高压水射流煤层割缝深度数值模拟与实验研究

高压水射流割缝技术是提高低透气性煤层瓦斯抽采效率的有效措施之一,确定割缝深度是优化钻孔布置和射流参数的基础。基于Fluent软件数值模拟分析了入口压力、靶距、旋转速度对水射流流场特征的影响规律;基于高压水射流破煤实验系统,开展了淹没和非淹没条件下冲击破煤实验,并进行了现场实验。研究表明,喷嘴结构一定时,水射流速度随着入口压力的增大而增加,冲击压力随冲击距离增大而发生衰减;水射流发展过程中截面积逐渐增大,导致冲击压力集中区域的范围随靶距的增大而逐渐扩展;射流旋转会导致旋转方向一侧的应力大于另一侧,靶体表面最大切应力随旋转速度增加而增大;随着入口压力和冲蚀时间的增加,水射流对试样的冲蚀深度增大,但冲蚀深度随冲蚀时间的增加存在阈值。根据高压水射流破煤深度实验结果可知,喷嘴直径为1 mm、压力为30 MPa时,水射流割缝直径可以达到1.2 m。工程应用表明,割缝钻孔平均瓦斯抽采流量为普通钻孔的1.56~2.52倍;抽采16 d后,瓦斯抽采浓度维持在30%以上。

进鱼口水深不足时竖缝式鱼道水力特性及进出口允许最大水深差

为研究竖缝式鱼道进鱼口水深不足时鱼道进出口允许最大水深差,构建了鱼道整体数学模型,对鱼道流速、流态、水面线等进行了数值模拟分析。结果表明:当进鱼口水深不足时,上游段水深与出鱼口水深一致,流速稳定;中间段水深开始缓慢下降,流速逐渐变大;下游段水深急剧下降,流速迅速变大,在进鱼口处出现跌水,流速出现最大值。当鱼道坡度相同时,出鱼口水深与进出口允许最大水深差呈线性关系,出鱼口水深越大,进出口允许最大水深差越大;当出鱼口水深相同时,鱼道坡度与进出口允许最大水深差也呈线性关系,鱼道坡度越陡,进出口允许最大水深差越小。

检修闸门门槽受剪承载力研究

现行水工混凝土规范对高水头闸门门槽的受剪承载力复核提出了要求,但尚缺乏对应的计算方法。为此,文章针对检修闸门门槽的受剪承载力展开了试验和数值研究。以拉西瓦水电站进水口检修闸门门槽原型为对象,设计了2组13个缩尺检修闸门门槽试件的静力试验,研究剪跨比、混凝土强度与横向配筋率对检修闸门门槽破坏模式和极限受剪承载力的影响。通过三维有限元数值仿真,补充说明对应参数的影响规律。最后基于试验结果通过回归分析提出计算检修闸门门槽的受剪承载力计算公式,并给出算例进行应用展示。研究结果表明检修闸门门槽的受剪破坏机理为斜压破坏,混凝土的抗剪贡献占主导地位,受剪承载力提升幅度和混凝土轴心抗压强度增幅相同。尽管提高配筋率可提升受剪承载力,但该方法经济性差。检修门门槽的名义剪压比在剪跨比0.16~0.22随剪跨比的增加而近似线性增加,但在剪跨比0.22~0.28基本保持不变。

一种新型磁粉检测用试片槽深的校准方法及不确定度评定

针对当前接触式测量磁粉检测用试片槽深的方法自动化程度偏低和探针无法探测试片槽深底部的现状,结合非接触式测量原理并以光学形貌仪为主标准器,提出了一种磁粉检测用试片槽深的校准方法,同时完成了校准结果的不确定度评定,且结果满足技术要求。

