田井口密封装置圆形凸缘面存在的密封宽度窄、使用寿命短的问题,设计圆形、椭圆、锥面凸缘线型,并开展不同线型凸缘面的密封性能和使用寿命研究。研究表明,在相同结构尺寸、激发载荷条件下,锥面的密封宽度、结构寿命远远优于圆形、椭圆面,但较长的接触宽度导致锥面接触应力无法满足工况需求。建立以锥形密封环为优化对象的分析模型,通过单因素分析确定各结构参数的灵敏度和取值范围,以上下密封面接触应力为优化目标,得到显著因子与接触应力的一阶、二阶响应模型。优化后的接触应力达到密封要求且分别提高21.7%、8.2%,最大方差仅为曲面的30%,能获得可靠的结构寿命。

近水平煤层超长工作面合理宽度取值范围研究

为了研究超长工作面开采覆岩两带变形破坏特征以及矿压差异性变化规律,以袁大滩煤矿为背景,采用数值模拟软件建立不同工作面长度的数值计算模型,研究不同宽度工作面条件下的围岩的破坏情况,为工作面合理宽度选择提供一定的科学依据。结果表明,工作面开采的宽度与覆岩两带发育高度、位移变化范围、应力大小形呈正比关系,同时随着开采宽度增加应力区域范围扩大,弹性能峰值普遍增加,尤其是开采宽度达到450 m后,其弹性能的能量增幅明显;工作面面宽越大时,宽度增加引起两带高度的增幅逐渐减小、位移变化区域范围增量相对越小,同时应力区域范围的增加幅度逐渐减小;在合理的现场防控措施下,400 m工作面宽度能较好地满足工作面的安全高效生产。研究成果可为袁大滩煤矿工作面宽度取值范围的合理选取提供指导。

水射流构造自由面下滚刀线性切割破岩特性研究

为了分析水射流构造自由面情况下的滚刀切割破岩特性,本文采用有限元模拟分析方法,建立自由面工况下滚刀破岩模型,模拟不同切宽下滚刀切割岩石动态过程,得到水射流构造自由面工况下滚刀破岩载荷、破岩状态等变化规律,并利用线性切割实验进行验证。研究结果表明:水射流构造自由面后滚刀切割过程中,岩石会产生表面和内部拉伸裂纹,且当切宽小于临界值50 mm时,滚刀临近自由面侧的拉伸裂纹可以延伸到自由面,促进岩石破碎;水射流构造自由面情况下的滚刀破岩垂直载荷最大,侧向载荷最小,且合适的切宽可以显著改善滚刀受载;当滚刀能有效利用水射流构造的自由面破岩时,其破岩比能耗远低于无自由面效应下的滚刀破岩比能耗,前者仅约为后者的30%,破岩效率得到显著提高。研究结果可为水射流辅助滚刀破岩参数设计提供依据。

西部大采高工作面保护煤柱宽度优化研究

保护煤柱尺寸一直是三下开采研究的热点问题,特别是在西部大采高软弱覆岩特厚煤层开采条件下,其对地表建筑物安全的影响有待进一步研究。以榆树湾井田20119工作面为例,综合利用数值模拟和概率积分法确定了合理保护煤柱宽度,并进行现场验证。结果表明:随着煤柱宽度的减小,地表沿X方向的水平移动呈现倒“S”型趋势,沿Y方向的移动呈现倒“U”型趋势,地表的最大下沉量随煤柱宽度的减小而不断减少;结合概率积分法对保护煤柱宽度进行预计,确定优化后的煤柱宽度为180 m;对现场村庄进行实时监测,地表下沉和倾斜值均满足现场施工要求,验证了保护煤柱宽度的合理性。

区段煤柱宽度变化下工作面矿压危险性分析

区段煤柱的宽度会影响工作面矿压变化从而导致冲击危险的发生。以某煤矿工作面为研究背景,由于受到相邻的工作面的影响,该工作面回风巷道侧预留保护煤柱宽度发生变化,因此将工作面沿走向划分为小煤柱、小煤柱-集中巷和大煤柱3个区域。分别沿倾向和走向分析不同区域工作面矿压分布特征,分区分级进行危险区的划分。结果表明:3个区域中小煤柱-集中巷区域危险区分布最大,危险等级排序为小煤柱-集中巷区域>小煤柱区域>大煤柱区域。分析结果可为后续工作面卸压防控提供依据,做到精准防控,节省人力物力。

