基于高等院校实验教学的大学生创新思维的培养

实验教学是高校大学生培养的重要方式之一。本文基于实际,分析了当前传统实验教学在学生创新思维培养中存在的一些问题。根据自身的教学经验和调研,重点分析了如何通过高校实验教学平台,在实验教学中培养出具有创新思维的新型人才,对高校实现创新型人才培养的目标具有参考价值。

贵州六盘水矿区煤岩孔隙发育程度及渗透率演化规律研究

为探究煤岩孔隙结构与渗透特性的内在关系,以贵州六盘水3个矿区煤岩为研究对象,利用ASAP2020型比表面微孔分析仪和自主研制的含瓦斯煤三轴渗流装置,研究了其内部孔隙发育情况,并进行了不同孔隙压力下的三轴渗流试验。采用FHH表面分形计算分形维数,建立考虑分形维数的渗透率模型,通过试验结果与模型对比验证其合理性。结果表明:1)煤岩的吸附等温线具有Ⅳ型等温吸附线的特征,四角田煤矿7#煤层微孔到大孔均发育较好,松河煤矿3#煤层存在大量的"墨水瓶"形微孔,木冲沟煤矿8#煤层微孔和中孔较为发育;2)煤样FHH分形维数介于2.4~2.8,与孔容、平均孔径和孔隙率均呈负相关关系,煤岩孔体积变化在20~40 nm阶段最为明显,累计孔隙容积迅速增加,煤层具有大量的微孔和过渡孔,孔隙发育良好;3)煤岩渗透率均随孔隙压力升高而降低,四角田煤矿7#煤岩渗透率最大;4)模型曲线与试验值吻合度较高,能很好地反映孔隙压力与渗透率的变化关系。

结合《安全系统工程》课程浅谈培养应用型人才的教学方法

针对目前我校《安全系统工程》这一课程的教学方法情况进行了调查研究和分析,提出了在教学过程中出现的不足之处,并简要地分析了问题产生的原因。重点提出了培养应用型技术人才的具体方法:一是利用现代化的教学设备,激发学生的主观能动性;二是整理具有代表性的综合案例,进行师生交流互动讨论;三是“间歇式”组织学生进入企业进行实践学习;四是课程考核的题目应该选取开放性试题。并根据该方法对本课程进行了全方位的改进,最后对改进后的效果进行了调查反馈,效果显著。

力热耦合作用下煤岩吸附及渗透特性的试验研究

利用等温吸附试验仪器与含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流装置,为模拟深部煤层瓦斯开采过程,分别进行不同温度下等温吸附试验与孔隙压力升高的渗流试验,建立考虑过剩吸附量修正的吸附模型并修正吸附膨胀模型,探究力热耦合作用下煤岩吸附与渗流变化规律。结果表明:瓦斯吸附量在不同温度下随瓦斯压力升高均呈增大趋势,随温度升高吸附量逐渐降低。在高压下需考虑过剩吸附量造成的误差,修正的Langmuir模型比原模型计算结果精度更高;建立了考虑温度与过剩吸附量修正的吸附变形模型与吸附膨胀模型,煤岩吸附应变随孔隙压力升高而减小,且温度越高应变变化量越小。随孔隙压力升高,煤岩渗透率及吸附膨胀与滑脱效应导致的渗透率变化量均呈下降的趋势,且随温度升高3者逐渐增加;吸附膨胀是引起煤岩渗透率减小的主要因素,吸附膨胀与滑脱效应对渗透率的贡献率随孔隙压力升高逐渐下降,其贡献率均随温度升高逐渐增加。

