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多层厚硬顶板大采高综放工作面强动载矿压特征及机理 被引量：1
1
作者 张震 黄志增 +4 位作者 徐刚 刘晓刚 刘前进 赵铁林 蔺星宇 《煤炭学报》 北大核心 2025年第7期3369-3387,共19页
针对榆神矿区特厚煤层多层厚硬顶板大采高综放工作面下开采液压支架立柱急剧下缩、工作面易压架等强矿压显现问题,采用立柱压力传感器和位移传感器对工作面回采期间支架工作阻力、顶板下沉量进行了全程系统监测;对工作面矿压显现宏观特... 针对榆神矿区特厚煤层多层厚硬顶板大采高综放工作面下开采液压支架立柱急剧下缩、工作面易压架等强矿压显现问题,采用立柱压力传感器和位移传感器对工作面回采期间支架工作阻力、顶板下沉量进行了全程系统监测;对工作面矿压显现宏观特征、近远场覆岩运移与矿压的联动性进行了分析,明确了多层厚硬顶板大采高综放开采工作面矿压显现特征,得到了多层厚硬顶板破断的空间形态及覆岩结构演化规律;阐述了矿压作用机制,建立了考虑煤壁前方弯曲变形、多层厚硬顶板各层位间受力关联下的低、中、高不同层位覆岩结构力学模型,给出了不同层位岩层破断失稳判据及支架临界支护强度。结果表明:多层厚硬顶板大采高综放开采工作面除具有“来压区域性明显、来压急增阻、大小周期来压、周期性强动载来压”的特点外,还呈现出强动载来压期间多次连续性或短距间断性大周期来压的新特征;强动载期间连续性大周期来压矿压显现程度总体呈先增大后减缓的趋势,工作面周期性强动载来压呈不规律性,每隔4~10个小周期来压,间隔120.9~241.9 m,平均161 m发生1次强动载来压,强动载来压期间矿压显现异常强烈;上覆岩层呈现“低位悬臂梁+中位非铰接梁+高位联贯破断叠合铰接梁结构”,低位悬臂梁结构位于煤层上方20 m以内,该结构的周期性回转破断造成工作面小周期来压,中位非铰接梁位于煤层上方20~70 m范围,该范围内岩层的架前拉伸破断或架后剪切破断导致工作面发生大周期来压,高位岩层位于煤层上方70 m以上,中部厚硬岩层破断后,对高位铰接梁有效接触及支撑力减小,造成高位铰接梁相继破断失稳,继而导致工作面多次连续性或短距间断性大周期来压的强动载来压;中位非铰接梁结构破断失稳时支架合理支护强度为1.897 MPa,高位联贯破断铰接梁回转变形失稳对应的支架合理支护强度为2.470 MPa,滑落失稳对应的支架合理支护强度为3.180 MPa,现有的高强度支架难以对顶板的强矿压进行有效控制,须采取顶板弱化的手段进行采场围岩控制。研究成果对特厚煤层多层厚硬顶板开采围岩控制具有一定的指导意义。 展开更多
关键词 特厚煤层 多层厚硬顶板 矿压显现特征 破断结构 矿压作用机理
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CO_(2)-ESGR技术全生命周期碳排放分析 被引量：1
2
作者 周军平 董志强 +5 位作者 鲜学福 旷年杰 徐程浩 彭毅凡 李森圣 薛元杰 《天然气工业》 北大核心 2025年第1期195-206,共12页
在页岩气井开采后期,将CO_(2)注入页岩气藏可在提高页岩气采收率的同时实现CO_(2)地质封存(CO_(2)-ESGR),但目前对于CO_(2)-ESGR技术减碳潜力尚缺乏从全生命周期角度进行的研究。为此,分别以重庆市双槐电厂、涪陵页岩气田作为CO_(2)源和... 在页岩气井开采后期,将CO_(2)注入页岩气藏可在提高页岩气采收率的同时实现CO_(2)地质封存(CO_(2)-ESGR),但目前对于CO_(2)-ESGR技术减碳潜力尚缺乏从全生命周期角度进行的研究。为此,分别以重庆市双槐电厂、涪陵页岩气田作为CO_(2)源和汇,采用全生命周期评价方法,建立了CO_(2)-ESGR技术全过程CO_(2)排放量核算模型,进而基于多场耦合作用下CO_(2)、CH_(4)渗流数学模型得到了CO_(2)封存量及页岩气产量,并系统核算了CO_(2)-ESGR全过程CO_(2)排放量,分析了CO_(2)注入压力、页岩中CO_(2)相对CH_(4)的吸附选择性系数(α_(CO_(2)/CH_(4)))等参数对CO_(2)净减排量的影响。研究结果表明:①CO_(2)注入压力和α_(CO_(2)/CH_(4))对于CO_(2)净减排量具有重要影响,α_(CO_(2)/CH_(4))越大,CO_(2)净减排量越大,CO_(2)注入压力增加,CH_(4)累计产量、CO_(2)封存量、CO_(2)净减排量均越大,不同CO_(2)注入压力条件下CO_(2)净减排量为0.85~2.06 tCO_(2)/tCH_(4),而在不同α_(CO_(2)/CH_(4))条件下可达1.59~5.45 tCO_(2)/tCH_(4);②CO_(2)捕集、运输、注入环节是影响CO_(2)-ESGR技术全生命周期CO_(2)净减排量的关键因素,需要考虑不同行业组合、源汇匹配情况对CO_(2)净减排量的影响,进而对全流程CCUS工程实施方案进行优化。结论认为:①该CO_(2)-ESGR工程CO_(2)封存量大于CO_(2)捕集、运输、注入及页岩气生产与利用环节的CO_(2)总排放量,可实现CO_(2)-ESGR全过程CO_(2)负排放,说明CO_(2)-ESGR是实现中国“碳中和”的重要技术路径之一;②下一步研究应综合考虑CO_(2)注入时机、压力、速率等工程参数以及页岩气储层条件等地质因素对于CO_(2)封存量和净减排量的影响,对CO_(2)-ESGR系统进行优化。 展开更多
