瓦斯氛围下煤-水界面润湿特性及其影响机制

煤层注水被广泛用于煤层瓦斯治理,其治理瓦斯的效果关键在于水分对含瓦斯煤体的润湿效果,然而高瓦斯煤层中瓦斯严重干扰着水分对煤体的润湿。为弄清瓦斯氛围下水分对煤体的润湿特性,采用自研的瓦斯氛围下煤-水接触角测试装备及自开发的瓦斯氛围下水的表面张力测试软件,研究了瓦斯氛围下煤-水界面润湿参数,阐释了瓦斯氛围下煤-水界面的润湿特性,并揭示了其影响机制。研究结果表明:瓦斯氛围下随着瓦斯压力的增加,水的表面张力、煤的表面能及黏附功逐渐减小,煤-水接触角及煤-水界面能逐渐增加,水对煤的润湿效果变差;基于煤的工业分析、元素分析及微光谱图分析,建立了无烟煤的分子结构模型,分子式为C_(99)H_(54)N_(2)O_(3)S,煤分子模型的桥碳比为0.61,其与^(13)C-NMR谱图的桥碳比一致;瓦斯氛围下煤水微观润湿体系中,煤水交界面以下,水分子的相对浓度随着瓦斯压力的增大而减小;煤水交界面以上,瓦斯压力越大,水分子相对浓度峰值越大;瓦斯氛围下煤水微观润湿体系中,随着瓦斯压力的增加,水分子的吸附程度减弱,煤中瓦斯被置换的程度减小,甲烷分子的扩散系数减小,水分子分散程度增加,聚集程度减弱,水分子的扩散系数增加。

混凝土箱梁桥湿接缝受损受力特性研究

为了研究不同湿接缝连接方式对混凝土箱梁受力特性的影响,文章依托某高速公路混凝土箱梁桥,借助Midas Civil有限元软件,采用梁格法建模,模拟了混凝土箱梁桥湿接缝在偏载和中载作用下的受力情况,并分析了不同湿接缝损伤程度下的横向分布系数。结果表明:湿接缝的连接方式对箱梁横向连接状况由直接影响;横向增大系数随着湿接缝损伤程度的增大而增大,为混凝土箱梁桥湿接缝的设计和维护提供参考和借鉴。

新桥煤矿难湿润煤层注水数值模拟研究及应用

为改善新桥煤矿综采面难湿润煤层注水效果,基于多孔介质理论建立新桥煤矿综采工作面煤层注水模型,通过Fluent软件对综采工作面注水过程进行模拟研究,得到了不同注水压力下的煤体湿润半径变化规律和煤体中的水流压力分布与速度分布情况,并开展了现场煤层注水应用试验研究。数值模拟结果表明,煤体的湿润半径随着注水压力的增大而增大,注水压力为6 MPa时湿润半径达到了2.39 m,注水压力7 MPa和8 MPa时湿润半径分别为2.45、2.48 m,相比6 MPa注水压力下的湿润半径增量已不是很大;现场试验结果表明,工作面注水压力为6、7、8 MPa时,煤层湿润半径分别为2.34、2.42、2.47 m,现场注水试验结果与数值模拟结果吻合;煤层注水降尘效率测试结果表明,注水过后采煤机逆风割煤和顺风割煤状态下粉尘浓度有大幅度降低,煤层注水过后最佳降尘效率分别达到了60.09%和58.27%,取得了较好的降尘效果。

基于UDF的煤层注水渗流演化规律的数值模拟研究

为了更好地揭示煤体高压注水渗流演化规律,提高煤层注水抑尘效果;基于三轴压缩和煤矿生产实际,通过煤岩渗透性试验得到煤岩变形与孔隙水压匹配关系;利用用户自定义函数UDF模块将其编译到Fluent中对钻孔注水过程中的流体压力场、速度场及水量分布情况进行模拟,分析不同注水压力下钻孔径向周围煤体内润湿范围以及渗流速度等因素。结果表明:渗流场压力随着孔隙水压的增大而增大,压力变化率随着时间段的增长逐渐降低并趋至稳定,渗流场速度变化展现出相似的变化规律;随着孔隙水压的不断增大,煤体孔隙率随之增大,煤体内部含水率逐渐升高,分布范围从钻孔周围逐渐向两侧扩大,煤层钻孔周围的润湿过程是一个快速增长后缓慢降低达到稳定的状态。

