液氮冷却煤变形-破坏-渗透率演化模型及数值分析

如何定量评估液氮冷却后煤储层的渗透率演化是液氮冷却增透煤储层技术的关键。为分析液氮注入煤后的变形、破坏和渗透率演化过程,将煤视作弹脆塑材料,其变形过程包括弹性变形、脆性跌落和残余塑性流动3个阶段,结合单元强度退化指数、扩容指数和Mohr-Column准则,建立了考虑围压对煤单元峰后力学行为影响的本构模型。根据煤岩单元变形过程,将煤岩单元渗透率演化分成2个阶段,即弹性压缩煤岩单元渗透率减小阶段及煤岩单元破坏后的渗透率增加阶段。分析了单元弹性变形、剪切破坏和拉破坏与渗透率之间的关系。煤岩单元弹性压缩和拉伸引起单元内孔隙空间的变化,进而影响单元渗透率;煤岩单元剪切破坏在单元内形成共轭剪切带,在剪切带内的流体流动服从平行板定律,给出了基于单元体应变的剪切带宽度和渗透率计算公式;煤岩单元拉破坏在单元体内形成"十"字型裂隙,在裂隙内的流动也服从平行板定律,给出了基于单元体应变的裂隙宽度和渗透率计算公式。结合热传导理论建立了液氮冷却煤层的温度-变形-破坏-渗透率演化模型,并在FLAC下利用Fish函数方法予以实现。数值算例研究了液氯注入辽宁王营子矿某煤层气抽放井后煤层的变形、破坏和渗透率演化过程。结果表明:1)煤受液氮冷却作用后发生体积收缩,越靠近钻孔温度梯度越大,收缩变形越大,温度拉应力越大,越容易破坏,形成拉破坏区。液氮注入冷却10d后的拉破坏区约0.65m宽。2)在拉破坏区,单元内形成了贯通的裂隙,单元体渗透率显著增长,液氮冷却10d的单元渗透率最大增长幅度可达1.97×105倍。3)远离钻孔区域,拉应力也使得煤的渗透率有所增加,增加幅度为1%~14%,远小于破坏区。4)随着冷却时间增加,破坏区域扩大,但增长速率逐渐减缓,这表明在工程实践中冷却时间过长,不一定能取得更好的冷裂效果。5)液氮冷裂的主要影响区域在1.0m左右,但实际工程中钻孔内压力、煤岩体内水的相变等对煤岩的实际变形和破坏也有很大影响,从而使得液氮冷裂的影响区域更大。6)模型能较好地反映液氮冷却煤体变形-破坏-渗透率演化过程,从而为评估液氮冷却煤岩增透效果提供一种简便、可行的方法。     

某水电站围堰三维渗流有限元分析

利用三维有限元软件对该围堰进行了渗流分析,通过分析得到：围堰在下游溢出口处水力坡降较大,容易发生水力破坏;而渗流量主要集中在防渗墙下方的覆盖层中,这主要是悬挂式防渗墙引起的。在实际工程中一定要注意这两点,以确保该围堰的稳定性。     

陕北中低温煤焦油在超临界甲醇中轻质化探索研究

在间歇式高压反应釜中,采用超临界甲醇对陕北中低温煤焦油进行提取处理,并对产物进行分离,通过单因素以及正交试验考察甲醇添加量、压力、温度和搅拌速率等反应条件对轻质油收率的影响。实验结果表明：甲醇添加量对萃取结果影响最大,其次是压力;温度及搅拌转速对抽提结果的影响较小,最后得到陕北中低温煤焦油在超临界甲醇中轻质化的最佳条件为：甲醇与中低温煤焦油体积比10:1,压力9 MPa,温度250℃,超声转速30 r/min,轻油收率为78.9%。通过探索煤焦油在超临界状态下轻质化过程,有利于煤焦油进一步开发和利用。     

冲击倾向性煤样单轴加载红外探测研究

为探求冲击煤层煤样在单轴加载过程中的红外变化规律,利用红外热像仪对煤样进行单轴加载红外监测,取剪切破坏和劈裂破坏两种试样,对破坏过程进行红外热像实验分析。结果表明:冲击煤层煤样AIRT(红外辐射温度)和应力-应变曲线的对应关系分为五个阶段,即下降(压密阶段)-上升(弹性阶段)-下降(塑性阶段)-上升(屈服阶段)-下降(破坏阶段);煤样破坏前期都曾出现一次相对较大的AIRT下降现象,下降AIRT依据试样的强度不同而不同;煤样剪切破坏过程比劈裂破坏过程高温区域明显;AIRT变化可以对煤样内、外部能量积聚与耗散进行较准确的趋势预测。     