关键词 页岩气 CCUS CO_(2)封存潜力 碳中和 全生命周期评价 CO_(2)-ESGR CO_(2)净减排
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井口简易防喷器密封胶芯形变及其密封特性分析 被引量：1
3
作者 郑刚 刘新福 +3 位作者 刘广胜 魏韦 邓泽鲲 刘春花 《机床与液压》 北大核心 2025年第1期140-145,共6页
分析油液压力小于15 MPa的井口简易防喷器密封胶芯形变规律及其密封特性,对降低防喷器压力等级、防止井口失控以及尽可能减少井口非可控时间具有重要意义。依据Lindly模型,提出密封胶芯发生大、小变形时的形变改进计算方法。综合考虑油... 分析油液压力小于15 MPa的井口简易防喷器密封胶芯形变规律及其密封特性,对降低防喷器压力等级、防止井口失控以及尽可能减少井口非可控时间具有重要意义。依据Lindly模型,提出密封胶芯发生大、小变形时的形变改进计算方法。综合考虑油液压力变化、受压力与变形关系、不同阶段橡胶压缩量等因素以及壳体和闸板等结构参数,建立密封胶芯形变以及橡胶体主要面应力和抱紧力的数学模型。根据修正的Arruda-Boyce模型,揭示密封胶芯橡胶体本构模型的应力应变关系。结果表明:井口简易防喷器中部密封胶芯橡胶体环状部分的最大应力位于圆弧区域,且该区域内应力分布极不均匀;井口无压力时,中部密封胶芯橡胶体环状部分的Mises应力集中于中间位置,压力为3、10 MPa时,Mises应力集中在上下两个边缘区域,且橡胶体平面部分的中部区域应力随压力增大呈下降趋势;上部密封胶芯上部橡胶体的应力分布呈边缘大中间小的特征,上部密封胶芯较大应力分布区域的面积在闸板总成关闭时明显减小,且集中区域由开启时靠近壳体边缘和2个边角处转变为关闭时的4个边角处,且最大应力由开启状态下的2.95 MPa增加至关闭状态下的3.37 MPa。 展开更多
关键词 简易防喷器 密封胶芯 形变 密封特性 本构模型
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沉陷区大直径天然气管道受力变形全尺寸试验研究
4
作者 王文 洪磊 +4 位作者 任建东 芦晓伟 龚爽 郭润生 董淼 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期890-901,共12页
为研究煤与天然气重叠区域内开采沉陷作用下埋地天然气管道的力学特征及变形演化模式,研制均匀载荷下大直径天然气管道受力变形试验装置,结合管道变形理论和数值模拟软件研究了采动沉陷对埋地管道变形的影响。同时,基于全尺寸力学特征... 为研究煤与天然气重叠区域内开采沉陷作用下埋地天然气管道的力学特征及变形演化模式,研制均匀载荷下大直径天然气管道受力变形试验装置,结合管道变形理论和数值模拟软件研究了采动沉陷对埋地管道变形的影响。同时,基于全尺寸力学特征试验探究了载荷作用下大直径管道的受力变形特征并做出了安全运维分析。结果表明:随着管道下沉量的逐渐增大,管道两端的下沉量相较于管道中心较小;管道的变形于管道中心大致呈左右对称分布;管道中心相对位移量小于管道两端的相对位移量。在自重和载荷作用下,管道顶部和底部分别受压力和拉力作用,压缩和拉伸变形量从管道两端向管道中心逐渐增大,最大压缩和拉伸变形位置均位于管道中心。随着施加载荷的不断增大,管道的整体变形形态呈现出从平底状到漏斗状的演化过程。在自重作用下管道最大沉降量为45 cm,达到管道最大允许沉降量的35%,在载荷作用下管道的最大下沉量为63.6 cm,达到管道最大允许沉降量的50%。根据管道的拉伸应变和最大允许弹性极限变形量估算了管道的安全临界值。结合管土协同和非协同变形数据,计算拉伸分别为31 mm和90 mm,从管道整体失效判据角度分析,管道处于安全变形范围内,能够满足管道安全运维需求。 展开更多
关键词 开采沉陷 508埋地管道 伸缩变形 受力状态 下沉量
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曹家滩煤矿10 m超大采高覆岩垮落结构模型及矿压作用机理 被引量：3
5
作者 张震 黄志增 +5 位作者 刘晓刚 任建超 刘前进 蔺星宇 薛吉胜 马镕山 《煤炭学报》 北大核心 2025年第4期1951-1964,共14页
曹家滩煤矿10 m超大采高工作面的成功开采标志着我国特厚煤层一次采全高开采技术进入了一个新的水平。基于压力、位移和能量传感器全方位监测超大采高工作面开采,分析10 m超大采高工作面的矿压显现特征,探究上覆岩层运移及破断规律,并... 曹家滩煤矿10 m超大采高工作面的成功开采标志着我国特厚煤层一次采全高开采技术进入了一个新的水平。基于压力、位移和能量传感器全方位监测超大采高工作面开采,分析10 m超大采高工作面的矿压显现特征,探究上覆岩层运移及破断规律,并建立多层厚硬顶板下超大空间开采覆岩结构模型,以阐述矿压作用机理。