表面活性剂对无烟煤润湿性的影响实验研究

煤的润湿性对煤层注水及防尘有重要意义。为研究表面活性剂对煤尘表面润湿性的影响机理,以贵州矿区无烟煤为研究对象开展煤尘沉降实验,优选润湿实验煤样效果最佳的表面活性剂溶液,借助红外光谱实验及Zeta电位测定实验,探索表面活性剂作用下煤表面润湿性的变化规律。研究结果表明:实验所用4种表面活性剂均能大幅度提高煤尘润湿性;其中,质量分数为1%的APG润湿煤尘的效果最佳;改性后,实验煤样亲水基团和疏水基团均增加,但亲水基团增量明显大于疏水基团,说明表面活性剂改性对亲水基团的影响更显著,有利于提高煤尘表面的亲水性;改性后,实验煤样表面负电性增强约7.68倍,引起双电层中剪切面滑向液面,同时强化含氧官能团与水分子之间的偶极作用力,导致水化层增厚,煤样表面润湿性得以改善。

添加湿润剂煤层注水降尘效果的试验研究

针对国内部分煤矿煤的亲水性差导致注水降尘效果差的问题,以淮北芦岭煤矿Ⅱ1084风巷掘进工作面为试验工作面,进行添加湿润剂的分段式封孔注水实验。通过实验室煤的亲水性实验、湿润剂配比实验、现场注水试验,得到该矿煤为不亲水,注水最佳添加湿润剂添加比例为0.6%,注水压力为10 MPa,注水湿润半径为1.5 m,在此条件下,对掘进机司机位置处的降尘效果考察,得到总粉尘降尘效率达到61.7%。进行粒度分析,得到粒径为:<2μm、2~5μm、5~10μm、>10μm、<7.07μm、>7.07μm的降尘效率分别为54%、58.2%、60.1%、62.2%、56.3%、62%。

两性离子表面活性剂对煤层注水渗流润湿协同效应的研究

煤层注水技术是防治冲击地压、粉尘以及火灾等众多矿井灾害的重要手段之一,煤层注水过程可以概括成渗流阶段、渗流与润湿协同阶段以及润湿阶段。针对煤层注水渗流阶段,利用三轴渗流实验装置,以达西定律为理论基础,研究了不同表面活性剂溶液(十二烷基硫酸钠和复合型表面活性剂)表面张力及其对裂隙煤体渗流特性的变化规律,对比分析了不同表面活性剂溶液在煤体中渗透系数的变化特征,探讨了复合型表面活性剂对破裂煤体注水的影响规律以及不同表面活性剂对裂隙煤体的润湿协同效应。实验结果表明:十二烷基硫酸钠能够降低液体表面张力,将渗流系数从3.73×10^(-4)提高到5.6×10^(-4),能够有效地促进煤层注水润湿效果;十二烷基硫酸钠与煤体之间的吸附性,增大了渗流溶液在煤体裂隙表面的张力,降低了煤体的注水润湿效果,最终阻碍了渗流润湿过程;通过加入其他原料配置的非离子-阴离子复合表面活性剂能够有效减小吸附性,并有效增强渗流效果,明显提高注水渗流润湿效率,验证了两性离子表面活性剂对煤层注水具有显著的协同效应。

杉木锯屑基高吸水抑尘材料制备及效果分析

煤矿生产及运输过程中存在大量煤炭残渣和粉尘,对作业环境和当地居民造成极大影响,为提高抑尘剂的抑尘效率,改善作业空间及周边环境,笔者遵循废物利用原则,实现了废物再利用。提出了以杉木锯屑为原材料,经过NaOH、Na_(2)SO_(3)等溶液处理后获得脱木素木粉(DWF),通过微波辅助-原位合成的手段,制备了一种新型绿色高吸水抑尘剂(AA-DWF-PAM/GD)。试验结果表明:借助SEM、FTIR、TG-DTG及溶胀动力学试验手段,对AA-SW-PAM/GD的微观形貌、反应机理、热稳定性及吸水性能进行研究,发现该抑尘剂呈现网状空间结构且稳定性较高,DWF与丙烯酸(AA)和聚丙烯酰胺(PAM)反应良好,在73℃之前不会发生任何活性破坏,且最高吸水倍率为325倍,在NaCl、MgCl_(2)、CaCl_(2)三种盐溶液溶度为1%时,最高吸盐水倍率为100左右。在AA-DWFPAM/GD与煤尘性能测试中发现,当风速14 m/s时抑尘率在90%左右;抑尘材料与煤混合后的燃烧后,热释放速率提高了4.53 kW/m^(2),燃烧时间延长了15 s左右,在喷洒使用后不会对煤的热值产生负面影响。分子动力学模拟(MS)结果表明抑尘剂主要作用于煤-水界面处,煤-水界面吸附层的厚度增大至28×10^(-6)mm (13×10^(-6)~41×10^(-6)mm),促进了水分子在煤表面的扩散,吸引水分子向煤层方向迁移,添加AA-DWF-PAM/GD后水分子的自扩散系数(D)增加了4.3×10^(-9)m^(2)/s,提高了煤层表面的润湿性。总的来说,该抑尘剂具有成本低、绿色环保、抑尘性能强的优势,有望使其在煤矿现场大规模应用推广。

