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2019年  第4卷  第3期

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辛置煤矿复杂灰岩含水层的模糊综合判别法
赵峰华, 郭元, 孙红福, 杨萌
2019, 4(3): 195-203.
摘要(680) PDF(218)
摘要:
本文通过对辛置煤矿52个矿井水水质的系统研究,总结了辛置煤矿3个复杂灰岩含水层的水化学特征,并利用改进的模糊综合判别法对辛置煤矿3个灰岩含水层的水样进行了判别研究。研究结果表明:辛置煤矿石炭系太原组K;灰岩含水层水化学特征明显,其判别依据为SO4-Na型,且水样的yca/Yso4,比值均小于0.5;由于地质构造复杂、地层岩性不均一和地下水径流条件多变,造成石炭系太原组K,灰岩含水层和奥陶系峰峰组O,f灰岩含水层的水质参数相互重叠,无法通过常规水化学方法进行有效判别。本研究采用常量离子当量浓度百分比、YcaYa和YMgYa作为模糊综合判别模型中的判别因子,取代传统判别法中利用常量离子质量浓度作为判别因子,将水化学机理与模糊数学原理有机融合,使模糊综合判别法的准确度由原来的75%提高至96.2%。
深部煤层顶板砂岩弹性模量与孔隙度关系模型研究
赵阳, 周宏伟, 刘迪, 任伟光, 刘建锋
2019, 4(3): 204-212.
摘要(594) PDF(126)
摘要:
岩体弹性模量与岩体组分、内部结构及所处应力状态密切相关。 本文将孔隙看作岩石中 弹性模量为零的组成物质,建立了岩石整体弹性模量与各组成物质的弹性模量、体积分数关系的 模型。 结合花岗岩、深部煤岩、顶板砂岩、人工配比的高压胶结砂岩等多种脆性岩体的实验结果, 确定深部顶板砂岩的模型参数。 并针对深部顶板砂岩进行了循环加卸载声发射实验,确定了岩 石弹性阶段弹性模量随孔隙度的变化规律。 结果表明,本模型弹性模量计算值与实验测量值平 均误差为2*11%,说明本文建立的弹性模量与孔隙度关系的模型是适用的。
两向不等压巷道围岩塑性区解析的评估与改进
董海龙, 高全臣
2019, 4(3): 213-220.
摘要(352) PDF(170)
摘要:
以侧压系数为1的特例为基准,将依据近似隐式法得到的围岩塑性区半径与基于成熟轴 对称平面应变理论的相应解析解进行对比,发现前者存在较大理论误差。 为改进近似隐式法的 这一不足,从已有围岩水平轴上塑性区半径的估算方法出发,以轴对称应力场塑性区公式和总线 荷载集度不变的假定为基础,推导了两向不等压巷道围岩竖向(或水平)轴上塑性区半径的近似 解;然后结合近似隐式法求解的塑性区形状,相对准确地确定了两向不等压巷道围岩的塑性区范 围。 该算法不仅消除了近似隐式法在侧压系数为1时的理论误差,还克服了原估算法导致等压 时围岩弹塑性交界线处径向应力为0的理论缺陷,是一种相对合理且准确的两向不等压巷道围 岩塑性区范围的估算方法。
淋水软弱巷道注浆加固扩散机理与参数优化的研究
何文瑞, 何富连, 张坤, 徐祝贺
2019, 4(3): 221-229.
摘要(405) PDF(104)
摘要:
为了研究淋水软弱巷道注浆加固与封堵围岩过程中浆液渗透扩散机理并优化注浆参数, 采用流固耦合数值分析方法探索浆液在岩体中的运动扩散规律,并给出合理注浆压力、时间与浆 液水灰比;基于弹塑性与渗流理论分析水渗透压作用下注浆加固半径与塑性区大小关系,确定合 理注浆深度。 研究结果表明:高水黏度时变特性浆液在岩体中的扩散范围随着压力、水灰比和注 浆时间增加而增大,针对石碣峪矿井地质生产条件,合理注浆压力为2*5MPa,水灰比为2∶1,注浆 时间约为30min;随注浆半径增大塑性区半径减小,但减幅变小,得出合理注浆半径约为10*29m; 在注浆半径5*5m、渗流压力0*5MPa下,巷道围岩塑性区半径为2*84m,大于无渗流塑性区半 径2*10m;在深孔锚索注浆治理淋水软弱巷道中采用优化后的注浆参数,取得了良好的效果。
单轴压缩条件下砂岩的声热效应特征研究
杨志良, 赵毅鑫, 杨东辉, 杨敬虎, 刘斌
2019, 4(3): 230-239.