结果表明:10 m超大采高开采覆岩破断空间大,矿压显现强烈,具有“来压步距大、动载明显、支架下缩量大和安全阀开启率高”的特征,周期来压步距以10~25 m为主,平均17.8 m,较同翼综放开采增幅为5.2%~21%,周期来压最大动载系数为1.44~1.68,平均1.60,其中,周期来压最大动载系数为1.60以上的占比63%,较同翼综放开采增幅60%,支架最大下缩量聚集于0.4~1.0 m范围内,平均0.63 m,液压支架安全阀开启率为10.6%~78.9%,来压期间液压支架安全阀开启率大于50%的占比达48.1%;工作面来压区域性明显,且聚集于距机头75~250 m范围内,具有“大小周期来压、多次连续性大周期来压”的特点,大周期来压间隔距离为102~186.8 m,平均137.5 m,来压期间微震事件沿走向方向分布在工作面前后300 m范围内,大周期来压期间微震大能量事件聚集于煤层上方20、50和80 m处的层位,能量聚集层位随工作面的推采沿煤层走向呈“低—高—低”往复循环变化的波浪形分布,其上覆岩层在采空区后方处于长距悬顶状态,中上部厚硬岩层具有同步联动破断特征,进而造成工作面的大周期来压;应力拱扩展受坚硬顶板的影响,应力拱纵向发展临时中断,横向跨度增加,形成了前、后两端为半拱状、中部为梁的“拱—梁”结构;多层厚硬顶板下超大采高工作面开采上覆岩层呈叠合“拱—梁”结构,下位“拱—梁”破断造成小周期来压,破断后岩块成台阶状接触,中上部“拱—梁”破断造成大周期来压,其连贯性破断造成多次连续性大周期来压,破断后岩块呈铰接状态;中位主控承载层Ⅱ及高位主控承载层Ⅲ滑落及回转变形失稳时所需支架的支护强度分别为2.32~2.90和1.91~2.14 MPa,现有支护装备难以有效实现工作面的围岩控制。该研究成果对超大采高开采围岩控制具有重要的指导意义。 展开更多
关键词 超大采高 矿压显现特征 覆岩结构 矿压作用机理
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特厚煤层10 m超大采高综采关键技术及装备 被引量：4
6
作者 康红普 雷亚军 +15 位作者 赵福堂 徐刚 李增林 李明忠 王锐 黄志增 刘江斌 马英 韩存地 冯彦军 张震 张金虎 任建超 宋业杰 曾明胜 程利兴 《煤炭学报》 北大核心 2025年第4期1849-1875,共27页
超大采高综采技术是我国6~10 m特厚煤层实现高产、高效、高回收率开采的有效途径。在分析国内超大采高综采技术及装备研究现状的基础上,围绕陕煤集团曹家滩煤矿10 m特厚煤层超大采高工作面开采地质条件,从超大采高采场围岩控制、关键开... 超大采高综采技术是我国6~10 m特厚煤层实现高产、高效、高回收率开采的有效途径。在分析国内超大采高综采技术及装备研究现状的基础上,围绕陕煤集团曹家滩煤矿10 m特厚煤层超大采高工作面开采地质条件,从超大采高采场围岩控制、关键开采装备、智能协同控制3个方面分析了存在的难题,并提出了解决路径。经过5 a的技术攻关,取得一系列创新成果:(1)提出“主动强力支撑与防护+区域压裂弱化卸压”的支-卸协同超大采高工作面围岩控制策略,研发出5 m^(3)/min大流量井下水力压裂成套技术与设备,实现了超大采高工作面强矿压的有效防控。(2)研发出10 m超大采高强力液压支架,创新设计了“双层伸缩梁+三级护帮”机构,实现了超大采高工作面顶板和超高煤壁的安全防控;采煤机分区润滑与分布式冷却方案提高了大仰角长摇臂采煤机截割可靠性;高可靠中部槽、下链道悬链及慢变动力启动提高了超大运量刮板输送机对超大采高工作面煤流运输的适应性。系统集成世界首套特厚煤层10 m超大采高综采成套装备。(3)提出10 m超大采高液压支架运行状态智能控制策略,采煤机自动控制策略,通过应用粗糙神经网络技术,构建了超大采高采煤机与刮板输送机的协调控制系统。形成了超大采高重型开采装备群智能控制模式及控制逻辑。(4)构建了基于“微震-岩层移动-应力-水文”的超大采高工作面多场多参量协同监测融合分析系统,实现了工作面覆岩破坏、地表移动变形、地下水流场和矿压显现间的多元异构数据融合分析。研究成果在曹家滩煤矿得到成功应用,实现了10 m特厚煤层高产、高效、高回收率开采,取得了显著经济效益,引领了国内外特厚煤层高效智能开采技术的发展方向。 展开更多
关键词 特厚煤层 10 m超大采高 围岩控制 支-卸协同 关键开采装备 智能控制 多参量监测
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条带采空区CO_(2)气态封存下粉煤灰沙基封闭墙体抗渗性能研究
7
作者 张志义 张吉雄 +5 位作者 周楠 宋永泽 程刚 刘宁宁 闫瑞兵 孙大森 《煤炭学报》 北大核心 2025年第6期2922-2939,共18页
在条带采空区内进行CO_(2)气态封存是我国西北地区大型煤炭煤电基地实现绿色低碳内涵式发展的理想模式,防止CO_(2)气体水平逸散的采空区外围封闭墙体的抗渗性能是该模式成败的关键。以我国新疆荒漠化矿区准东二矿煤电项目为工程背景,通... 在条带采空区内进行CO_(2)气态封存是我国西北地区大型煤炭煤电基地实现绿色低碳内涵式发展的理想模式,防止CO_(2)气体水平逸散的采空区外围封闭墙体的抗渗性能是该模式成败的关键。