CoAl渗层对DD5合金低周疲劳性能的影响研究

为了研究典型工况下CoAl渗层对DD5合金低周疲劳性能的影响,结合DD5合金在燃气轮机涡轮叶片的实际工况需求,用低周疲劳试验对CoAl渗层及无渗层的DD5合金光滑及缺口试件进行对比研究。结果表明:CoAl渗层对光滑试件的低周疲劳性能无显著影响,CoAl渗层及无渗层试件都表现出较明显的应力集中敏感性,且在400℃下CoAl渗层缺口试件低周疲劳寿命明显低于无渗层试件。

突出煤层分层切削钻孔瓦斯释放特征及应用研究

【目的】突出煤层钻进过程中的喷孔瓦斯超限是威胁矿井高效生产的安全隐患,分层切削钻进方法有助于在孔内削弱喷孔瓦斯压力,但分层切削形成的梯形钻孔周围瓦斯释放特征不明,限制了分层切削钻具结构设计和应用效果。【方法】以不同层间距、层厚差的分层切削钻孔为研究对象,建立数学模型分析钻孔周围瓦斯流动规律,并定量描述了分层切削钻孔瓦斯流量与层间距、层厚差之间的关系,在此基础上,通过数值模拟分析了分层切削钻具瓦斯释放调控机制,优化了分层切削钻具结构,并开展了现场钻进工业性试验。【结果和结论】结果表明:(1)多次切削成孔方式使钻孔的揭露面积逐渐增大,有效控制了瓦斯释放面积,进而调控了瓦斯释放流量,通过合理设计钻孔层厚差Hj与层间距Li,能够将瓦斯释放流量降低18.3%以上。(2)在一定层间距范围内,双层切削钻具调控效果将优于三层切削钻具,直径为63.5 mm刻槽阻尼钻杆在推力140 kN和扭矩4600 N·m作用下,最小安全系数为3.009,满足强度设计要求。(3)优选双层切削钻具,其揭露直径73 mm,终孔直径113 mm,层间距0.8 m,通过工业性试验,钻遇高压瓦斯富集区时,孔口瓦斯体积分数降低了37.7%,孔口瓦斯体积分数均未超过0.5%。表明分层切削钻具调控钻孔周围煤体瓦斯释放量、削弱瓦斯释放强度的作用显著,为预防钻孔喷孔瓦斯超限问题提供了新的解决思路。

远距离下保护层开采遗留煤柱对被保护层回采的影响研究

为探究远距离下保护层开采遗留煤柱对被保护层回采效果的影响,以平顶山六矿戊_(8)煤层的戊_(8)-22310机巷和戊_(8)-32010风巷之间遗留宽度为4 m的区段煤柱和丁_(5-6)-22190工作面为研究对象,采用理论分析、数值模拟和现场实测结合的方法,研究了煤柱影响范围、煤柱区域垂直应力分布及影响区相关参数变化规律。结果表明:宽4 m遗留煤柱的影响范围为27.3 m,极限强度为25.9 MPa,塑性区宽度为2.26 m,弹性区宽度为2.68 m;煤柱两侧工作面均回采后,其承载的最大垂直应力87.9 MPa,远超煤柱本身的承载极限;在煤柱影响范围内测得的残余瓦斯含量、压力与卸压保护区无明显差异,并均小于突出危险临界值,煤柱影响区内瓦斯得到较好释放;煤柱影响范围内未产生明显应力集中现象,遗留小煤柱对被保护效果影响较小,保护效果在倾向上有连续性,对被保护层工作面回采影响小。

Vegetation of mono-layer landfill cover made of coal bottom ash and soil by compost application