煤层复配润湿剂研制及降尘效果

为提高煤层注水的抑尘效果,通过表面活性剂复配的方法研制复配润湿剂作为注水添加剂,对煤层湿润能力和降尘效果进行研究。首先开展单因素试验,通过表面张力、接触角试验,从9种表面活性剂中筛选出3种具有良好润湿性的表面活性剂,然后选择临界胶束浓度(CMC)作为复配溶液的浓度,将优选的3种表面活性剂与2种无机盐进行复配,利用荧光分子探针试验选出新型复配润湿剂最佳配比为0.1 wt%快渗T+0.1 wt%LAO-30+0.13 wt%MgCl_(2)。最后,通过煤尘沉降和低场核磁共振试验研究复配润湿剂的作用机理,分析复配润湿剂作用前后煤体孔隙结构差异性,明确微孔和中孔的水润湿率是影响润湿效果的关键因素。现场试验验证新型复配润湿剂能够有效改善注水除尘效果,添加新型复配润湿剂的注水煤层平均水分增量达到3.32%左右,全尘和呼吸性粉尘降尘率分别由71.6%和80.1%提升至95.2%和97.3%,对余吾煤业1105综采工作面降尘效果显著。

煤层注水中湿润剂添加对煤体破碎产尘影响规律研究

为探明煤层注水防尘中添加湿润剂的作用效果,对3种不同性质的煤样进行了湿润剂和清水浸泡产尘能力测试。结果表明:不同煤质其最佳匹配湿润剂差异明显;为了分析不同湿润剂对煤样润湿及产尘能力的影响程度,构建了吸水率提升百分比Δγ、产尘能力提升百分比ΔP和ΔP与Δγ相关系数c,并通过分析得到了3种煤样的最佳适配湿润剂,以及煤样产尘能力并非与含水率之间呈现线性相关的规律;通过湿润剂添加浓度对煤样产尘能力的影响规律分析得到,针对特定煤质存在一个最佳湿润剂最佳添加浓度,超过该浓度湿润剂浓度升高对煤样产尘能力影响变得不显著,并且湿润剂最佳添加浓度主要受煤样性质影响。

低渗煤层高压脉冲湿润剂注水防尘技术研究

为提高低孔隙率难注水煤层注水效果,以新元矿井31002工作面为研究对象,开展综采工作面高压脉冲注水和湿润剂防尘注水共同作用效果研究。通过实验对比不同类型及质量浓度湿润剂的表面张力和湿润角,选取最佳湿润剂类型及配比,在此基础上进行综采工作面煤层注水,分析脉冲注水前后采煤机割煤上、下部煤处粉尘质量浓度及煤层含水率的变化。结果表明:添加湿润剂进行脉冲注水后综采工作面降尘率在62%~70%之间,相较于传统注水方式降尘率提高35%以上;煤体平均水分的质量分数为3.12%,平均水分质量分数增量为1.87%。

煤层注水过程分析和煤体润湿机理研究

分析了煤层注水过程中水在煤体中的运动动力和过程 ,用界面化学理论分析了煤体表面的润湿过程 ,得出了煤体能够自行润湿的条件 ,即润湿过程的润湿功必须为正 ,同时得出了各种润湿过程的判断依据。根据上述理论分析 ,阐明了煤层注水降尘的润湿机理 。

煤层注水中添加湿润剂的研究

煤层注水预湿是采煤工作面防尘的治本措施，添加湿润剂是改善煤层注水效果的重要途径。本文对煤层注水添加湿润剂的作用、效果、最佳浓度、对浮选的影响及湿润剂选择等问题进行了探讨，得出了相应的结论。