考虑含水率影响的煤岩变形及渗透率模型

煤矿开采深度不断增加,煤层瓦斯含量升高导致动力灾害逐渐增多,给煤矿安全开采带来严峻考验。对于瓦斯在煤层中流动的研究一直以来都备受关注,其中渗透率正是影响煤层中瓦斯流动的关键参数之一。因此,为准确模拟开采环境变化导致的煤岩变形及渗透特性变化,利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流装置,开展不同含水条件下孔隙压力升高过程中煤岩渗透特性的试验研究,建立考虑含水率的吸附方程和吸附-渗透率模型,探讨含水率和孔隙压力共同作用对煤岩变形及渗透特性的影响。研究结果表明:①孔隙压力升高过程中,径向应变及轴向应变随孔隙压力的升高均呈降低趋势,瓦斯流量的变化呈上升趋势,煤基质由于吸附瓦斯产生膨胀变形,体积应变逐渐减小。②当含水率恒定时,随着孔隙压力的升高,瓦斯吸附量随孔隙压力增大先增大而后趋于平缓,产生的吸附变形的变化趋势与其相同;当孔隙压力恒定时,煤岩的吸附量和吸附变形均随着含水率的增大而减小。③在恒定含水率条件下,煤岩渗透率曲线随孔隙压力的升高先减小后趋于平缓;而在相同的孔隙压力条件下,随含水率的增加,煤岩渗透率整体逐渐减小,而且含水率越大孔隙压力对渗透率的影响越弱,水分子对渗透率的影响越强。④构建了考虑含水率的吸附量计算方程,并在此基础上进一步构建考虑含水率煤岩吸附-渗透率模型,其中所计算的渗透率值与试验所测结果基本一致,反映了煤岩渗透率变化规律。

考虑温度作用下煤岩渗透特性及吸附膨胀的试验研究

利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流装置,为模拟采深增加导致的渗透特性变化,开展不同温度下孔隙压力升高过程中煤岩渗透特性的试验研究,建立考虑温度作用的吸附膨胀模型,探讨温度和孔隙压力综合作用对煤岩吸附膨胀效应的影响。结果表明:随孔隙压力升高,轴向应变在较低温度下(30,40℃)逐渐下降,在较高温度下(50,60℃)逐渐上升,在各个温度下径向应变、体积应变逐渐降低;随孔隙压力升高,煤岩渗透率先减小后略有增高,不同温度下通入氦气与甲烷气体的煤岩渗透率变化趋势相同且前者渗透率大于后者;随温度升高滑脱效应导致的渗透率变化量(Δkb)逐渐增大,煤岩吸附膨胀导致的渗透率变化量(Δks)随孔隙压力升高先急剧下降后趋于平缓,且随温度升高变化量逐渐增大;在相同孔隙压力下,考虑温度作用吸附膨胀引起的渗透率变化量均高于不考虑温度作用的变化量,且前者总减小量要大于不考虑温度时总减小量。

考虑温度、孔隙压力影响的煤岩渗透性演化机制分析

为探究煤层气抽采过程中温度与孔隙压力对煤岩渗透特性变化的影响,以贵州黔北煤田原煤为研究对象,利用自主研发的出口端正压三轴渗流装置,通过控制进出口气体压力分别设定3个不同压差条件,开展不同温度下改变孔隙压力的渗流试验。在当前典型的S&D模型基础上结合温度引起的吸附变形、热膨胀和滑脱效应的作用,新建考虑温度和恒定外应力条件下的渗透率模型。通过试验与模型对比验证其合理性,并对有无考虑滑脱效应的渗透率计算值进行了定量分析。结果表明:①渗流试验过程中,煤岩渗透率随孔隙压力升高而降低,其渗透率下降量受温度升高影响呈现降低趋势;孔隙压力升高,煤岩渗透率受温度影响的敏感程度逐渐降低。②在试验的各孔隙压力点下,温度升高使得煤岩渗透率降低;在各温度状态下,煤岩渗透率随压差增大呈现降低趋势。③经定量分析后发现修正模型较其他两个模型更加符合试验结果,且修正模型的滑脱因子随温度升高而增大,从理论方面验证了模型的合理性。④考虑滑脱效应的煤岩渗透率曲线比不考虑滑脱效应的渗透率曲线更加符合试验结果。在不同温度条件下,前者的渗透率计算值大于后者的计算值。随孔隙压力升高,滑脱效应引起的渗透率变化量逐渐降低。

三轴应力下煤岩损伤-能量演化特征研究

为有效预防煤岩动力灾害,利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流试验装置对煤岩进行三轴压缩试验,研究三轴应力下煤岩的变形破坏特征及损伤过程中的能量演化机制;建立煤岩损伤本构模型;构建损伤-能量耦合数学表达式。结果表明:不同围压下煤岩偏应力-应变曲线的变化趋势基本一致;煤岩在变形破坏过程中,能量转换形式随变形破坏规律呈现阶段性变化;围压对煤岩的能耗特征有较大的影响,煤岩吸收的总能量、弹性能、耗散能的增长速率均随围压的增大而增大,且在峰值偏应力点处,随着围压的增大,临界破坏点总能量、储能极限、临界破坏点耗散能线性增大;能量耗散是造成煤岩内部结构产生损伤的主要原因,耗散能随损伤变量的增大总体上呈S型变化。