Monolayer barriers called evapotranspiration (ET) covers were developed as alternative final cover systems in waste landfills but high-quality soil remains a limiting factor in these cover systems. Coal bottom ash was evaluated to be a very good alternative to soil in previous tests and a combination of soil (65% wt.wt-1) and coal bottom ash (35% wt.wt-1) was evaluated to be the most feasible materials for ET cover systems. In our pot test, selected manure compost as soil amendment for the composite ET cover system, which was made of soil and bottom ash at ca. 40 Mg.ha-1 application level was very effective to promote vegetation growth of three plants;namely, garden cosmos (Cosmosbipinnatus), Chinese bushclover (Lespedezacuneata), and leafy lespedeza (Lespedeza cyrtobotrya). To evaluate the effect of compost application on plant growth in an ET vegetative cover system, two couples of lysimeters, packed with soil and a mixture of soil and bottom ash, were installed in a pilot landfill cover system in 2007. Manure composts were applied at the rates of 0 and ?40 Mg.ha-11before sowing the five plant species, i.e.indigo-bush (Amorphafruticosa), Japanese mugwort (Artemisia princeps, Arundinella hirta, Lespedezacuneata, and Lespedezacyrtobotrya). Unseeded native plant (green foxtail,Setaria viridis) was dominant in all treatments in the 1st year after installation while the growth of the sown plants significantly improved over the years. Total biomass productivity significantly increased with manure compost application, and more significantly increased in the composite ET cover made of soil and bottom ash treatment compared to the single soil ET cover, mainly due to more improved soil nutrient levels promoting vegetation growth and maintaining the vegetation system. The use of bottom ash as a mixing material in ET cover systems has a strong potential as an alternative to fine-grained soils, and manure compost addition can effectively enhance vegetative propagation in ET cover systems.

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。

库车前陆冲断带构造分层变形特征

库车前陆冲断带地震资料信噪比低,具有多解性。利用高分辨率三维地震、钻井、油气分析化验等资料,对库车前陆冲断带地层组合进行系统描述,精细解释构造模型,深入剖析油气成藏体系,认为库车前陆冲断带发育古近系和新近系膏盐岩层及三叠系和侏罗系煤层2套滑脱层,具有分层滑脱、垂向叠置、多期变形的特征,浅层构造发育盖层滑脱褶皱,深层发育基底卷入式叠瓦状逆冲构造,膏盐岩层和煤层发生滑脱塑性变形,发育加里东运动期、海西运动晚期—印支运动期和燕山运动期—喜马拉雅运动期3期断裂,海西运动晚期—印支运动期构造控制中生界沉积,由北向南具有超覆减薄的特征。库车前陆冲断带分层构造变形控制油气分层运聚,煤层以上的油气主要来自侏罗系烃源岩,煤层之下的油气主要来自三叠系,三叠系烃源岩生烃量占60%,大量油气仍保存在煤层之下。

厚煤层膏体分层充填开采地表移动变形规律研究

为探究厚煤层膏体分层充填开采地表移动变形规律,以古城煤矿1305工作面为研究对象,采用理论分析、参数计算及地表下沉预计等方法,基于等价采高理论建立了适用于膏体充填开采的等价采高模型,修正了非充分采动条件下的膏体充填开采预计参数,预计并揭示了厚煤层膏体分层充填开采后的地表移动参数变化规律。结果表明:膏体分层充填开采后地表最大下沉值270 mm,地表建筑物损坏等级在Ⅰ级允许变形以内,保证了地表建筑物的正常使用,为类似膏体充填后地表沉陷预测提供借鉴。

CoAl双氢氧化物作超级电容器的电极材料

采用化学共沉淀法制备了CoAl双氢氧化物[Co0.67Al0.33(CO3)0.165(OH)2·nH2O],经X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、红外光谱(IR)测试表明产物为层状结构,属于六方晶系,粒径分布在60～70nm之间。在6mol/LKOH溶液中和电位范围-0.15～0.6V(vs.Hg/HgO)内,通过循环伏安、恒流充放电和交流阻抗测试显示了该材料制备的电极具有典型的电容性能,500次循环后电容衰减很小,单电极比容量达到400F/g。