变宽度孤岛工作面回采期间冲击危险性数值评估研究

对采掘工作面进行冲击危险性评价是开展冲击地压防治的首要步骤。针对综合指数法对大量特殊地质和开采条件工作面难以适用的困境,本文以山西省杜儿坪煤矿变宽度孤岛工作面为对象,开展了基于有限差分数值计算方法的特殊开采条件工作面回采期间的冲击危险性评价研究。研究根据矿井实际煤岩赋存条件建立了工作面大尺度三维模型,先后计算了工作面准备阶段、两侧采空阶段、孤岛工作面回采阶段等三个阶段工作面围岩冲击危险区分布范围和危险程度,进而确定了变宽度孤岛工作面回采期间的冲击危险区段。研究结果表明,杜儿坪煤矿变宽度孤岛工作面回采过程中主要冲击危险性影响因素为冲击地压为工作面几何尺寸的突变和孤岛工作面临空条件的突变,该因素导致了回采过程中的两个主要冲击危险区段,分别为工作面变宽度区段和末采区段,对工作面在该区段的回采作业发出了冲击危险性预测和防冲措施建议,最终保证了工作面的安全回采。研究证明了有限差分数值计算方法对于特殊开采条件工作面冲击危险性评价的可行性,可作为综合指数法的互补方法。

李家楼煤业煤柱合理宽度确定及切顶卸压方法研究

针对李家楼煤业综采工作面煤柱尺寸留设大及巷道变形严重问题,采用数值模拟与现场监测相结合的方法,研究了1206工作面煤柱合理宽度及其切顶卸压方法。结果表明:对1206回风顺槽实施切顶后,侧向支承应力集中系数可由切顶前17.3 MPa降至12.1 MPa,切顶可取得明显的卸压效果;对于10 m煤柱宽度,巷道处于应力降低区且整体变形较小,确定合理煤柱宽度为10 m。在此基础上,研究提出了超前深孔预裂爆破切顶方法,以及巷道顶板采用“锚杆+金属网+W钢带+锚索”联合支护,两帮采用“锚杆+金属网+钢筋梯子梁+煤柱帮锚索”联合支护方法。通过现场实践,巷道整体变形得到有效控制,实现了工作面安全高效开采。

金达矿综放工作面区段窄煤柱宽度留设分析

为确定区段煤柱合理留设宽度,以金达矿10402综放面回风巷采空区侧的煤柱为研究背景,采用理论分析、数值模拟、工程实践等方法对窄煤柱合理留设宽度进行了探讨;通过理论计算确定区段煤柱尺寸不低于7.41m,结合数值模拟分析,最终确定区段煤柱合理宽度为10m;工程实践表明,区段煤柱留设10m时,该沿空巷道变形量较小,围岩保持了整体稳定,可以满足实际生产的要求。

超长工作面开采下区段煤柱留设合理宽度分析

为确定超长工作面开采下区段煤柱合理留设宽度,分析超长工作面侧向支承压力在煤柱中的分布特征,利用数值模拟软件研究区段煤柱中的应力分布,并在现场区段煤柱不同深度中布置钻孔应力计,监测侧向支承压力的变化规律。结合巷道围岩稳定性综合监测分析,研究超长工作面采动影响下巷道围岩的变形破坏特征,进而优化支护参数,以保障超长工作面回采巷道的通畅与安全。研究结果表明,在11205工作面右端、11207工作面左端及其煤柱区域位置煤柱内部应力分布呈现出明显的3处应力集中,其煤柱位置的应力集中效应更为明显;增大煤柱宽度能够有效改善煤柱应力分布状态,但当煤柱宽度超过16 m后,应力变化不大。工作面开采后,11207工作面采空区顶板位移量明显增大,整体位移变为以煤柱为中心的扇形沉陷,说明煤柱对上覆岩层起到了支撑作用。根据数值计算结果,得出煤柱留设宽度在16 m煤柱较为合适;由煤柱顶底板破坏强度可知,留设16~20 m的煤柱较为合适。

厚煤层综放工作面区段煤柱合理宽度及巷道支护研究

为解决常村煤矿轨道顺槽护巷煤柱宽度不合理、支护效果差的问题,通过数值模拟、矿压监测、理论分析等手段,研究最优煤柱留设宽度及支护方案,并进行工业性应用试验。结果表明:宽度大于30 m煤柱内存在稳定的弹性区,合理煤柱宽度为30 m,矿压监测结果表明,优化后的煤柱尺寸和支护方案可保证2106轨道顺槽围岩稳定,满足了工作面安全回采的需要。

关于能带宽度的一点修正

材料的能谱、能带宽度是材料能带结构的重要参数,是了解材料物理性质的基础.材料的几乎一切光学、力学、热学及电磁学等性质的测量结果,必须要有正确的能带结构才能得到合理的解释,凸显能带理论的重要性.针对目前国内大部分固体物理教材中,在利用紧束缚近似法讨论三维晶格能带宽度时未提及波矢方向,且能带宽度取值不合适的情况,讨论了沿不同波矢方向面心立方晶格的能带宽度,作为讨论晶格所对应晶体不同方向其它性质的基础.