孔隙压力对煤岩渗透率影响的试验研究

为探索孔隙压力对煤岩渗透特性的影响和瓦斯运移规律,以贵州六盘水矿区的煤样为研究对象,利用自带能量扩散X射线(EDX)扫描电镜(SEM)、比表面微孔分析仪,分析煤岩的孔隙特征,同时利用自主加工的三轴渗流装置,进行不同压差下孔隙压力变化的渗流试验研究。结果表明,煤岩孔隙特征、氮气吸附量与孔裂隙发育程度成正相关关系,且与孔径的孔连通率有关。压差一定时,随着孔隙压力增加,煤岩渗透率下降,呈指数函数规律;压差小时,煤岩渗透率的减小率随孔隙压力的增大而减小。煤岩渗透率随试件两端压差的增大呈指数函数减小。

温度作用下考虑过剩吸附的煤岩吸附模型

为研究深部开采下煤岩吸附特性,利用等温吸附试验仪器开展不同温度下等温吸附试验,基于吸附热理论建立温度作用下考虑过剩吸附的煤岩吸附模型(改进的L—F模型),通过试验结果与模型预测结果对比验证其有效性。试验结果显示:煤岩吸附瓦斯属于物理吸附,且为放热反应,随瓦斯吸附量增加,煤岩等量吸附热逐渐下降;随瓦斯压力升高,在较低压力段中煤岩瓦斯过剩吸附量呈先快速增加后逐渐平缓的趋势,在较高压力段中过剩吸附量呈先增加后逐渐减小的趋势,随温度升高煤岩瓦斯吸附量逐渐减小。结果表明:相比常规模型(L、双L模型),改进的L—F模型对试验数据拟合效果较好,且能更好地预测不同温度下煤岩瓦斯吸附量。

考虑水分影响的煤岩渗透率模型及演化规律

在开采环境的不断变化过程中,煤岩通常处于气-水共存的状态。为了探究水分与煤岩渗透率之间的反应机制,利用等温吸附装置和含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流装置,分别进行不同含水条件下的等温吸附试验和孔隙压力升高的渗流试验。基于水膜与孔裂隙表面的相互作用及水膜之间分离压的影响,并且考虑压缩变形及滑脱效应对煤岩渗流的贡献率,构建考虑水分影响的渗透率模型,进而分析不同含水条件下煤岩吸附与渗流变化规律。研究结果表明:①在不同含水条件下,煤岩瓦斯吸附量随孔隙压力增大而增大,而随含水率增大,瓦斯吸附量呈减小趋势。同时,吸附变形随着煤岩的吸附作用而变化。②煤岩中的水分易在孔裂隙表面形成吸附性水膜占据气体渗流的通道,并且气态和液态水分子会制约瓦斯流动,因而瓦斯流量随含水率增大而减小。当煤岩含水率恒定时,渗透率随孔隙压先增大后减小趋于平缓;恒定孔隙压力条件下,渗透率随含水率增大显著减小。③考虑压缩变形、吸附变形、水分和孔裂隙间水膜对裂隙宽度的影响,构建了考虑瓦斯和水分耦合作用的渗透率模型,而且煤岩渗透率计算值与实测数据基本保持一致,可以较好的表征含水煤岩的渗透率变化规律。

考虑温度效应的煤岩损伤本构模型及参数分析

为模拟高地温环境下煤岩损伤演化过程,利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流试验装置,开展不同温度下煤岩三轴压缩试验研究。同时基于Mohr-Coulomb破坏准则,引入损伤修正系数,建立了考虑温度效应的煤岩损伤本构模型,并结合试验结果,研究不同Weibull分布参数和损伤修正系数对本构模型的影响规律。结果表明:1)不同温度下煤岩变形规律基本一致,煤岩三轴抗压强度和峰值应变随温度的升高而降低,在相同偏应力下,径向膨胀变形随温度升高而增大;2)所建损伤本构模型可以较好地表征不同温度下煤岩全应力应变过程中的变形特征;3)Weibull分布参数m0、F0和损伤修正系数q共同决定了损伤本构模型的曲线形状,F0和q分别反映了煤岩的峰值强度和残余强度特征,m0同时反映了煤岩的峰值强度和脆性特征。