煤沥青交联改性处理对碳结构的影响

沥青基炭制品的碳结构高度依赖前驱体沥青的性质。采用化学交联的方法对沥青进行改性处理时,尽管化学交联的反应机理为亲电取代反应,但交联剂、催化剂的种类不同,沥青改性程度存在差异,进而影响炭制品结构。以中低温煤沥青为原料,探索3种交联剂(对苯二甲醇(PXG)、苯甲醛(BA)、对苯二甲酰氯(TPC))、5种催化剂(对甲苯磺酸、浓硫酸、浓硝酸、浓盐酸、硼酸)对沥青交联改性后炭制品结构的影响。通过TG-DTG、FT-IR研究交联改性后沥青热稳定性及沥青官能团的变化;借助XRD、Raman表征改性后沥青炭制品的微观结构差异。结果表明:交联剂和催化剂的存在促进了沥青分子的交联,有效阻止了热转化过程中轻组分挥发,提高了沥青的结焦值、软化点、热稳定等指标。以PXG为交联剂,沥青支链上亚甲基CH_(2)的H不易被取代;而以硼酸为催化剂时,支链末端甲基上的H易被取代;以BA为交联剂,取代氢的位置明显发生在芳香环上;以TPC为交联剂、浓硫酸为催化剂时,交联产品的C=0官能团含量增加,说明在这种组合下,TPC参加反应较多。无论与哪种交联剂相结合,浓盐酸为催化剂时,交联反应更易促进苯环上和支链上的C—H键发生取代反应。经过交联改性后的沥青,炭化过程中分子间较强的π-π相互作用减弱,有效阻止碳有序结构的形成,碳无序结构含量I_(D)/I_(G)增大。同时碳微晶层间距d_(002)明显增加,有序堆积平均堆积高度L_(c)减小,芳香层数降低,说明化学交联不仅影响有序碳结构排列,还可抑制碳微晶结构发育。其中硼酸作为催化剂时,催化效果更理想。获得的炭制品d_(002)在同组产品中最大。PXG、硼酸组合与沥青发生交联时,所得碳材料的d_(002)达0.377 nm。本研究为进一步定向调控和构筑沥青基碳材料奠定基础。

特厚煤层垂直分层区段窄煤柱围岩稳定性及控制技术

针对特厚煤层垂直分层区段窄煤柱大变形失稳控制难题,采用理论分析、数值模拟及现场试验相结合的方法,对内蒙古老公营子煤矿特厚煤层窄煤柱围岩稳定性及控制技术展开研究。笔者在对窄煤柱内三向应力计算的基础上,基于摩尔−库伦破坏强度得到窄煤柱平面应变的屈服准则,定性分析了窄煤柱破坏特征及损伤程度演化规律,进一步分析了区段窄煤柱失稳机理及其尺寸效应影响规律,最后给出区段窄煤柱围岩控制关键技术,并通过数值模拟及现场试验进行验证。研究成果表明:①窄煤柱中部破坏程度大于两帮,中部自顶端向下煤体破坏程度由严重向轻微发展。随着宽高比增大窄煤柱内破坏程度及严重破坏区域占比逐渐减小,当宽高比大于1∶1,窄煤柱中下部开始出现大范围的轻微破坏区,当宽高比大于5∶3,轻微破坏区占比超过50%。当黏聚力C≥3 MPa,或内摩擦角φ≥20°时,窄煤柱两帮破坏程度转变为轻微。②工作面回采巷道一侧为窄煤柱低强度承载区,在上部高应力作用下,大范围的低应力承载区煤体向巷道位移,造成两帮持续性大变形,进而影响顶板的稳定性。煤柱高度是中、底分层区段窄煤柱稳定的主控因素,窄煤柱宽高比增大,对高强度承载区承载强度影响程度较小,而低强度承载区承载强度增加较明显,合理的窄煤柱宽高比可平衡煤柱内高、低强度承载区比例,并提高承载强度。③分层窄煤柱留设需考虑工作面两侧采空时围岩稳定性,保证煤柱内部高强度承载区范围大于煤柱宽度及高度的一半,并通过联合加强支护措施使煤柱内形成由浅入深的多重联合控制区,共同维护煤柱的自稳能力。

基于网格优化双层随机森林的采空区煤氧化升温预测研究

为了对采空区煤氧化升温的温度进行预测,在内蒙古某煤矿16402综放工作面进行长期的采空区气体和温度观测实验,采集到准确的采空区煤氧化升温过程中气体及温度数据,提出1种基于网格优化双层随机森林(WG-DRF)的采空区煤氧化升温预测方法,用该方法构建预测模型并与传统随机森林、BP神经网络和支持向量回归模型的预测结果进行对比。研究结果表明:WG-DRF模型预测的平均绝对误差MAE,均方误差MSE,决定系数R~2分别为1.725,6.158,0.903,优于其他模型。通过更换数据集对WG-DRF方法进行测试,验证双层随机森林模型具有较强的泛化性。研究结果可为采空区煤氧化升温的温度预测提供参考。