以我国新疆荒漠化矿区准东二矿煤电项目为工程背景,通过高压渗透实验、酚酞滴定实验、XRD衍射实验、SEM电镜扫描实验和COMSOL数值模拟等方式,研究了0.2、0.4、0.6、0.8和1.0MPa的CO_(2)气体在质量比为23(风积沙)∶11(粉煤灰)∶2(生石灰)∶1(石膏)组成的粉煤灰沙基试件内28d的渗透过程,结果表明:①CO_(2)气体在试件内的渗透速度均随渗透时间逐渐降低,5种气压下28 d的渗透深度分别为1.49、2.40、3.20、4.0和4.77 cm;②粉煤灰沙基试件的孔隙率和渗透率亦在CO_(2)气体渗透过程中显负指数趋势减小,5种气压下28 d的孔隙率和渗透率分别为30.44%和5.94×10^(-15 )m2、29.44%和5.70×10^(-15) m^(2)、29.03%和5.57×10^(-15) m^(2)、28.13%和5.23×10^(-15) m^(2)、27.02%和4.95×10^(-15) m^(2);③CO_(2)气体在粉煤灰沙基试件内渗透过程中生成针絮状分布的CaCO_(3)晶体,其晶胞体积较Ca(HO)_(2)增大1.15倍,使得试件更加致密;④通过对材料碳化前后渗透率的动态赋值,模拟得出5种气压下CO_(2)气体在粉煤灰沙基封闭墙体内3 a的渗透深度距离分别为0.606、0.921、1.172、1.465和1.800 m。最后以新疆荒漠化矿区准东二矿煤电基地的矿井工程地质条件为背景,对采空区封闭墙体的构筑工艺参数进行设计,可为我国西北荒漠化矿区煤炭资源的绿色开采和低碳利用提供参考。 展开更多
关键词 条带采空区 二氧化碳气态封存 封闭墙体 抗渗性能 数值模拟
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基于响应面的粉煤灰湿法脱硫条件优化与机理
8
作者 鞠恺 刘颖 +5 位作者 李新 任武昂 鱼郑 唐仁龙 金鹏康 孙丽萍 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第5期407-422,共16页
为考察粉煤灰作为脱硫剂的脱硫效果与机理,采用单因素试验与响应面法对参数粉煤灰浆液固液质量比、SO_(2)体积分数、气体流量进行分析,并结合X射线荧光光谱、扫描电镜等手段探索粉煤灰湿法脱硫的反应机理。结果表明:在一定范围内,提高... 为考察粉煤灰作为脱硫剂的脱硫效果与机理,采用单因素试验与响应面法对参数粉煤灰浆液固液质量比、SO_(2)体积分数、气体流量进行分析,并结合X射线荧光光谱、扫描电镜等手段探索粉煤灰湿法脱硫的反应机理。结果表明:在一定范围内,提高固液质量比可以通过升高pH的方式来提升穿透时间、SO_(2)总吸附量与单位粉煤灰浆液吸附SO_(2)量,但当固液质量比超过1∶1后会出现穿透时间与SO_(2)吸附量下降的现象。随着SO_(2)体积分数增加,粉煤灰浆液对SO_(2)的吸附量呈现先升高后降低的趋势,SO_(2)体积分数为750×10^(-6)时取得最大吸附量64.35 mg,高SO_(2)体积分数能显著降低穿透时间。提升气体流量,穿透时间、SO_(2)总吸附量与单位质量粉煤灰浆液吸附SO_(2)量均有所降低。以A、B、C分别表示因素固液质量比、SO_(2)体积分数和气体流量,AB、AC、BC分别表示其是交互项进行响应面分析,结果显示:影响穿透时间因素的主次顺序为C、B、A、BC、AC、AB;影响SO_(2)总吸附量因素的主次顺序为B、A、C、AB、BC、AC;影响单位质量粉煤灰浆液吸附SO_(2)量因素的主次顺序为A、B、C、AB、AC、BC。最佳脱硫工艺条件为固液质量比为0.87、SO_(2)体积分数为472×10^(-6)、气体流量为1500 mL/min。对脱硫前后粉煤灰的XRF和SEM分析显示:脱硫后粉煤灰硫氧化物含量显著增多,原表面板状Ca(OH)_(2)生成了块状和针棒状物的CaSO_(4)·2H_(2)O和CaO·Al_(2)O_(3)·3CaSO_(4)·32H_(2)O。可能的脱硫机理为:粉煤灰在水中溶出大量Ca^(2+)和OH^(-)。SiO_(2)和Al2O_(3)在强碱条件下与Ca(OH)_(2)反应,生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等胶凝物质(C-S-H和C-A-H凝胶)。当含硫烟气通入粉煤灰浆液中,SO_(2)转移至液相,形成H^(+),HSO_(3)^(-)和SO_(2)^(2-),H^(+)与粉煤灰浆液反应,使粉煤灰中含有的Ca^(2+)、Fe^(3+)等元素浸出并催化氧化溶解于粉煤灰浆液中的SO_(2)气体,生成H2SO4与CaSO_(4),CaSO_(4)与浆液中水分子结合后以CaSO_(4)·2H_(2)O形式析出。 展开更多
关键词 粉煤灰 湿法脱硫 固液质量比 响应面分析 脱硫机理
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潜油电泵机组常规感应电机运行特性分析
9
作者 曹砚锋 刘新福 +4 位作者 于继飞 欧阳铁兵 周伟 刘春花 刘学森 《机床与液压》 北大核心 2025年第13期147-152,共6页
以电潜螺杆泵举升系统及其机组配套感应电机为研究对象,建立潜油常规感应电机驱动螺杆泵功率和实际扭矩的数学模型。通过数值求解和实例计算,揭示电潜泵机组不同型号螺杆泵的理论扭矩和摩擦扭矩耦合后的实际运行扭矩的瞬时变化规律。通... 以电潜螺杆泵举升系统及其机组配套感应电机为研究对象,建立潜油常规感应电机驱动螺杆泵功率和实际扭矩的数学模型。通过数值求解和实例计算,揭示电潜泵机组不同型号螺杆泵的理论扭矩和摩擦扭矩耦合后的实际运行扭矩的瞬时变化规律。通过求解潜油感应电机的输出功率和输入功率,探究宽幅调速不同负载率下常规感应电机效率的瞬时变化规律。此外,通过求解电潜泵机组各设备功率损耗和举升系统效率,分析常规感应电机举升系统各部分能耗占比情况。结果表明:额定泵压大的螺杆泵实际运行扭矩大于额定泵压小的;感应电机运行效率随负载率增大呈现先上升后显著下降的趋势,当负载率为45%~65%时,电机效率达到最大;常规感应电机驱动电潜泵井举升系统的主要耗能部件为感应电机和螺杆泵,二者总能耗占比约为85%,而变压器、控制柜等损耗功率相对较小。 展开更多
