富钴结壳振动剥离破碎的实验研究

在自行设计制造的矿岩振动剥离破碎试验台上,引入振动加载环节,对钴结壳的剥离破碎关键技术进行实验研究,并对模拟钻结壳在有、无振动加载2种情况下的剥离破碎进行正交对比实验.研究结果表明,通过正交对比实验发现振动加载降低了钴结壳的破碎"能耗",获得主要振动参数影响钴结壳剥离破碎的规律,得到实验螺旋滚筒振动剥离破碎钴结壳的一组最优加载参数中偏心块加载,刀具安装角度为45°,振动频率为50 Hz,平台移动速度为0.6 m/min,滚筒转速为25 r/min;施加合适的振动载荷,螺旋滚筒切削破碎时的平均驱动油压下降22.9%,振动剥离破碎能有效地降低螺旋滚筒切削能耗.     

富钴结壳采集头切削特性相似实验研究

螺旋切削式采集头的结构参数和工作参数,尤其是切削深度,直接影响到采集头的力学特性和切削产物的粒度分布规律.通过建立的相似试验台进行了一系列的试验,研究了不同切削深度对截齿截割力、采集头扭矩、功率、比能耗、波动性及粒度分布的影响.相似试验结果表明,当切削深度在30 mm以内时,截齿平均力为160～300 N、采集头平均力矩为400～1100 N·m;比能耗为3～9 kWh/t;截齿力的波动系数为3～4.5、力矩的波动系数0.6～1.2;钴结壳模拟料破碎粒度的粒径都小于50 mm,证明现有结构的模型采集头能够满足钴结壳开采的需要.图7,参9.     

螺旋切削式采矿头破碎钴结壳粒度分布规律实验研究

钴结壳破碎块度是衡量螺旋滚筒式采矿头破碎效果的重要指标，也是集矿和扬矿系统的设计依据．对常用的4种矿岩破碎粒度分布公式进行了分析，利用线性回归按4种分布公式对实验数据进行拟合，得出分形分布能更准确地描述钴结壳破碎块度分布特征，分维数能定量描述富钴结壳破碎的块度组成，图2，表2，参10．     

富钴结壳采集头工作参数优化设计

在6km水下采集富钴结壳，其能耗是一个突出的问题．以采集头的行走速度、滚筒切割速度、切削深度及截齿的截线距为设计变量，以采集头最小切削能耗为目标，建立了采集头工作参数优化设计模型．设计模糊控制器嵌入到遗传算法中控制交叉率、变异率的自动调整，利用模糊遗传算法对模型进行优化，得到最优切削深度、截齿的截线距、采矿车行走速度、采集头切割速度及最小功率分别为3．0993cm、5．5979cm.0.2889m／s、0，3535m／s和149．6229kW．水池试验证明优化结果令人满意，图6，表2，参8     

富钴结壳模拟材料的研制

富钴结壳模拟材料是研究钴结壳采集模型机的关键,将用它评估钴结壳采矿头的剥矿性能.文章简述了模拟材料研制的现状,及富钴结壳特有的微观结构形态,提出了钴结壳模拟材料制作的基本原理.     

水射流切削钴结壳性能研究

建立了水射流系统的动力学模型,通过仿真研究获取了水射流系统参数与水射流切削性能的作用规律．仿真结果表明：水射流的有效作业距离为水射流的等速区长度;水射流的工作压力越高,水射流的出口速度越大;喷嘴的轴向射流速度变化与围压无关．开展了水射流切削钴结壳模拟料性能实验研究．实验结果表明：水射流切削钴结壳模拟料时存在一个门槛压力...     

富钴结壳成因探讨

富钴结壳（Cobalt-ch ferromanganese crusts）是继多金属结核、锰结核之后被人类发现的又一深海矿产资源，由于其所处深度比锰结核浅，并且战略金属钴的含量较高，因此成为当前国际的研究热点。本文主要从矿物岩石学、地球化学、同位素、生物地层学等方面对成因问题进行了分析。     

基于单轴压缩CT实验的混凝土破损细观机理研究

采用分区描述理论,把混凝土CT图像分为安全区、损伤进行区和破损区进行研究。在对分区结果进行量化描述的基础上,实现对损伤演化细观规律和机理的研究,用以揭示损伤分布的不均匀性、损伤出现和发展的阶段性和突发性,从机理上解释了损伤门槛值的存在,并确定了该值。     