随机变量非正态分布且相关的机械零件单模失效可靠度分析

研究含有非正态随机变量且随机变量具有相关性的机械零件单模可靠度统一模型,运用Rosenblatt变换(RT变换)、R-F变换、Edgeworth级数法将非正态分布随机变量变换为正态随机变量,利用线性代数理论将相关标准正态随机变量转换为线性无关的正态随机变量,然后利用一次二阶矩(FOSM)法、改进的一次二阶矩(AFOSM)法求得机械零件单模可靠度指数及可靠度.基于所建机械零件单模可靠度统一模型,提出了含有非正态随机变量且随机变量间具有相关性的零件单模可靠度计算机求解的实现算法.以某1.6 MW风电齿轮箱中一对标准直齿轮啮合传动为例,通过探讨齿面接触疲劳这一单模失效下的可靠度,分析了随机变量间相关系数的变化对零件可靠度的影响规律,同时验证了算法的适用性和高效性.     

采动影响型地下煤火诱发地表裂隙率的时空分布模型

基于随机介质移动理论,构建了采动影响型地下煤火诱发地表裂隙率的时空统一分布模型,并实例分析了矩形火区引发地表线(张)裂隙率、面裂隙率以及剪裂隙率的分布及动态变化规律。地表线(张)裂隙率、面裂隙率和剪裂隙率的极大值分别分布在采(燃)空区边界内侧约20 m (约为煤层厚度的3~4倍)的位置、四周边界线的四个中点位置和四个边角端点所对应的地表区域。随着煤层燃烧,垂直于煤火发展方向上的线裂隙率以及空区边界处对应的地表面裂隙率均呈半正态曲线形式变化并最终稳定于最大值;而剪裂隙率、煤火发展方向上的线裂隙率及空区内部对应的地表面裂隙率均呈正态曲线形式变化。     

低透气性原煤瓦斯渗流各向异性试验研究

为研究低透气性煤层中瓦斯渗流的各向异性,以同一煤岩平行层理方向和垂直层理方向制取煤样,利用自主研制的试验装置进行含瓦斯煤三轴伺服渗流试验。结果发现平行层理煤样的渗透率远大于垂直层理煤样。在峰值破坏前,平行层理煤样随着轴压增加,渗透率在应力屈服点达到最小值,垂直层理煤样在弹性阶段初始时达到最小值;峰值破坏后,两个方向煤样的渗透率均呈非线性增长。     

基于状态空间分割的两部件系统机会维修优化

针对"硬失效"故障的两部件串联系统,制定了周期性视情预防更换、机会更换和故障更换相结合的维修策略,提出了劣化状态空间分割方法以分析机会维修模型中系统的各种维修组合的维修概率,并给出了系统稳态联合概率密度的数值近似求解方法.应用该方法建立了基于半更新过程理论的系统长期平均费用率模型,求解最优维修策略对应的检测周期、机会和预防维修阈值.数值实验表明了劣化状态空间分割法和费用率模型的正确性和有效性,分析了优化结果对各种费用参数的灵敏程度.     

甘蔗叶(梢)栽培毛木耳配方优化试验

【目的】充分利用甘蔗种植废弃物甘蔗叶(梢),降低毛木耳(Auricularia polytricha)栽培成本。【方法】采用单因素试验法确定以甘蔗叶(梢)为主要原料的毛木耳栽培配方。【结果】以55%甘蔗叶(梢)为主要原料加上杂木糠30%、麸皮13%、过磷酸钙1%、石膏粉1%为配方栽培毛木耳,鲜耳产量高,而原料成本比以棉籽壳为主要原料的配方低149.2%。【结论】以甘蔗叶为主要原料栽培毛木耳综合效果更好。     

大型地下洞室群变形实测与数值模拟

以某水电站大型地下洞室群开挖为例,建立了三维数值分析模型,研究了洞室群开挖后洞周围岩的变形特性并分析了锚索应力损失对周围岩体变形和应力状态的影响;通过模拟结果与实测结果进行对比,分析模拟方法的合理性和支护方案的可行性.结果表明,围岩水平位移在洞室边墙中部最大,竖向位移在洞室拱顶最大,在洞室交叉部变形也较为显著;模拟结果与实测结果较接近,能良好地反映洞室实际开挖的过程和围岩的变形规律;锚索预应力损失达到某一程度时会使围岩水平位移显著增大.