关键词 感应电机 潜油电泵机组 螺杆泵 运行特性 能耗占比
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多孔骨架增强型甲烷/氮气分离用混合基质膜的制备及性能
10
作者 梁运涛 王永敬 +2 位作者 冯文彬 徐靖凯 肖伟 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期340-348,共9页
煤层气作为一种富含甲烷(CH_(4))的非常规能源,其低浓度富集对于提升能源利用效率和减少温室气体排放具有重要意义。研究聚焦于通过膜分离技术实现CH_(4)/N_(2)的有效分离,设计一种具有增强骨架结构的新型膜材料。首先,采用静电纺丝法... 煤层气作为一种富含甲烷(CH_(4))的非常规能源,其低浓度富集对于提升能源利用效率和减少温室气体排放具有重要意义。研究聚焦于通过膜分离技术实现CH_(4)/N_(2)的有效分离,设计一种具有增强骨架结构的新型膜材料。首先,采用静电纺丝法成功制备了聚偏氟乙烯(PVDF)多孔膜,并将其与嵌段聚合物SBS及金属有机框架材料Ni-MOF-74复合,形成具有增强结构的混合基质膜,并对所制备的膜进行了详细的形貌、结构及理化性能表征,包括X射线衍射、扫描电子显微镜、比表面积分析、拉伸强度和气体渗透测试。结果表明:PVDF多孔骨架与膜层材料间的结合性良好,形成了相互钳制的复合结构,显著提高了膜的机械稳定性。在最佳条件下,Ni-MOF-74与SBS聚合物质量比为0.2%的PM20膜具有显著改善的机械性能,拉伸强度达到29.5 MPa,较纯SBS树脂膜提高约50%。另外,PM20膜的单组分气体渗透性能优异,其CH4渗透率达到97×10^(-4) m^(2)/s,CH_(4)/N_(2)理想选择性为4.03。对于CH_(4)-N_(2)二组分混合气体,该膜也表现出较高的CH4渗透性和选择性。因此,本研究的新型膜材料具备优异的机械性能和气体渗透性能,在甲烷富集领域有一定应用潜力。 展开更多
关键词 混合基质膜 甲烷/氮气分离 MOF填料 多孔骨架 性能兼容
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采动岩体变形BOTDA-DIC联合监测效果及差异性
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作者 杜文刚 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第10期212-222,共11页
针对煤层开采诱导上覆岩层变形相似模型试验研究中模型内部变形难以监测问题,将基于布里渊散射的分布式光纤传感技术(Brillouin Optical Time Domain Analysis,BOTDA)与数字散斑(Digital Image Correlation,DIC)应用于急倾斜煤层相似模... 针对煤层开采诱导上覆岩层变形相似模型试验研究中模型内部变形难以监测问题,将基于布里渊散射的分布式光纤传感技术(Brillouin Optical Time Domain Analysis,BOTDA)与数字散斑(Digital Image Correlation,DIC)应用于急倾斜煤层相似模拟试验,通过内置光纤获取模型内部形变数据,借助DIC实时监测模型表面的位移和应变场,综合分析了采动围岩的变形破坏演化规律。研究表明:BOTDA与DIC两者配合实现分析采动覆岩离层裂隙发育过程;采动离层裂隙发育光纤传感表现为应变值突变,出现阶跃式跳增,数字散斑表现为离层位置形成应变局部化突变带;光纤受自身属性限制,监测应变范围受限,超出后则光纤传感失效,DIC应变测量上限远超BOTDA;工作面推进3 cm时,大部分岩体未受开采扰动影响,此时DIC测量已经有2 000με,表明光纤监测系统误差远小于散斑监测。通过模型内部光纤应变的检测,分析煤层开采围岩变形机制与力学机理。研究成果可为光纤传感与摄影测量用于岩土体变形破坏监测提供借鉴。 展开更多
关键词 光纤传感 岩体变形监测 相似模拟试验 数字散斑 差异性分析
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致密气井筒热流耦合高压气水两相温度场动态特性 被引量：2
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作者 刘春花 刘新福 +2 位作者 郝忠献 黄守志 李明 《机床与液压》 北大核心 2024年第22期162-167,共6页
分析井筒气水两相管流温度的动态分布对保障致密气井连续稳定安全开采和实现智能计产具有重要意义。综合井筒流体、油管、环空、套管、水泥环和地层之间热流耦合传热,将井筒流体的焓、焦耳-汤姆逊系数、温度梯度、传热速率等热力学和两... 分析井筒气水两相管流温度的动态分布对保障致密气井连续稳定安全开采和实现智能计产具有重要意义。综合井筒流体、油管、环空、套管、水泥环和地层之间热流耦合传热,将井筒流体的焓、焦耳-汤姆逊系数、温度梯度、传热速率等热力学和两相流动力学进行统一,提出适用于致密气井筒气水两相流态温度场分布预测方法,从而通过数值模拟和井场测试更全面和准确地分析致密气井筒温度分布随产量、管径、地层温度、导热率等动态变化情况。结果表明:在气水两相流热耦合作用下,提高致密气井产量、缩小油管内径、提升地层温度和降低地温梯度会增大井筒内单位质量流体承载的热量,并有助于井筒保温和有效抑制水合物的生成,且深井处井底温度的影响较大;改变油管、环空和套管以及水泥环导热率会影响井筒传热系统的总热阻、松弛距离与无因次时间,并改变井筒整体温度的分布;与产量和地层温度相比,总传热系数对井筒温度的影响较小。 展开更多