区域多工作面协调开采防治冲击地压实践研究

矿井多工作面之间的开采扰动会诱发煤矿冲击地压灾害,区域工作面协调开采是此类冲击地压防治的关键手段之一。为了工程验证区域多工作面协调开采防治冲击地压的合理性和有效性,以冲击地压多发的义马矿区为例,基于模拟得到的协调开采原则及参数取值,制定了跃进-常村井间区域协调开采方案,通过对比不同协调开采程度区域的应力转移特征和冲击事件特征,评估了工作面协调开采效果。结果表明:跃进-常村井间区域中,跃进23092工作面和常村21162工作面煤层厚度和巨厚砾岩厚度较小,23092-21162工作面组和21170-21162工作面组开采时工作面之间煤柱宽度较大、两工作面水平距离和垂直错距较远,井间23092工作面和21162工作面为最优的接续工作面;跃进-常村井间区域协调开采程度高于耿村-千秋井间区域,协调开采使工作面之间由冲击和开采引发应力转移的频次和强度均明显降低,应力转移范围明显减小,协调开采效果明显。

可控型静压气体密封结构参数对密封性能的影响实验研究

可控型静压密封具有泄漏量低、开启力高和气膜刚度大的特点。但由于运行时的工况条件不断发生变化,可控型静压密封也存在泄漏失效问题。针对可控型静压密封在恒定转速和被密封介质压力下的泄漏问题,建立了可控型静压密封气膜流场模型,针对不同结构参数下的可控型静压密封性能进行了研究,揭示了结构参数对可控型静压密封的影响机理。首先,根据可控型静压密封原理,确定了泄漏量、气膜厚度、气膜刚度为密封性能参数;然后,采用了有限元方法,建立了可控型静压密封的分析模型,确定了研究的工况参数,设计了数值模拟分析的计算研究路线,通过计算获得了可控型静压密封的密封性能随节流孔、均压槽、端面宽度参数的变化趋势和规律;最后,自主设计了一套可控型静压密封试验装置,并进行了装置的运转试验,通过测量可控型静压密封的总泄漏量,对数值模拟结果的准确性进行了验证,得到不同结构参数对可控型静压密封泄漏量的影响规律。研究结果表明:当静压密封装置的节流孔数量在8个~12个,直径在0.15 mm~0.25 mm之间,均压槽位置距离密封内侧约0.5 mm处,端面宽度控制在23 mm~27 mm范围内时,可控型静压密封装置具有最优的密封性能。

大采高大断面迎采沿空巷道窄煤柱宽度研究

根据山西马堡煤矿地质条件,通过极限平衡理论、内外应力场理论计算出迎采巷道煤柱宽度范围为6.48~8.97 m.采用FLAC3D数值模拟软件,分别模拟了煤柱宽度为5~9 m时,在15202运输顺槽掘进过程中,煤柱应力分布、塑性区分布及迎采沿空巷道围岩变形规律,结果表明:随着煤柱宽度的增加,煤柱峰值应力及塑性区范围不断减小,煤柱宽度为7 m以后,峰值应力减小趋势和塑性区变化均不明显,围岩变形逐渐趋于稳定,综合考虑安全开采和资源高效利用,最终确定煤柱宽度为7 m.通过模拟煤柱不同位置在采掘过程中的应力变化,确定采掘应力叠加影响范围为采掘间距30~-30 m,并结合15202运输顺槽不同位置的围岩变形情况,给出了合理的支护建议。

19 m特厚煤层孤岛综放面小煤柱沿空巷道煤柱宽度选择及工程应用

为研究19 m特厚煤层孤岛综放工作面小煤柱沿空巷道煤柱合理宽度,以东古城煤业Z109工作面为研究对象,采用极限平衡理论经验公式,计算得到沿空巷道合理煤柱宽度理论值为7.7~9.1 m;采用FLAC^(3D)软件建立了不同煤柱宽度的数值计算模型,分析了孤岛工作面围岩应力分布规律以及不同煤柱宽度条件下掘巷和工作面回采阶段沿空巷道围岩及煤柱破坏特征,确定了煤柱合理宽度为8 m;通过现场实测,得到了掘巷及回采期间巷道围岩变形量,实测结果表明巷道围岩变形得到有效控制,护巷煤柱留设宽度选择较为合理。本文研究成果对于指导特厚煤层孤岛综放面小煤柱沿空巷道合理煤柱宽度选择具有一定的理论意义与工程意义。

