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萃取改造对煤体多尺度孔隙结构与甲烷吸附动力学的影响机制
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作者 王亮 郑思文 付沈光 《煤炭学报》 北大核心 2025年第8期3933-3952,共20页
水力化技术作为煤层瓦斯治理的重要手段,常辅以有机化学抑制剂注入,通过抑制瓦斯的吸附行为来提升煤层瓦斯的抽采效率。为了探明有机试剂对煤体理化性质的改造作用及甲烷吸附动力学行为受到有机组分的影响机制,利用有机试剂二氯甲烷(DCM... 水力化技术作为煤层瓦斯治理的重要手段,常辅以有机化学抑制剂注入,通过抑制瓦斯的吸附行为来提升煤层瓦斯的抽采效率。为了探明有机试剂对煤体理化性质的改造作用及甲烷吸附动力学行为受到有机组分的影响机制,利用有机试剂二氯甲烷(DCM)、四氢呋喃(THF)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和乙醇(EA)对试验煤样进行有机组分萃取和孔隙结构改造,综合采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、场发射扫描电子显微镜(SEM-EDS)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、^(13)C核磁共振(^(13)C-NMR)等表征手段和低压N_(2)、低温CO_(2)流体侵入法等孔隙分布测试手段对萃取改性前后的煤体物理及化学结构进行定性定量分析,探索基于微孔填充的积分优化模型的计算结果与萃取改造前后煤体对甲烷吸附的影响机制。结果表明:萃取改造作用导致高变质程度的无烟煤中有机组分发生不同程度变化,其中DMF的改造效果较强,其含氧官能团相对含量锐减,导致了煤的甲烷吸附能力降低(最大程度可从空白对照组的26.536 4 cm^(3)/g降至DMF处理后的10.983 0 cm^(3)/g);同时萃取改造作用改变了煤的孔隙结构,即中、大孔相对增加,微孔相对降低。通过优化微孔填充理论,解释了化学结构改变导致甲烷吸附量衰减作用机制;同时,利用分子模拟手段,通过径向配位分布函数定量对比了萃取改造下煤体限域效应强弱,获得了微孔填充与有机组分改变的内在关系,从微观化学角度解释了甲烷在煤体内部的吸附倾向。 展开更多
关键词 多尺度特征 有机质萃取 甲烷吸附 微孔填充 分子模拟
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竖井间距对烟囱效应极限高度的影响研究 被引量:1
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作者 刘洪永 武昕宇 +1 位作者 罗劭翔 张佳庆 《消防科学与技术》 北大核心 2025年第1期62-67,73,共7页
为深入研究火灾发生时竖井间距对竖井烟囱效应极限高度的影响规律,通过FDS软件对5 MW下的隧道火灾进行模拟,共设置4种不同的竖井截面尺寸和5种不同的竖井间距,模拟竖井间距对烟囱效应极限高度的影响。结果表明,随着竖井间距的增大,烟囱... 为深入研究火灾发生时竖井间距对竖井烟囱效应极限高度的影响规律,通过FDS软件对5 MW下的隧道火灾进行模拟,共设置4种不同的竖井截面尺寸和5种不同的竖井间距,模拟竖井间距对烟囱效应极限高度的影响。结果表明,随着竖井间距的增大,烟囱效应极限高度逐渐减小;此外,随着竖井截面尺寸增加,竖井间距对烟囱效应极限高度的影响显著增大。基于模拟数据得到了竖井烟囱效应极限高度z与竖井间距x和竖井截面边长y的数学模型,并进行模拟验证。该数学模型可以估算相同环境下,60 m≤x≤240 m,0.5 m≤y≤2.5 m时竖井烟囱效应的极限高度。研究结果不仅可以为自然通风竖井设计提供指导,同时也为相关领域自然通风系统排烟口的设计提供重要参考。 展开更多
关键词 安全工程 竖井间距 烟囱效应 极限高度 数值模拟
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辐射与明火作用下导线铜芯表面变色特征研究
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作者 刘洪永 罗劭翔 +2 位作者 武昕宇 张佳庆 王苾钰 《消防科学与技术》 北大核心 2025年第3期293-298,305,共7页
铜导线特征在火灾事故调查中应用广泛。采用GSL-1100X型管式炉辐射加热和正庚烷明火加热两种工况,将铜导线加热至100~1000℃的温度,通过炉冷、自然冷却和水冷却的方式降至常温。运用MATLAB软件,基于前景辅助K均值算法聚类识别照片中的... 铜导线特征在火灾事故调查中应用广泛。采用GSL-1100X型管式炉辐射加热和正庚烷明火加热两种工况,将铜导线加热至100~1000℃的温度,通过炉冷、自然冷却和水冷却的方式降至常温。运用MATLAB软件,基于前景辅助K均值算法聚类识别照片中的导线的L*a*b*颜色,定量分析导线铜芯表面颜色与受热、冷却条件的关系。结果表明:导线铜芯表面颜色随温度升高先由暗金色变为黑色,再变为红色,最后变为深灰色;明火加热工况相较于辐射加热工况整体颜色变化存在滞后;明火加热工况中,水冷却的颜色相较于自然冷却的颜色偏青色且变化较小。通过上述分析,提出一种基于导线铜芯表面颜色的火灾现场事故调查的思路,为火灾快速勘验提供参考。 展开更多