关键词 智能计产 致密气井 气水两相流 热流耦合 温度场分布
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迎采掘进巷道水力切顶关键部位对顶板断裂行为的影响 被引量：8
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作者 林榆昆 刘江伟 +1 位作者 刘耀友 刘长友 《煤炭学报》 CSCD 北大核心 2024年第S2期593-605,共13页
动压巷道往往存在着巷道变形严重、围岩控制困难等问题,动压巷道大变形问题通常与围岩自身特性和动静载叠加形成的应力环境有关。山西怀仁峙峰山煤矿5号煤层回采巷道掘进采用迎采动的掘进方式,即存在掘进工作面和回采工作面交锋的问题,... 动压巷道往往存在着巷道变形严重、围岩控制困难等问题,动压巷道大变形问题通常与围岩自身特性和动静载叠加形成的应力环境有关。山西怀仁峙峰山煤矿5号煤层回采巷道掘进采用迎采动的掘进方式,即存在掘进工作面和回采工作面交锋的问题,迎采掘进会造成相邻工作面巷道的围岩结构失稳而引发大变形问题,使巷道维护困难,严重制约着煤炭资源的安全高效生产。针对此,提出了在应力传递路径上实施水力压裂的方法,破坏指定区域的岩体结构,从而降低巷道围岩范围内的应力,控制巷道的围岩稳定性;构建了坚硬岩层断裂部位的岩梁力学模型,通过峙峰山煤矿岩体的物理力学参数计算了水力切顶位置与顶板弯曲弹性能、顶板下沉速率的关系,分析了坚硬顶板断裂部位对断裂行为的影响。结合现场工程验证等方式,揭示了迎采掘进巷道大变形的机理,确定合理的压裂位置。研究结果表明:在坚硬岩层关键部位进行水力压裂切顶卸压可以破坏应力传递路径,降低上覆岩层的应力叠加效应,控制顶板能量释放的速率,压裂后巷道的累计围岩变形量普遍降低了40%~60%,表明在关键部位水力切顶实现了对迎采掘进巷道围岩的有效控制,有效解决了临近巷道的围岩失稳大变形的问题,理论结果可以指导现场施工,证实了模型的可靠性。 展开更多
关键词 动压巷道 水力压裂 迎采掘进 能量释放 围岩失稳
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掘锚机探放水钻机固定支架强度分析 被引量：3
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作者 杨木林 谷树伟 +4 位作者 陈凯 贺艳军 刘龙 刘治翔 孙战 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期55-62,共8页
针对一种掘锚一体机机载式探放水钻机,分析了其作业工况和功能需求。对钻机在各种工况下的受力进行分析,对关键部件的强度进行了有限元仿真校核。理论分析结果表明,安装座竖向载荷、伸缩滑套和钻机连接处的竖向载荷、伸缩滑套竖向载荷... 针对一种掘锚一体机机载式探放水钻机,分析了其作业工况和功能需求。对钻机在各种工况下的受力进行分析,对关键部件的强度进行了有限元仿真校核。理论分析结果表明,安装座竖向载荷、伸缩滑套和钻机连接处的竖向载荷、伸缩滑套竖向载荷均是随着俯仰转角的增大,先增大后减小,在俯仰转角为0°时转矩最大。有限元计算结果显示关键部件伸缩轨道的和伸缩滑套的最大应力远小于所用材料Q345B的屈服强度,满足使用要求。钻机固定支架应力最大值仅为37.096 MPa,变形量为2.006 mm,说明钻机在最大载荷工况下,钻机固定支架能够满足强度要求。通过厂内和煤矿井下的工业性试验验证了设计的探放水钻机结构的有效性,具有较好的应用和推广价值。 展开更多
关键词 探放水钻机 机载钻机 力学特性 有限元分析
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基于数据驱动的锅炉水冷壁壁温分布实时预测模型 被引量：1
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作者 闫靖文 刘欣 +6 位作者 王光礼 张文振 李明 金东昊 李驰 李新颖 王赫阳 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期4117-4126,共10页