钻孔孔壁切缝解除地应力测试方法数值模拟研究及工程应用

为解决高应力环境中的地应力测试的难题,通过数值分析方法对试验过程中切缝深度的优化及切缝布置方案进行了模拟研究,并将该方法应用于锦屏地下实验室应力测量中。数值模拟结果表明:当初始应力场以平行于切缝方向应力分量为主时,切缝两侧应力完全释放所需的切缝深度最大,为16 mm。进行现场试验时,为了提高试验的可靠性,避免切缝之间的相互影响,往往一个给定的钻孔深度只布置一个切缝,且切缝间距一般>200 mm。测试结果表明测试部位岩体处于极高应力状态下,与钻孔钻进过程中出现岩芯饼化现象相符合。

基于试验对小断面硬岩巷道爆破掘进参数的优化

针对煤层附近小断面硬岩巷道爆破施工高效和低成本的要求,采用循环施工试验,工序写实,结合围岩条件和施工实际情况对掏槽方式和炮眼深度这两个重要的爆破参数进行优选。试验结果表明,小断面巷道的爆破施工采用复式掏槽外加辅助空眼可以取得较好的爆破效果,炮眼深度的确定应在提高炮眼利用率的前提下,兼顾提高工人劳动生产效率。

旋转电磁致热器热功率与结构参数关系的研究

为了分析新型电磁加热装置—旋转电磁致热器的设计方法,对致热器的热功率进行了研究。首先分析了致热器的热功率分布规律,提出定子热功率透入深度的概念作为致热器设计的准则,给出了透入深度随转速变化的规律,分析了透入深度在致热器设计中的作用。以此为依据,为提高致热器的热功率密度,比较了闭口槽、半开口槽和开口槽三种不同定子结构的致热器在不同转速下的热功率密度。分析了开槽结构的致热器槽深和槽宽变化对热功率密度的影响,最后对开口槽和闭口槽样机的热功率进行了测试。实验结果表明了分析的正确性。

仰拱处开槽深度最优值及围岩破坏机理

以大连黄泥川现役隧道仰拱处开槽铺设水管工程为实例,采用室内实验及工程类比等方法,结合现场实际情况,确定相似实验原材料为中砂、石膏粉、425普通硅酸盐水泥,配合比选用相似程度最高的755组。针对仰拱处不同深度开槽隧道围岩的变形破坏机理进行研究,采用相似模型实验、数值模拟,结果表明:开槽后仰拱处的承载能力较未开槽时变强;当开槽深度小于2m时,仰拱处的承载能力随着开槽深度的增大而变强,但是当开槽深度超过2m后,承载能力随着开槽深度增加而变弱;而开槽深度不超过2m时,槽底最先受拉破坏,开槽深度超过2m时,拱顶最先受拉破坏;开槽深度为2m时,承载能力最大,说明此开槽深度为最优值。

镐型截齿截槽非对称的峰值截割力计算

为了能够对平面截割截槽非对称条件下镐型截齿垂直截割煤岩时的峰值截割力P_c'进行预测,基于截槽非对称模型,通过理论推导得到了截割孔半径r、截深h_1,h_2及煤岩左、右崩裂角Φ_1,Φ_2关系的一般表达式。提出了r相对截深h_1,h_2可忽略时截槽对称的峰值截割力P_c的新的计算公式;基于截槽非对称与截槽对称条件下的峰值截割力与表面接触半径的等效概念,即通过换算等效截深hequ,并利用截槽对称的峰值截割力P_c推导得出了截槽非对称的峰值截割力P_c'计算公式。所得到的截槽非对称(h_1<h_2=h)的镐型截齿垂直截割的峰值截割力P_c',能够考虑截齿半锥角θ、煤岩抗拉强度σ_t、脆性指数m以及齿岩摩擦因数f等参数对其的影响;在保持h_2=h不变的条件下,得到P_c'与h_1/h_2的变化近似呈线性关系的结果。理论计算结果得到了试验结果的验证。

钢筋应力释放法中开槽参数对钢筋应力的影响研究

以一块10 m长的简支预应力空心板桥为例,通过有限元计算和分析,研究钢筋应力释放法中混凝土开槽的长度、宽度和深度等参数对普通钢筋应力的影响,以便更为精准地研究钢筋应力释放法的测试精度。