力热耦合作用下煤岩损伤的能量特征

为有效预防煤岩动力灾害发生,利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流试验装置,开展不同温度下三轴压缩试验。基于统计损伤力学理论,得到温度荷载下煤岩的整体损伤演化方程,推导煤岩变形破坏过程中的能量数学表达式,并通过引入耗散能系数,提出力热耦合下煤岩破坏点的确定方法。研究结果表明:不同温度下煤岩变形破坏过程的阶段特征基本相似,对应煤岩不同的变形破坏阶段,能量演化特征呈现阶段性变化;总能量的分配在变形破坏过程中基本不受温度的影响,不同温度下弹性能占比和耗散能占比的演化规律具有较大的相似性;能量的耗散是造成煤岩内部结构产生损伤的主要原因,伴随着能量不断耗散煤岩的整体损伤变量总体上呈幂函数增长。

考虑水分影响的煤层气吸附及渗透机理

为定量分析水分含量和孔隙压力变化对煤层气渗流特征的影响,采用ASAP2020型比表面微孔分析仪进行低温液氮吸附试验,并通过等温吸附装置和三轴伺服渗流装置进行不同含水率条件下的煤岩吸附和渗流试验。在此基础上,建立考虑煤岩水分含量影响的吸附模型和煤层气渗透率模型,采用试验数据验证其合理性。结果表明:在液氮吸附试验中,当相对压力较小时,煤岩吸附作用主要依靠范德华力;当相对压力较大时,其吸附作用则主要为毛细凝聚。在相对压力变化过程中,氮吸附量随相对压力的增大呈增大趋势,同时在相对压力较小时液氮脱附曲线与吸附曲线重合,且存在显著的吸附滞后现象。当煤岩中水分含量相同时,煤层气吸附量随孔隙压力的增大先增大后趋向于平缓,而当孔隙压力恒定时,煤层气吸附量随水分含量的增大呈减小趋势。在吸附作用的影响下,煤岩表面吸附变形量与煤层气吸附量的变化趋势一致。在水分与吸附作用综合作用下,煤岩渗透率随孔隙压力的增大呈先减小后趋于平缓的趋势。当孔隙压力恒定时,煤岩渗透率随水分含量的增大显著减小。基于吸附理论,建立考虑水分影响的煤岩吸附模型及吸附变形表达式。综合考虑水膜及其分离压的影响,进一步构建考虑煤层气吸附-水分耦合作用的煤岩渗透率模型。模型计算值与试验数据具有一致性,可较好地表征煤岩在不同含水量条件下的渗流规律。

考虑支撑剂嵌入作用的煤岩渗透率模型

为研究煤层气抽采过程中支撑剂和应力耦合作用下的渗透率演化机制,利用吸附理论建立煤岩吸附变形方程,进一步构建考虑支撑剂和应力影响的渗透率模型,并通过试验数据验证其合理性。结果表明:煤岩吸附量与孔隙压力呈正相关的关系,其吸附变形也具有相同变化趋势;嵌入支撑剂的煤岩渗透率远大于常规储层,其中单层砂的增透效果最佳;随有效应力增大,煤岩渗透率呈指数函数形式减小;随孔隙压力的增大,煤岩渗透率呈先减小后趋于平缓的趋势;利用改进的理论模型拟合曲线,其中实测值与模型计算值基本吻合。

煤渗透特性及其气体压力敏感性试验研究

为探索煤中孔隙流体压力的变化导致渗透率的改变,引发煤渗透率压力敏感性现象,利用自主研发的出口端压力可调的三轴渗流装置,对贵州3个矿区的煤开展不同吸附性气体与不同气体压力下煤的敏感性试验研究。研究结果表明:在较低气压范围内(0~0.6 MPa),随气体压力的增加,煤渗透率下降明显,当气体压力继续上升煤的吸附作用逐渐趋于平衡,煤体骨架的吸附膨胀变形也越来越小,渗透率的下降速率逐渐减少并趋于平缓。在气体压力小于1.0 MPa时,煤渗透率损害率Dp变化较大,且随气体压力增加快速增大,表现出较强的压力敏感性。不同吸附性气体条件下,气体压力指数关系敏感系数Cp均随气体压力的增加而逐渐减小,煤渗透率对气体压力的敏感性降低。对于同一煤,在相同的条件下,CH4的气体压力乘幂关系敏感系数Sp的值最小,煤对气压的敏感性越差。乘幂关系的气体压力敏感系数Sp与渗透率损害率Dp有很好的线性相关性。