水冷壁等高温受热面超温及由此导致的爆管事故是影响燃煤发电机组安全运行的痛点问题之一。管壁超温一般发生在锅炉受热面局部区域,为预测并缓解超温问题,就必须实时监测受热面壁温的详细分布,并做出针对性调整。由于测量手段受限且CFD... 水冷壁等高温受热面超温及由此导致的爆管事故是影响燃煤发电机组安全运行的痛点问题之一。管壁超温一般发生在锅炉受热面局部区域,为预测并缓解超温问题,就必须实时监测受热面壁温的详细分布,并做出针对性调整。由于测量手段受限且CFD数值模拟方法耗时较长,目前仍缺少一种能实时、准确地反映锅炉运行过程中壁温详细分布的技术手段。为此采用将耦合传热模型与人工神经网络相结合的方法。以某350 MW超临界对冲燃烧锅炉为研究对象,首先以壁温耦合传热预测模型为基础,通过改变耦合模型的46个锅炉关键运行参数,生成220个典型工况,并通过快速扩充方法以极低时间成本衍生出4400个扩充工况。然后,基于典型工况与扩充工况组成的综合数据库,以锅炉的46项运行参数及壁面坐标为输入,以对应位置的壁温为输出,构建深度学习模型。模型MSE误差仅为0.0053,准确率AUC5为0.988,且计算时长在0.1 s以内。结果表明,提出的基于数据驱动的水冷壁壁温分布预测模型通过泛化有限工况的数值模拟结果,实现了锅炉全工况下水冷壁管壁温度详细分布的实时预测,且针对模型在低负荷工况时难以准确预测传热恶化的问题,提出快速扩充数据库的方法,以极低时间成本明显提高模型对传热恶化问题的预测准确率。 展开更多
关键词 水冷壁 管壁温度 耦合传热模型 超临界锅炉 人工神经网络
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基于新一代信息技术的煤炭工业治理体系平台技术架构 被引量：3
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作者 胡亚辉 周昱江 庞义辉 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期228-237,共10页
针对我国煤炭工业治理体系无法适应当前煤炭高质量发展需求的问题,提出利用第四次工业革命所倡导的新一代信息技术建立一套完整的煤炭工业治理体系平台,提升政府监管能力,打通市场合作瓶颈,建立国际对话渠道,支撑我国煤炭工业机制体制... 针对我国煤炭工业治理体系无法适应当前煤炭高质量发展需求的问题,提出利用第四次工业革命所倡导的新一代信息技术建立一套完整的煤炭工业治理体系平台,提升政府监管能力,打通市场合作瓶颈,建立国际对话渠道,支撑我国煤炭工业机制体制深化改革与相关政策的有效落实。分析了5G、人工智能、大数据、区块链4种信息技术的技术特点、发展现状及趋势,指出各种信息技术在构建煤炭工业治理平台中的角色与定位。提出了基于新一代信息技术的煤炭工业治理平台总体架构及网络架构图,进一步分析了建设平台所需的信息基础设施,包含公专融合5G煤炭工业网络、煤炭大数据与智能信息处理子平台、区块链煤炭产业协作监管子平台3部分。深入探讨了公专融合5G煤炭工业网络、煤炭大数据与智能信息处理子平台及区块块链煤炭产业协作监管子平台的关键技术,为建设煤炭工业治理平台提供可行化方案。 展开更多
关键词 煤炭工业治理体系 第五代无线通信技术 大数据 人工智能 区块链
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综掘巷道迈步式自移机尾智能控制技术研究 被引量：5
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作者 董志超 代鹰 +2 位作者 王蒙 刘云建 樊力玮 《煤炭工程》 北大核心 2024年第3期84-90,共7页
针对现有综掘巷道迈步式自移机尾设备智能化水平低,智能控制技术研究不足等问题,阐释了自移机尾工作原理,分析了智能化煤矿验收办法中针对带式输送机自移机尾智能化的要求,提出自移机尾控制系统的总体设计方案,设计了一键自移控制、多... 针对现有综掘巷道迈步式自移机尾设备智能化水平低,智能控制技术研究不足等问题,阐释了自移机尾工作原理,分析了智能化煤矿验收办法中针对带式输送机自移机尾智能化的要求,提出自移机尾控制系统的总体设计方案,设计了一键自移控制、多机联动控制和人员接近识别与闯入预警软硬件系统。在此基础上,在神华集团神东煤炭有限责任公司哈拉沟煤矿31107运输巷掘进工作面自移机尾应用该智能控制系统,现场试验结果表明:该智能控制系统可实现自移机尾的一键自移控制;人员接近识别与闯入预警系统可以对自移机尾周边人员进行精准定位,并且能够在人员进入危险区域后进行识别,提高了自移机尾设备使用的安全性。 展开更多
关键词 掘进工作面 自移机尾 带式输送机 智能控制
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微波强化酸蚀作用下五峰-龙马溪组页岩孔隙特征演化机制
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作者 李贺 刘佳祥 +5 位作者 林柏泉 施式亮 杨威 鲁义 路洁心 刘猛 《煤炭学报》 CSCD 北大核心 2024年第S2期1104-1115,共12页
页岩储层低孔渗特征是制约页岩气高效率抽采的主要因素,现多采用强化致裂增透技术来改造页岩储层孔隙结构,旨在提高页岩体渗透率。微波加热具备致裂页岩和气体解吸的能力,但存在穿透深度低、局部过热、裂缝闭合等缺陷;酸化具有高效疏通... 页岩储层低孔渗特征是制约页岩气高效率抽采的主要因素,现多采用强化致裂增透技术来改造页岩储层孔隙结构,旨在提高页岩体渗透率。微波加热具备致裂页岩和气体解吸的能力,但存在穿透深度低、局部过热、裂缝闭合等缺陷;酸化具有高效疏通页岩孔隙和大幅提高渗透率的优点,但酸液难以进入微裂隙,过于依赖页岩孔隙初始发育程度。微波强化酸蚀能有效结合2者的优点,通过热应力、溶蚀致裂的耦合效应协同致裂页岩体,达到更好的增透效果。采用微波、酸化和微波强化酸蚀3种方法对页岩进行处理,使用^(1)H-NMR检测,对比同种方法不同强度和不同方法之间孔隙结构的变化。