方钢表面矩形贯通沟槽的深度与该沟槽引起的漏磁场

用磁偶极子模型分析了方钢表面矩形贯通沟槽的深度d与该沟槽引起漏磁场H间的关系,推知:1)当d很小时,H∝d;2)d较大时,H∝(d-2kδ)(δ是d的函数,k为比例系数);3)当d很大时,随着d的增加,H反而减小。推论1)和2)都早已为磁粉探伤的经典试验所验证,推论3)因未见现有文献记载,故尚待实验验证。此外,还给出了H-d的5种近似解析表达式。

基于激光原理的曲臂测量系统研制

本测量系统是为解决某单位生产的典型通用关键件——曲臂的各参数测量而专门设计研制的。该系统在激光狭缝扫描原理的基础上,采用激光检测技术、精密机械技术、光电传感技术、现代电子技术与计算机技术,从而实现了对曲臂两臂的平行度误差和轴径尺寸误差的非接触测量。实验证明该系统平行度测量分辨率为0.01 mm,重复性精度为±0.01 mm;轴径尺寸测量范围Φ40～180 mm,分辨率为1μm,重复性精度为±5μm。该系统成功解决了企业在生产加工过程中形状复杂、重量与尺寸较大的工件只靠工艺保证而不能进行检测的实际问题。

高压水射流环形割缝深度理论模型及应用

我国煤层透气性系数普遍较低,尤其进入深部开采后,煤层表现出高地应力、高瓦斯压力和低渗透性等特征,采用高压水力割缝降低煤层地应力,增加煤体透气性,提高煤层瓦斯抽采效率是技术发展方向之一。针对不同煤层地质条件,煤层采用水力割缝的相关技术参数设计主要依据经验判断,可能导致煤层水力割缝钻孔控制不均匀存在空白带或两相邻钻孔割穿而影响瓦斯抽采及煤层防突效果。研究以高压水射流破煤冲击效应分析为基础,针对高压水射流冲击特征,结合高压水射流分区结构,通过边界层理论得出高压水射流速度分布函数,获得了高压水射流割缝过程中平均射流速度衰减规律;应用应力波在煤体中传播特性建立波动方程,然后结合高压水射流随距离变化的衰减规律及最大伸长线应变准则,综合建立了高压水射流环形割缝深度理论模型。通过试制高压水射流作用力采集装置,以喷嘴直径、射流压力和射流距离为条件,测试了不同参数下高压水射流打击力的变化规律,在理论上验证高压水射流平均速度衰减规律。采用研究获得的高压水射流环形割缝深度理论模型,结合新集二矿试验区1煤层力学参数,理论计算了不同射流压力条件下煤层割缝破煤深度,现场实际割缝深度与理论模型预测结果对比误差小于7%。研究表明高压水射流环形割缝模型能较好地预测煤层割缝深度,可用于指导煤层高压水力割缝参数的设计。

超高压水力割缝精准控制技术应用及效果分析

为了解决由于水力割缝压力、喷嘴大小、割缝时间等参数的选取不当导致煤层割缝深度浅、割缝后煤体卸压增透效果不理想、割缝作业期间钻孔憋孔、堵孔等问题,提出了超高压水力割缝精准控制技术,分析了割缝缝槽宽度、深度控制,割缝落煤速度控制,以及割缝区域效果控制,集成开发了ZGF-100(A)型超高压水力割缝装置,并进行了精准控制割缝现场应用试验。结果表明:采用超高压水力割缝精准控制技术对煤层进行割缝后,缝槽等效半径约为1.02~1.58 m,割缝钻孔平均抽采瓦斯纯量较普通对比钻孔增大约2倍,割缝钻孔抽采半径较对比钻孔增大1倍左右。