力热耦合作用下煤岩损伤演化规律及渗透率模型研究

为探究深部煤体开挖中的损伤演化规律和瓦斯渗流特性,利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流试验装置和HCA型高压容量法吸附装置,分别开展了不同温度下煤岩三轴渗流试验和等温吸附试验,建立了力热耦合条件下煤岩损伤本构模型及考虑热损伤和吸附效应的煤岩渗透率模型。结果表明:1)煤岩变形可分为压密、线弹性、屈服和破坏后阶段,煤岩峰值强度随温度升高而降低,其峰后渗透率随温度升高而增大;2)煤岩损伤分为热损伤和力损伤,热损伤DT随温度升高而增大,建立的煤岩损伤本构模型能精确匹配不同温度下的全应力-应变曲线;3)基于分段和对称函数的数学思想,提出了修正因子L的概念,建立了考虑热损伤及吸附效应的渗透率模型,试验验证了其合理性,可表征不同温度下的渗透率演化特征。

考虑各向异性影响的煤层吸附及渗透机制研究

为探究煤层各向异性渗流机制,分析其吸附特性,建立吸附模型并计算吸附变形量,进而量化吸附作用对渗透率的贡献情况。在此基础上分析煤层各向异性渗流特性,进一步构建应力和滑脱效应耦合作用的各向异性渗透率模型,并通过试验数据验证其适用性。结果表明:煤层瓦斯吸附过程受吸附变形和外应力的影响,且不同方向的瓦斯吸附量存在差异;在孔隙压力增大过程中,各方向瓦斯吸附量曲线先增大后趋于平缓;在有效应力、孔隙压力和滑脱效应的综合作用下,煤层各方向的渗透率均先减小后趋于平缓。考虑应力和滑脱效应耦合作用下煤层各向异性渗透率模型计算曲线与试验值吻合度较高,验证了模型的适用性。

团队式教学在本科毕业论文指导中的实践与思考

工科类专业本科毕业论文由于教学时间短、学生的学术研究能力较弱等因素影响,教学效果不理想。文章以贵州大学矿物加工工程专业2013届、2014届和2015届等三届本科毕业生论文指导经验为基础,介绍了"团队式"教学方法在毕业论文指导工作中的实践经验。由导师、在读研究生和本科毕业生组成的互动教学团队,通过习惯养成、严格要求、针对性辅导和定期交流探讨,可以有效培养学生良好的研究思维,提高解决复杂技术问题的能力,帮助学生通过对本科专业知识的综合运用,最终完成高质量的本科毕业论文、通过毕业答辩。

黔北地区页岩孔隙结构特征及水渗流演化规律研究

为探究页岩孔隙结构特征以及水渗流演化规律,以黔北地区牛蹄塘组页岩为研究对象,首先采用低温液氮吸附试验以及高压压汞试验分析页岩内部微观孔隙结构特征,然后在恒定围压、轴压条件下利用三轴渗流装置进行了不同有效应力条件下的三轴渗流试验,探讨页岩有效应力与渗透率之间的关系,建立了考虑孔隙结构和压缩特性联动影响的页岩渗透率模型,并通过与初始渗透率受应力状态下的页岩渗透率模型对比分析验证其合理性。结果表明:黔北地区牛蹄塘组页岩是一个从微孔到大孔的连续分布体系,5种页岩的吸附-脱附等温曲线其类型与IUPAC分类中的Ⅳ型最为接近而且进汞-退汞曲线形态近似,大孔的类型以一端封闭的不透气孔为主,中孔则以两端开放的毛细孔等开放型孔为主,微孔主要以细颈广体孔和墨水瓶孔为主;页岩孔径分布复杂,含有大量的微孔和中孔,其中微孔和中孔提供了大部分孔比表面积,而大孔则是孔体积的主要贡献者;在相同围压、轴压条件下,页岩渗透率随着有效应力的增大呈逐渐减小的趋势,且渗透率和有效应力呈指数函数关系;考虑孔隙结构和压缩特性联动影响的页岩渗透率模型计算曲线与渗透率试验所测的数据基本吻合,且能很好反映恒定围压、轴压条件下有效应力与渗透率之间的变化关系。