雄山矿15^(#)煤层工作面煤柱留设宽度模拟分析

雄山煤矿长期存在生产接替紧张、煤炭资源采出率低的难题;留设小煤柱开采是提高煤炭回收率、实现资源绿色开采有效途径之一;依据15^(#)煤层工作面地质条件,理论计算小煤柱宽度合理范围在7.34~8.61,模拟分析煤柱留设合理宽度为10 m(±0.5 m);应用留设区段小煤柱技术后矿井获得了良好的经济效益。

天井几何形态对赣南传统民居风环境的影响研究——以姚衙前历史文化街区“彭氏宗祠”为例

本文以赣州市章贡区姚衙前历史文化街区内的“彭氏宗祠”为实例,对其进行实测和仿真模拟,以天井进深面宽比为主要控制影响因素,通过建立理想模型并结合CFD仿真软件,对彭氏宗祠的风环境进行模拟。对模拟数值进行比较分析后,得出天井进深面宽比为3:2的赣南传统民居风环境理想模型,以期为赣南传统民居的保护提供改造设计思路。

面孔宽高比的自动加工

研究发现,高低面孔宽高比(facial width-to-height ratio,fWHR)在表征某男性个体实际攻击性或预测他人评价该男性个体的攻击性行为水平上存在差异,高fWHR较低fWHR个体不仅有更强的攻击性,也被他人评价为有更高的攻击倾向。但是,其中的神经机制尚不清楚,尤其是非注意条件下二者的加工机制。因而,本研究以视觉失匹配负波(visual mismatch negativity,vMMN)为指标,考察非注意条件下高低fWHR加工的神经机制。实验1给被试呈现中性情绪面孔,要求被试完成注视点大小探测任务。结果发现,高fWHR在200~500 ms,而低fWHR在200~250 ms和300~350 ms诱发vMMN,在300~350 ms高fWHR比低fWHR诱发的vMMN更大。实验2呈现愤怒和恐惧面孔,结果发现,愤怒情绪高fWHR在200~250 ms和300~400 ms诱发了vMMN,而恐惧情绪低fWHR在左半球250~400 ms诱发vMMN。对比实验1和实验2发现,愤怒情绪较中性情绪降低了高fWHR的vMMN。这些结果表明,与个体感知攻击性水平密切相关的fWHR的自动加工可能受情绪信息的影响,愤怒情绪促进高fWHR自动加工,而恐惧情绪促进低fWHR自动加工;但可能受情绪自动加工的影响使得愤怒情绪较中性情绪减弱了高fWHR的自动加工程度。

孤岛综放面回采巷道围岩稳定性控制研究

为有效解决孤岛工作面巷道变形量大、围岩稳定性控制难题,以高河煤矿E2306孤岛面为工程背景,采用理论分析、数值模拟及现场实测相结合的研究方法,对孤岛面区段煤柱的合理尺寸及巷道支护方式进行研究。结果表明:基于应力极限平衡理论和内应力场分布规律构建了区段煤柱边缘体力学计算模型,提出了E2306孤岛面区段宽煤柱护巷方法,对比分析不同煤柱宽度掘巷、回采阶段围岩应力、位移及塑性区演化特征,明晰了区段煤柱的尺寸效应,确定了最佳区段煤柱宽度为30 m;采用“锚网索+钢筋梯子梁”的联合支护方式,经现场应用围岩控制成效显著,有效减小了沿空巷道围岩变形量,提高了沿空巷道围岩稳定性。研究成果实现高河煤矿煤炭资源安全增产123.4万t,同时可为其他同类工程难题提供参考和技术指导。

麻地梁矿浅埋深强采动综放工作面巷间煤柱宽度优化研究

针对浅埋深强采动综放工作面巷间留设合理煤柱宽度问题,以内蒙古麻地梁煤矿首采综放工作面巷间留设30 m大煤柱护巷工程为研究背景,综合运用地质调查、理论计算和数值模拟研究强采动综放工作面合理的巷间煤柱宽度。理论计算得出最小煤柱宽度参考值为12.6~14.7 m。采用FLAC3D数值软件模拟分析了不同巷间煤柱宽度下双巷掘进、一次采动、二次采动时煤柱及围岩中应力、塑性区和位移分布演化规律。研究表明,麻地梁煤矿浅埋深强采动综放工作面巷间合理煤柱宽度为18 m。研究成果为确定浅埋深强采动综放工作面巷间煤柱宽度提供了借鉴。