一种微带缝隙阵列询问天线

介绍了一种单脉冲工作体制的微带缝隙阵列询问天线。设计了一副6单元的微带缝隙阵列天线,通过选择合适的天线单元、调整馈电网络的幅相特性,使得天线阵列在13%的工作带宽内驻波小于1.6,差方向图获得良好的对称性,差波束零深低于-30dB,且和差波束不存在穿刺现象。显示了其良好的工程应用价值。

顾北煤矿岩巷掏槽超深爆破试验研究

针对岩石巷道掘进工艺钻爆法效果不佳的问题,以顾北煤矿-648m水平降温硐室为研究对象,参照岩石巷道断面掘进原始方案,结合现场分析影响爆破效果的一些关键因素(炮孔深度,掏槽形式,炸药单耗等),同时在优化爆破参数的基础上,根据煤矿该岩石巷道的现场实际情况设计了掏槽孔超深深度为300mm、400mm、500mm的三种爆破方案。经现场试验对三种爆破方案的效果进行验证,并与原始方案进行对比,最终选用三种设计方案中方案二的炮孔布置情况,方案二的炮孔最佳超深为400mm,炸药单耗降低至1.64kg/m^(3),炮孔利用率提高至96.4%,单循环进尺为1.735m,在原方案的基础上提高了8.4%,为节约掘进成本及提升掘进巷道质量奠定了基础.

配置HRB500钢筋小跨高比带板开缝连梁的抗震性能试验研究

为了防止联肢剪力墙中小跨高比连梁发生低延性剪切破坏,在单连梁中部设置一条通缝,形成开缝连梁改善其抗震性能。试验完成了3个小跨高比带板开缝连梁的低周反复加载,通过与其他配筋形式连梁对比,分析了开缝连梁的破坏形态、滞回特征、承载力退化、刚度退化、延性、耗能等一系列抗震性能。利用软件ABAQUS对试件滞回曲线的骨架曲线进行模拟,并将模拟结果和试验结果相对比。结果表明,小跨高比开缝连梁具有良好的承载能力及变形能力,施工较为方便且经济,能有效防止小跨高比连梁延性较差的剪切破坏,具有较好的抗震性能,可在实际工程中推广。

基于分数槽集中绕组永磁电机的绕组磁动势谐波优化

针对分数槽集中绕组的绕组磁动势谐波含量大的问题,本文基于12槽10极的槽极比模型,采用不等槽深结构对电机的绕组磁动势谐波进行优化。本文探究了不等槽深结构的不等槽深值对12槽10极单双层绕组磁动势的工作谐波和其他谐波的影响以及采用不等槽深结构对电机转子损耗的影响。通过仿真计算验证不等槽深结构对绕组磁动势的谐波削弱效果,并根据其对工作谐波和其他谐波的影响选择合适的不等槽深值。

超高压水力割缝参数对煤体卸压影响研究及应用

为了提高瓦斯抽采效率,研究了超高压水力割缝工艺操作流程,主要为装备准备阶段、连接阶段和检查阶段。采用数值模拟软件,分析了割缝深度、割缝宽度和割缝间距等超高压水力割缝参数对煤体卸压的影响,得出了超高压水力割缝参数最优参数,分别为割缝深度1.0 m、割缝宽度0.1 m、割缝间距3.0 m,并进行了工程实践。研究表明,采用超高压水力割缝技术后,瓦斯抽采浓度和瓦斯抽采流量都得到了有效的提高。

基于有限元法的永磁滚筒齿槽转矩优化

齿槽转矩是影响永磁滚筒运转平稳性的重要因素之一,影响齿槽转矩的因素有气隙、槽深、极槽比、转子辅助槽个数。传统数值计算法计算复杂,结果不精确,难以得出齿槽转矩与各因素的影响规律。采用有限元分析法,通过构建永磁滚筒的二维电磁模型,利用Maxwell软件进行齿槽转矩有限元仿真分析,得出了各影响因素与齿槽转矩峰值的曲线规律,为齿槽转矩的优化提供了更精确的理论依据。