水射流辅助刀具切削钴结壳

为了减小钴结壳切削过程中产生的冲击载荷,提高集矿机的行走安全性,提出了水射流辅助刀具切削钴结壳的切削方法.分析了单个截齿切削钴结壳时的受力情况,建立了水射流辅助刀具切削钴结壳的力学模型,通过仿真计算获取了水射流压力和刀具在钴结壳表面产生初始裂纹所需最小切削力的作用规律.仿真结果表明:与纯刀具切削相比,当水射流作用点和刀具作用点重合时,刀具在钴结壳表面产生初始裂纹所需的最小切削力明显下降;随着水射流压力的增加,刀具所需的最小切削力急剧下降.开展了水射流辅助刀具切削钴结壳模拟料实验.实验结果表明:与纯刀具切削钴结壳相比,水射流辅助刀具切削钴结壳时,切削过程中冲击载荷的最大值明显下降,当射流压力为5 MPa时,冲击载荷的最大值下降约50%,有效值下降约10%.     

岩石破坏全过程的CT细观损伤演化机理动态分析

利用最新研制的与CT机配套的专用加载设备,进行了三轴(单轴)荷载作用下岩石破坏全过程的细观损伤扩展规律的动态CT(Computerized Tomography)试验.得到了在不同荷载作用下岩石从微孔洞被压密到微裂纹萌生、分叉、发展、断裂、破坏直到卸载等各个阶段清晰的CT图像.对得到的CT数等数据进行了分析,给出了应力损伤门槛值,得到损伤扩展的初步规律.     

摆动式单波束超声波水下微地形探测

在分析各种水下地形测量方法及其特点的基础上,提出应用互相关超声波测距方法进行水下微地形高程数据测量。通过发射信号与回波信号进行互相关运算精确捕捉回波信号的到达时刻以实现高程数据的测量。设计一种以单探头单波束超声波测距为基础的水下微地形测量系统,并分析信号处理电路和数字信号处理方法。对不同地形和不同底质的地形进行高程数据测量,对海底模拟地形进行探测与重构。研究结果表明:经过时间增益控制和滤波处理后的信号所含有的噪声和混响信号得到了抑制;应用互相关超声波测距方法得到的高程数据误差在-1~1 cm以内;生成的微地形图真实地反映了被测地形的地貌特征。     

Nanometer properties of oceanic polymetallic nodules and cobalt-rich crusts

An ammonia leaching process was utilized to extract Co, Ni and Cu from oceanic polymetallic nodules, whereas an acid leaching process was utilized to extract Co, Ni, Cu, Zn and Mn from cobalt-rich crusts. Both processes produced nanometer materials—ammonia leaching residue and acid leaching residue. A systematic study was conducted on the phase, composition and physicochemistry properties of these residues. The result shows that both residues contain a large amount of nanometer minerals. Ammonia l eaching residue mainly consists of rhodochrosite, with the average grain diameter of 17.9 nm; whereas the acid leaching residue mainly consists of well-developed bassanite, with the average grain deameter of 9.5 nm. The bassanite also has a microporous structure, the volume of the pore space is 1.23 × 10⁻² mL/g. Both the ammonia and acid leaching residues have a large specific surface area, and they display a strong adsorption capacity to saturate sodium chloride vapour, N₂ and SO₂. Both residues have high contents of rare earth elements, and most of these elements exist in the state of ionic adsorption. The content of σ FeO is high. The P₂O₅ enrichment is observable in acid leaching residues. The unique composition and nanometer solid properties of the leaching residues displayed their potential value and promised a bright future for their application in the field of environmental protection and materials.     

基于遗传算法的大洋富钴结壳开采的切削深度优化控制

针对大洋富钴结壳开采过程中微地形的复杂性,论述了富钴结壳开采的采集率、废石混入率与切削深度间的关系,进一步分析了在开采中达到某一控制废石混入率时,与切削深度相应的采集率所出现的多极值性问题;在此基础上,引入了遗传算法,并利用其全局寻优性成功地解决了在达到控制废石混入率时获得最大采集率的切削深度的控制问题.文中给出了遗传算法在解决本问题中的具体实施过程,并对实例进行了计算,得出了满意的结果.从而为大洋深海开采的切削深度的控制提出了一解决途径.图4,表1,参12.     