摘要(401) PDF(80)
摘要:
在单轴压缩条件下对鄂尔多斯盆地煤系地层中的中砂岩、细砂岩、粉砂岩进行声发射 (AE)和红外辐射测试,分析加载过程中应力、声发射能量、平均红外温度(AIRT)与时间演化特 征,研究不同颗粒砂岩在破裂过程中的声热效应特征。 结果表明:同种砂岩不同区域AIRT在压 密弹性阶段走势相同,在塑性及破坏阶段走势并不一致,总体呈波浪下降趋势,且砂岩中部的温 度均高于上部和下部;不同砂岩破坏时温度变化与能量积聚、耗散状态相关,表面整体AIRT变化 呈现波浪下降趋势;AE刚开始不明显,塑性阶段后期AE由相对平静状态进入突增状态,峰后仍 有大量AE现象;红外辐射的前兆要先于AE,中砂岩的红外预警时间平均比AE提前20*533s, 细砂岩提前6*516s,粉砂岩提前6*4s,AE敏感性要高于红外辐射;砂岩的声热效应与颗粒大小 密切相关,颗粒越大,声热效应越明显,依次为中砂岩、细砂岩、粉砂岩。
基于尼古拉兹实验的层流底层数学模型
齐艺裴, 张杉
2019, 4(3): 240-245.
摘要(490) PDF(184)
摘要:
矿井通风中,巷道壁面处存在的层流底层,对核心区涡的形成、粉尘运移、瓦斯积聚及壁 面的换热、换质、减阻等起到重要作用。 论文以尼古拉兹实验为基础,通过理论分析得到了层流 底层流速分布式;确立了过渡区与水力粗糙管区的分界线;建立了更加精确的层流底层厚度数学 模型和边界紊流速度数学模型,验证了层流底层厚度随雷诺数的增加和粗糙度的减少而减少的 现象;发现了层流底层能量耗散比例随雷诺数的减少和粗糙度的增加而增加的规律,为矿井通风 研究提供了基础。
滑动粗糙表面接触导热的影响因素研究
刘雨薇, 李和言, 叶福浩, 吴健鹏
2019, 4(3): 246-253.
摘要(443) PDF(244)
摘要:
通过对ABAQUS有限元软件进行二次开发,对滑动粗糙表面间的接触导热问题进行了研 究。 将滑动粗糙表面间的接触热导定义为滑动速度、接触压强、材料热参数以及表面粗糙度的函 数,并且分析了3个无量纲参数对接触导热的影响。 研究表明,往复运动形式对滑动粗糙表面间 的导热具有重要的影响。 当滑动表面间的导热过程达到稳定状态时,单位时间内的无量纲平均 热流密度随着无量纲参数 η 和无量纲频率* ω 的增大而升高,随着接触荷载的减小以及表面粗糙 度的增大而减小。 此外,无量纲平均温度的变化规律与无量纲平均热流密度的变化规律相一致。
叶蜡石高压同步辐射X射线衍射分析
邓雯丽, 邓福铭, 马向东, 许晨阳, 赵君
2019, 4(3): 254-260.
摘要(458) PDF(175)
摘要:
针对北京门头沟叶蜡石粉末进行了高压同步辐射X射线衍射分析,发现叶蜡石升压至 15GPa时(002)衍射峰消失,叶蜡石层状有序堆垛结构被破坏,其准等静压传压功能消失,因而 确定其传压上限压力为15GPa。 叶蜡石在升压过程中晶格被压缩,卸压过程中发生回弹但始终 处于被压缩状态,且压缩程度c轴最大、b轴次之、a轴最低。 在金刚石合成压力(6GPa)范围内, (002)晶面间距压缩率为3*76%,大于(020)和(200)晶面间距压缩率(1*26%);卸压时(200)晶 面回弹率为0*6%~0*7%,高于(020)晶面的(0*1%~0*2%)。 叶蜡石卸压过程中的密封性能与 (002)、(200)晶面回弹效应密切相关。
摩尔比n(SiO2)/n(Al2O3)对发泡地质聚合物物理性能和微观结构的影响
芮雅峰, 王栋民, 崔勇, 袁宁, 焦亚茹
2019, 4(3): 261-268.