基于改进SimCNN模型的矿山地震灾害识别研究

煤矿开采过程中产生的矿山微震会给矿井带来较大的损害。为了对矿山微震进行识别,并提升识别准确率,采用卷积神经网络,并引入了相似特征层来对其进行改进。由于微震数据集的样本量较小,难以满足模型的训练要求,采用迁移学习将地震数据特征迁移到微震数据中,并借此数据集对改进后的卷积神经网络进行预训练。为了进一步提升改进后卷积神经网络的特征获取能力,在现有改进的基础上又引入了长短时记忆网络和注意力机制,以获取数据的时序特征和完整的矿山微震识别模型。研究结果显示,在测试集上,研究设计矿山微震识别模型的耗时平均值为8.216 s,识别准确率最大值和最小值分别为99.87%和93.29%,皆明显优于对比矿山微震识别模型。矿山微震识别模型能够对矿山微震时破碎煤岩的纵波和横波速度进行较为准确的预测。研究设计的矿山微震识别模型性能较好,能够为当下煤矿开采过程中的微震识别提供技术支持。

跨煤岩界面穿层压裂裂缝动态扩展特征试验研究

针对跨煤岩界面穿层压裂裂缝动态扩展过程,采用相似材料制作煤岩组合体试件,开展三点弯曲试验、真三轴水力压裂物理模拟试验,分别结合数字散斑技术、声发射监测技术,捕捉裂缝的动态扩展特征,分析裂缝扩展形态及影响因素。结果表明:三点弯曲试验中裂缝可从顶板直接进入煤层,裂缝在界面处未转向,增大预制裂缝长度试件断裂所需的峰值应力降低;真三轴水力压裂试验条件下,由于煤层塑性强,顶板内裂缝高度、长度均大于煤层,顶板内声发射事件比例高于煤层;在裂缝穿层扩展的前提下,增大水平井与煤层顶面距离会导致裂缝穿层扩展时间延长,提高压裂液注入排量可增大裂缝进入煤层的穿透深度,但是易导致缝高失控、缝长降低,提出采用变排量压裂施工,初期压裂液大排量注入促使裂缝纵向穿层,随后降排量促进裂缝在顶板和煤层内横向延伸;多裂缝同步起裂时缝间存在竞争扩展现象,部分裂缝可能无法穿层扩展。研究成果可为掌握裂缝跨煤岩界面穿层扩展特点、优化设计压裂施工参数提供理论支撑。

薄煤层开采裂缝与瓦斯抽采技术研究

针对山西某矿薄煤层瓦斯涌出情况,采用理论分析与数值模拟的方法来分析瓦斯抽采方案。结果表明该薄煤层工作面顶板环形裂缝圈很小,不能突破上亚关键层,裂缝产生的瓦斯浓度不能在亚关键层和上岩层中发展。煤层下部煤体是防止煤层上部瓦斯超限最有效的方法之一,但也存在钻井深度不够的缺点。在实际应用中,抽采工程应位于亚关键层以下的裂缝区。

黑白红气候旋回与聚煤环境

关于成煤环境,多数学者认为发育于暖湿气候。但现代沉积却得出了不同的认识,认为寒冷气候更有利于固碳,这个矛盾的解决具有重要的科学意义。基于现代沉积理论,研究了泥炭、湿地、土壤有机质的分布特征,结合各地质年代煤的分布,分析了煤的发育与气候、纬度的关系。结果显示,煤、蒸发盐岩、红层和铝土矿作为气候敏感沉积物,可分别代表高纬度的冷湿气候、中纬度的干热气候和低纬度热带雨林气候,可指示不同古环境或古纬度。提出煤的发育和是否缺氧没有联系,红层及铝土矿的发育不是因为富氧;寒温带的纬向滑移控制了煤的分布;用气候敏感沉积物建立了黑白红气候旋回,并限定了聚煤环境。