锰粉尘云最低着火温度的实验研究

利用G-G恒温炉分别测试了分散压力、质量浓度及惰性粉体对锰粉尘云最低着火温度的影响。结果表明:最低着火温度随分散压力的增大先降低后升高,得到分散压力为0.05 MPa时最有利于锰粉尘云的燃烧,对应的最低着火温度为496℃。最低着火温度随质量浓度的增加呈现先降低后升高趋势,测得最敏感浓度为2.272 g/L,对应的最低着火温度值最小为466℃。采用新的方法,通过改变惰性粉体的粒度来研究对最小点火能影响可以发现:最低着火温度随二氧化硅粒度的减小而升高;粒度一定质量浓度越大对锰粉尘云的燃烧抑制效果越明显。     

基于微观渗流机理的宏观油藏数值模拟研究

处于高含水开发期油藏的剩余油分布主要受流体性质和岩石孔隙结构的影响，而经典数值模拟并没有考虑微观孔喉特征的影响。为此建立了描述微观孔喉特征的地层孔隙网络模型，并对构成网络的基本连线单元进行改进，使网络模型能更细致地描述油水分布特征和水驱油微观机理。利用逾渗理论计算了基于微观渗流机理的相对渗透率曲线，并将其应用到经典数值模拟计算中，实现了微观渗流机理与宏观数值模拟计算的结合。实例分析表明，利用该数值模拟计算方法得到的基于微观特征的剩余油分布更符合地下实际流体分布，其结果可为调剖堵水、化学驱提供技术参数。     

稠油泡沫驱和三元复合驱微观驱油机理对比研究

为了研究稠油泡沫驱和三元复合驱的微观驱油机理,利用微观仿真玻璃刻蚀模型进行了驱油实验,通过图像采集系统将驱替过程的图像转化为计算机的数值信号,然后采用图像分析技术进行对比研究.结果表明,泡沫驱对稠油的微观驱油机理有乳化作用、贾敏效应和泡沫的挤压剪切作用,而三元复合驱主要还是通过聚合物对管壁剩余油、盲端剩余油的拉、拽作用达到剥离稠油的目的.泡沫驱和三元复合驱相比,泡沫驱具有贾敏效应,能够对水流大通道进行有效封堵,从而提高了驱替剂的波及系数.三元复合驱虽然对稠油也具有较强的乳化作用,但是未观察到乳化捕集作用从而引起波及系数的提高.由于波及系数的提高对于开发稠油油藏极为有利,因此泡沫驱对提高稠油油藏采收率具有很大的优势.     

基于岩石细观损伤机制的岩爆机理研究

岩爆是采矿诱发的地震现象，是矿井自然灾害之一。岩爆发生条件与岩石的力学性能有关。岩体中微裂纹的形成、扩展和汇合对岩体的力学性能产生显著影响，可以导致材料的逐渐劣化直至破坏。对于三轴压缩的岩石试件，当侧向应力为拉应力或很小时，其破坏形式主要是徽裂纹的摩擦滑移、自相似平面扩展和弯折扩展。本文基于岩石细观损伤机制，在本构关系中引入损伤效应函数，用于分析圆形洞室的岩爆现象，得到了岩爆发生的临界损伤范围和临界载荷的解析式。结果表明临界损伤范围取决于弹性模量与降模量之比；临界载荷与峰值强度及内摩擦角有关。     

基于微观模型模拟气体成藏过程中气水运动机理及分布规律

为了研究气体成藏过程中气水的微观运动机理及其分布规律,在微观玻璃模型上开展了0.1、1和10 MPa气驱水压力下气水渗流及分布的微观模拟实验。研究结果表明:对于同样条件的气藏,其原始含气、水饱和度的大小完全决定于成藏过程中成藏动力的大小;成藏动力越大,原始含水饱和度越低,含气饱和度越高;相反原始含水饱和度越高,含气饱和度越低。在较高的成藏动力作用下可以得到较大的原始含气饱和度,而且剩余水主要是束缚水,一般情况下在开发的过程中是不可动的,即气藏开发是单相气体渗流,开发难度小,采出程度高。