关键词 火灾物证 辐射加热 明火加热 铜导线 变色特征
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基于时间效应的超临界CO_(2)浸润颗粒煤力学特性及断裂机制
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作者 刘敏轩 王亮 +4 位作者 郑思文 吴淞玮 赵月辰 张保勇 刘超 《煤炭学报》 北大核心 2025年第9期4405-4415,共11页
深部不可采煤层的CO_(2)增强煤层气采收率技术(CO_(2)-ECBM)是实现“双碳”目标的重要途径之一,但其涉及的CO_(2)在煤层中的长期封存安全性问题亟待解决,解决该问题的关键在于研究超临界CO_(2)(ScCO_(2))作用下的不同尺度煤力学性能演... 深部不可采煤层的CO_(2)增强煤层气采收率技术(CO_(2)-ECBM)是实现“双碳”目标的重要途径之一,但其涉及的CO_(2)在煤层中的长期封存安全性问题亟待解决,解决该问题的关键在于研究超临界CO_(2)(ScCO_(2))作用下的不同尺度煤力学性能演化和破坏机理,而颗粒煤力学特性及断裂机制方面相关研究较少。本文选取陕西省郭家河煤矿烟煤为研究对象,开展了不同ScCO_(2)浸润时间下的颗粒煤力学特性研究,基于颗粒单轴压缩试验研究颗粒煤力学参数随浸润时间的变化规律,结合扫描电镜实验(SEM)探讨不同ScCO_(2)浸润时间作用颗粒煤力学性能的时间效应和断裂机制的演化过程。研究结果表明:颗粒煤力学性能随ScCO_(2)浸润时间的不同具有显著差异,基于24 h为时间分界线,将ScCO_(2)对颗粒煤力学特性的影响分为短时物理速劣效应和长时化学缓劣效应,在短时物理速劣效应中,ScCO_(2)的吸附膨胀引起的微裂纹对颗粒煤弹性变形阶段产生快速影响;而在长时化学缓劣效应中,煤分子结构的变化、有机质萃取和矿物溶蚀作用成为主导,这些作用影响颗粒煤力学性能的速度较为缓慢且影响能力较小。ScCO_(2)的膨胀变形、有机质萃取和矿物溶蚀作用使颗粒煤的弹性应变能释放和表面能降低,从而加速了裂纹扩展过程中的能量释放;通过构建颗粒煤断裂机制演化模型,进一步阐释了ScCO_(2)时间效应对颗粒煤断裂机制的影响,短时物理速劣效应颗粒煤的断裂主要受微裂纹密度增加的影响,长时化学缓劣效应对颗粒煤断裂机制的影响以模型内部应力集中点位和孔隙数量增加为主。 展开更多
关键词 超临界CO_(2) 时间效应 颗粒煤 力学特性 断裂机制
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受载砂岩变形破坏过程磁场响应规律研究 被引量:1
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作者 殷山 宋大钊 +4 位作者 王恩元 何学秋 李忠辉 刘晓斐 刘玉冰 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1803-1812,共10页
探寻岩石破坏过程新的物理响应规律,将会推动岩体监测预警技术的发展。利用磁通门弱磁检测技术,开展了单轴加载和循环加卸载砂岩受载破坏磁场监测试验,测试了砂岩在变形破坏过程中的磁场信号,分析了磁场与载荷、声发射之间的关系。结果... 探寻岩石破坏过程新的物理响应规律,将会推动岩体监测预警技术的发展。利用磁通门弱磁检测技术,开展了单轴加载和循环加卸载砂岩受载破坏磁场监测试验,测试了砂岩在变形破坏过程中的磁场信号,分析了磁场与载荷、声发射之间的关系。结果表明:砂岩在变形破坏过程中能够产生磁场信号,在单轴加载过程中,随着载荷增加,压密阶段磁场信号波动上升,波动系数较大;弹性阶段磁场信号稳定增大,波动系数变小;塑性阶段磁场信号显著增加,塑性阶段后期波动系数开始增大;破坏阶段磁场信号快速增加,波动系数变化较大,与试样载荷降和主破坏对应。相对于波动系数,磁场信号方差在前3个受载阶段较为稳定,破坏阶段的方差逐渐增大,并出现显著突变。在循环加卸载过程中,当载荷增加时磁场信号逐渐增大,载荷减小时磁场信号逐渐减小,试样临近失稳破坏时,磁场信号快速增加,显著高于前期循环加卸载过程。磁场信号与声发射计数具有较好的对应关系,表明磁场的产生与试样变形破坏密切相关。在岩体变形破坏过程中,矿物颗粒发生非均匀变形,界面处的电平衡被打破,自由电荷产生、迁移,引起电流变化,运动电荷或电流变化产生了磁场信号。利用磁场信号评估岩体的稳定性,有望成为一种无损、非接触、可连续监测的新方法。 展开更多
关键词 砂岩 变形破坏 磁场信号 循环加卸载 监测预警
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