薄板电弧钎焊钎缝形成及界面现象

以不同的钎料及MIG/TIG电弧加热方式对几种母材进行了电弧钎焊初步试验 ,结果表明 ,CuSi3和CuMnZn钎料在电弧加热下能润湿铺展形成钎缝 ;在电弧钎焊条件下 ,钎料中的Si和Mn元素易在钎缝—基体金属界面偏析和富集 ,经XRD分析Si是以Fe2 Si相形式存在 ,而Mn是以固溶体形式存在。

千秋煤矿煤样浸水软化实验及其防冲效果分析

为提高千秋煤矿2#煤层注水防冲效果,对煤样进行浸水软化试验以确定煤层超前注水的最佳时间,并对煤样浸水前后的冲击性能进行分析。实验结果表明,煤样浸水周期为14 d时软化效果最佳,且煤样冲击能量指数比浸水前明显减小。

应用渗透棒提高煤层注水效果分析及试验研究

为改善煤层注水效果,降低粉尘对矿工及设备的危害,开展渗透棒注水煤体润湿效果分析及试验研究。通过建立煤层注水力学模型,运用驱替理论推导注水过程水气动界面的运动特征及润湿半径与注水时间、注水压力和渗透率的关系式;设计普通注水与渗透棒注水对比试验,分析渗透棒注水对煤体润湿效果的影响。试验结果表明:与普通注水润湿半径为6~8 m相比,渗透棒注水润湿半径为20 m以上,是普通注水润湿半径的2~3倍;渗透棒注水能够大幅增大煤体润湿范围、减少工作面钻孔数量、降低注水成本。

煤层注水中添加表面活性剂的研究

煤层注水是降低矿井粉尘浓度的有效措施之一。通过试验,分别测定了开滦集团荆各庄矿9煤层、唐山矿9煤层煤样与纯水的接触角,再根据所选表面活性剂不同浓度的溶液和接触角的关系,得到使接触角为0°的最低浓度。在此基础上通过对比2个煤层煤样在所选的最佳表面活性剂溶液和纯水中的吸湿增长率,得到了适合2个煤层的最佳表面活性剂及其浓度,从而为这2个矿的煤层注水提供了科学依据。

综放工作面注水降尘技术

赵庄二号井开采的3#煤层为厚煤层,选用的是综采放顶煤采煤方法,生产过程中粉尘浓度较大,传统的喷雾降尘方法不能够满足现场降尘的需要。为了进一步降低工作面粉尘浓度,改善工作面劳动环境,为创建安全、高效型矿井提供良好的生产条件,文中针对3#煤层孔隙率小、渗透性低、润湿性差等特征,采用混合注水方式进行煤层注水降尘技术分析研究及现场试验。分别从钻孔布置方式、注水封孔工艺、注水工艺及参数和降尘效果等方面进行了阐述,分析了煤层注水对工作面超前支承压力的影响变化,并提出了添加烷基酚聚氧乙烯醚TX-10表面活性剂改善煤体润湿性,增强了煤层注水润湿效果。结果表明,实施注水工艺技术后,煤层水分平均增量为1.61%,全尘平均降尘率达58.71%,呼尘平均降尘率为57.34%,大幅度降低了工作面粉尘浓度;添加润湿剂后,增加了钻孔注水量,缩短了注水时间,扩大了润湿范围,改善了注水效果。实践证明,该套注水降尘工艺用于综放工作面降尘是切实可行的。

新型煤层注水系统及现场试验效果分析

为了针对难注水煤层进行有效注水,设计出了一种新型的煤层注水系统。该系统可以自身激发产生高压脉动波,从而改善煤体的通透性,增进煤体的润湿效果。现场试验显示,使用该系统进行注水,煤体的水分增量大约是静压注水的5.2倍,作用效果明显。与此同时,在煤体开采时产生的粉尘量也大大减少,其中割煤处的粉尘量减少最多,测试点的降尘率均在50%~70%,转载点处的降尘率最大,有效地改善了井下开采工作面的条件。

旋转电弧水下药芯焊丝电弧焊的智能化焊接系统

论述了基于旋转电弧传感的湿法水下电弧焊V形坡口焊缝跟踪技术。搭建了基于旋转电弧传感器的水下焊缝自动跟踪试验系统的硬件平台,确定了浅水水下湿法药芯焊丝焊接(FCAW))的工艺参数。利用焊接电流区间积分差值法进行焊枪水平偏差和竖直偏差的判别,通过数字信号处理来提高信号的稳定性、可靠性和一致性;通过理论和试验数据的分析,得到了水平和竖直方向的偏差判别方法;设计了模糊控制器和复合PID控制器,通过不同条件下的试验证明了以上工作的有效性。