摘要(516) PDF(106)
摘要:
使用固硫灰(CFAS)、硅灰(SF)、水玻璃(WG)、NaOH和H2O2 制备发泡地质聚合物,用 硅灰来调节地质聚合物的摩尔比 n(SiO2)/n(Al2O3),测试新拌浆体的发泡倍数、发泡速率。 对 硬化后浆体进行强度和表观密度等性能的测试,结合Image-ProPlus软件分析孔径分布;通过X 射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)等手段分析发泡地质聚合物的 微观结构。 结果表明:在试验条件下,摩尔比 n(SiO2)/n(Al2O3)的提高加速了水化反应速 率,适宜的摩尔比使得发泡时间提前;红外光谱波数的迁移表明,碱激发后 Si—O 与 Al—O 键发生重排,合适的摩尔比对地质聚合物的重排反应是有利的,提高了聚合度;XRD图谱显示有 沸石等产物生成;当摩尔比 n(SiO2)/n(Al2O3)为2*79 时,试件28d 强度及表观密度分别为 1*06MPa和231g/L,此时试件微观结构具有良好的致密性。
硝酸改性煤基活性炭吸附处理垃圾渗滤液
唐佳伟, 师学璐, 张春晖, 吴笑宇, 颜正, 潘毅, 康晓晗, 王永慧
2019, 4(3): 269-276.
摘要(652) PDF(201)
摘要:
采用硝酸对煤基粉末活性炭进行改性处理,考察不同改性条件下活性炭吸附性能的变 化,并将最优改性条件下所得的活性炭用于对垃圾渗滤液的深度处理,考察活性炭的不同投加量 和吸附时间等参数对污染物的去除效果。 试验结果表明:在硝酸浓度15%、改性温度60℃、改性 2h后,改性活性炭中孔孔径的比例最大,吸附性能最佳;在改性活性炭处理垃圾渗滤液试验中, 当活性炭投加量为4g/150mL、吸附时间为12h、溶液pH值为7时,化学需氧量(COD)、氨氮 (NH3-N)、总氮(TN)、六价铬(Cr6+)的去除率分别为79*0%、43*3%、52*6%和100%。 改性后, 活性炭对COD和TN的去除率较改性前分别提高10*1%和17*3%。 对COD吸附降解动力学分 析发现,改性活性炭12h内吸附降解COD的反应更符合零级动力学反应。 对降解过程进行非线 性拟合表明,降解过程可由Logistic函数模型模拟和预测。 利用超声波法,在pH值为4*5的酸性 条件下超声2h以上时,对改性活性炭再生后恢复效果较好,以UV254为参考值,再生后处理率相 比初次使用时仅降低12%,可重复利用。
基于地统计学的某煤化工场地土壤中汞的分布及人体健康风险评价
韩佳明, 陈健, 厉慧芳, 张日新, 于妍
2019, 4(3): 277-284.
摘要(421) PDF(112)
摘要:
为加强我国煤化工厂区汞污染的防治,本研究以地统计学为研究手段,选择我国西北某 煤化工厂汞污染场地为研究对象,分析厂区汞的分布情况,并进行人体健康风险评价。 研究表 明:煤化工厂区土壤汞含量平均为0*092mg/kg,为当地背景值的4*4倍,呈现明显富集现象;联 合非致癌风险以口摄入为主,风险平均值为0*093,对人体健康暂不构成威胁。 从厂区风险分布 图可以看出,风险中心区域位于动力单元及其西南侧,呈椭圆状并向四周逐步扩散,说明煤化工 汞污染场地的风险防范重点在燃煤烟气的控制。