以覆岩离层注浆为主的保水采煤技术研究

榆神矿区地域辽阔、煤炭资源丰富,是国家重点建设的陕北煤炭基地的重要组成部分。持续高强度的煤炭开采对下水资源造成了破坏,损害了当地脆弱的生态环境。针对榆神矿区干旱半干旱地区水资源贫乏、生态环境脆弱等特点,以区内郭家滩煤矿为重点研究对象,通过研究煤矿开采条件、地质及水文地质特征,提出了在分层开采、限制导水裂隙带发育高度的基础上,以覆岩离层注浆充填控制上部含(隔)水层稳定为主,结合顶板隔水层再造(加固)、冒落带和导水裂隙带注浆封堵、保水采煤效果动态监测等技术的保水采煤一体化技术体系,并对试验示范区保水采煤效果进行了预计。

新疆塔什店矿区导水裂隙带发育高度预测

上覆岩层具有含水层的煤层开采有煤层透水的潜在危险性,有效预测导水裂隙带发育高度对预防开采过程中煤层透水具有重要意义。新疆塔什店矿区一号矿井具有7层煤层,亟需开展导水裂隙带发育高度预测,评估上覆含水层对煤层开采的影响程度。本文采用典型有限差分软件FLAC3D,对塔什店矿区一号矿井煤层开采覆岩发育规律进行模拟分析,揭示多层煤层开采时导水裂隙带与上覆含水层的位置关系。结果显示,在煤层推进长度为600 m时,煤层开挖后上覆含水层底板产生较小程度的下沉。导水裂隙带高度扩展至81煤层顶板以上30~40 m,距含水层底板仍有57~67 m距离,煤层开采导水裂隙带难以扩展至该含水层。各煤层开挖后,含水层底板位置的垂直应力与开挖前相差较小。该研究成果可有效指导塔什店矿区一号矿井煤层开采活动。

近距煤层合层综放工作面矿压显现规律研究

针对近距煤层合层综放开采覆岩移动破坏与矿压显现规律等问题,以涡北煤矿842首采综放工作面为工程背景,采用相似模拟试验和数值分析手段对工作面开采过程进行研究。结果表明:相似模拟试验下覆岩冒落带高度为38 m,开切眼附近裂隙带的高度为103.8 m,停采线附近裂隙带的高度为95.4 m,基本顶初次来压步距为28 m,周期来压步距为17.5 m。由数值分析得到采场围岩位移场与应力场的变化颇为相似,分析采场前方支承压力分布特征与相似模拟试验的结果相吻合。研究结果可为近距煤层合层综放工作面煤柱宽度、工作面支护参数设计提供技术指导。

贵州省方兴煤矿地质特征与可采煤层对比研究

为了解方兴煤矿可采煤层赋存位置及厚度变化规律,确定其可采煤层的连续性,采用了标志层法进行对比,同时辅以岩、煤层物性特征、曲线的幅度异常、形态异常及特殊形态组合关系、煤层层间距、煤质特征等进行综合对比。结果表明,区内标志层特征明显,含煤地层发育比较稳定的灰岩及底部铝土质泥岩的岩性特征可建立4个岩性标志层对煤层进行对比,区内可采煤层在含煤岩系中的赋存位置虽有变化,但煤层的总体特征清楚,连接性好,标志层稳定,煤层对比可靠。

高瓦斯厚煤层分层充填开采中瓦斯运移规律研究

以高河煤矿E1302工作面为例,系统研究了高瓦斯厚煤层分层充填开采过程中煤层瓦斯的运移方式及涌出规律。研究结果表明:煤体孔隙率为5.3%,充填体孔隙率为2.1%,充填体的孔隙率远低于煤体;相较于煤体,充填体更为密实,但其渗透率却远高于煤体,充填体相对于煤体更易于瓦斯流动;工作面瓦斯涌出的主要来源是下分层煤体;开采60 d内,煤层的绝对瓦斯涌出量由开采初期的0.997 0 m^(3)/min下降到0.112 5 m^(3)/min。