结果表明:3种处理方法下页岩微孔和小孔(即吸附孔)对应T2谱面积增减不一,酸化条件下减小,微波和微波强化酸蚀条件下增大,且微波增大幅度高于微波强化酸蚀;中孔和大孔(即渗流孔)对应T_(2)谱面积持续增大,增大幅度按从大到小依次为酸化、微波强化酸蚀、微波。综合观察T_(1)-T_(2)谱的变化,得出增透过程就是“开孔”、“扩孔”的过程的结论。微波主要作用为“开孔”,酸化主要作用为“扩孔”,微波强化酸蚀使“开孔”“扩孔”协同效应显著,表现出更好的增透效果。不同处理方法下孔隙度和孔喉与渗透率变化趋势一致,整体呈现增长趋势,证明3种处理方法对页岩增透均有效果,且渗透率大小与孔隙度和孔喉发育情况强相关。微波强化酸蚀页岩的分形维数减少幅度最大,为4.203%,是酸化处理的2倍,是微波处理的10倍。分形维数的减小表明孔隙内部更为光滑,降低甲烷吸附可能性,为页岩气的采收工作提供了更好的条件。 展开更多
关键词 页岩气开采 微波强化酸蚀 核磁共振 孔隙结构 渗透率 分形维数
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混煤燃烧过程中的交互作用:掺混方式对混煤燃烧特性的影响 被引量：16
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作者 马仑 汪涂维 +3 位作者 方庆艳 谭鹏 张成 陈刚 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第9期2340-2346,共7页
在沉降炉上开展了高、低挥发分煤不同配比(贫煤掺混烟煤比例0,25%,50%,75%,100%)下混煤燃烧特性实验,研究了"炉外"和"炉内"两种掺烧方式对混煤燃尽与NO_x排放特性的影响。结果表明,混煤燃烧过程中烟煤对贫煤存在促... 在沉降炉上开展了高、低挥发分煤不同配比(贫煤掺混烟煤比例0,25%,50%,75%,100%)下混煤燃烧特性实验,研究了"炉外"和"炉内"两种掺烧方式对混煤燃尽与NO_x排放特性的影响。结果表明,混煤燃烧过程中烟煤对贫煤存在促进和抑制两种作用,两者的竞争共同决定了混煤的燃尽特性。"炉外"掺烧方式下,掺烧烟煤比例较小时,促进大于抑制作用,有利于混煤燃尽;进一步提高烟煤掺烧的比例,抑制作用增加并大于促进作用,不利于混煤的燃尽;NO_x排放量随烟煤掺烧比例增加基本呈线性增加规律。掺烧烟煤比例控制在25%以内有利于提高混煤燃尽率;掺烧烟煤比例为75%时,混煤燃尽率显著降低。"炉内"掺烧方式下,混煤燃烧中的促进与抑制作用会同时减弱;掺烧大比例烟煤时,烟煤与贫煤混合越晚越有利于混煤燃尽;NO_x排放量随着烟煤延迟混合而逐渐降低。"炉内"掺烧烟煤且烟煤延迟送入炉内有利于混煤燃尽率,且NO_x的排放降低明显;而贫煤延迟送入炉内则会导致混煤燃尽率进一步降低,但NO_x排放降低程度低于前者。 展开更多
关键词 混煤掺烧 掺烧方式 滴管炉 交互作用 燃尽率 NOx
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基于信息融合技术的超前液压支架姿态感知方法及实验验证 被引量：7
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作者 张坤 孙政贤 +8 位作者 刘亚 李玉霞 杜明超 马英 魏训涛 徐亚军 王鑫 余铜柱 丁超 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第S01期345-356,共12页
超前耦合支护系统空间姿态动态监测方法融合了众多的先进感知传感器,而单一感知传感器间相对独立,无法融合由于复杂扰动变化引起的超前液压支架组的空间姿态动态信息和相对位置信息反馈。采用多传感器系统协同作业的原理,结合超前液压... 超前耦合支护系统空间姿态动态监测方法融合了众多的先进感知传感器,而单一感知传感器间相对独立,无法融合由于复杂扰动变化引起的超前液压支架组的空间姿态动态信息和相对位置信息反馈。采用多传感器系统协同作业的原理,结合超前液压支架组相对位置调整、移架和顶底板变形引起的2种典型空间姿态变化情况,提出一种基于信息融合技术的超前液压支架组姿态感知方法。采用超声波测距传感器测量超前液压支架组与巷帮相对位置动态信息,将小于安全距离进行位置调整过程中所引发的超前液压支架组空间姿态变化视为航向角度的动态变化,实现超前液压支架组位置调整、移架过程的空间姿态感知。采用九轴姿态传感器感知支架顶梁、底座和连杆机构的姿态动态变化信息,利用卡尔曼滤波算法融合单个姿态传感器各轴姿态数据,抑制测量过程中噪声的影响,利用自适应加权融合算法将所有姿态传感器具有相同变化趋势的同轴数据进行融合,实现对超前液压支架组空间姿态数据的动态融合感知。最后使用超前液压支架组空间姿态感知实验台对所提出的超前液压支架组空间姿态感知方法进行实验验证分析。实验结果表明:横滚角融合结果最大误差为0.0243°,最小误差为0.0016°,平均绝对误差为0.0048°,偏航角融合结果最大误差为0.0276°,最小误差为0.0012°,平均绝对误差为0.0047°,验证了所提出的姿态感知方法的准确性。 展开更多
关键词 超前液压支架 姿态感知 信息融合 自适应加权算法 实验验证
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