NMR成像技术测试煤样渗吸过程中水分变化规律研究

外加水在渗吸过程中可以促进煤体瓦斯解吸，减小煤层瓦斯含量，从而减少瓦斯事故的发生频率。为了研究含瓦斯煤水分分布规律，采用NMR（核磁共振成像）技术，针对不含瓦斯煤进行定量外加水渗吸实验。研究结果表明:型煤中的水分主要受毛细管力和重力作用的影响；在自下向上吸水和自上向下吸水渗吸过程中，毛细管力作用相同，径向方向上水分扩散速度相近，但在轴向方向上的扩散速度具有明显差异，由于重力作用的影响，分别产生抑制和促进作用；水分三向扩散半径与时间符合朗格缪尔函数关系。     

基于核磁共振技术不同煤样吸附CH4实验研究*

为研究CH4在高、中、低阶3种煤样（无烟煤、焦煤、长焰煤）中的吸附特性及分布规律,采用低场核磁共振技术在不同吸附时间、不同压力条件下分别进行不同煤样的吸附甲烷实验。从微观上分析时间效应、变质效应、压力效应对煤吸附CH4的影响规律及甲烷在煤上各个孔径阶段分布变化。结果表明:随着吸附时间的增大,3种煤样的吸附态T2谱振幅积分均增加,大小依次为无烟煤＞焦煤＞长焰煤,吸附速率呈先快后慢的趋势,而游离态的T2谱振幅积分和区间范围逐步减少;随着注气压力的增加,3种煤样的吸附态和游离态的T2谱振幅积分和区间范围逐渐增大,吸附态T2谱积分曲线符合等温吸附方程,游离态T2谱积分曲线与压力呈正相关;吸附态甲烷主要集中在微小孔中,游离态甲烷主要集中在大孔和裂隙中。     

回采采空区自燃的早期过程及数值模拟分析

用对流问题的迎风有限元方法结合图形显示技术，求解了采空区漏风渗流移动方程和氧浓度消耗与扩散方程（数值模型），描述了采宽区自燃早期的漏风流态和氧浓度分布特征，用高氧浓度区与蓄热区的叠加确定采空区自燃氧化带。该模型能分析在不同漏风条件下自燃氧化带的形状变化及自然发火危险位置；工作面进度和工作面风量与自燃氧化带范围具有连续的依赖关系，为研究采空区自然发火早期成长过程，合理控制工作面进度等提供一种辅助分析手段，有利于从根本上预防采空区自然发火。     

地铁十字换乘车站全尺寸实验研究:I.站厅火灾

为了全面了解在不同通风模式下地铁十字换乘车站站厅火灾发展规律,通过在8A编组地铁十字换乘车站公共站厅层开展1 MW规模的全尺寸火灾实验,对不同通风模式下换乘地铁车站站厅层公共区火灾场景下的烟气前锋到达时间、烟气扩散与沉降范围和楼扶梯处温度等参数进行分析研究。研究结果表明:在换乘线路A线站厅层发生火灾时,受到出入口自然风以及站厅层空间结构的影响,站厅内形成了由站厅北侧向南侧方向的风压,有效抑制了烟气向B线站厅扩散;通风排烟系统能够有效降低烟气扩散速率,控制烟气扩散范围和沉降高度;针对此类结构车站站厅的防排烟设计,应综合考虑通风、出入口位置和空间构筑物对火灾烟气扩散的影响,确保火灾过程中人员疏散路径和楼扶梯处烟气层高度和烟气温度处于安全水平。     

高阶煤润湿过程中水分运移的低场核磁共振试验

为深入了解煤层注水过程中水分在高阶煤煤体中的运移特征，以焦作中马村矿高阶煤为研究对象，利用低场核磁共振(LNMR)设备，测试煤样在负压浸水试验、等温浸润试验过程中不同浸水时间时的核磁谱图，结合煤样负压浸水过程的质量变化，获得制备饱水煤样所需的试验条件；结合煤样等温浸润过程质量变化，从微观层面定量分析煤样润湿过程中水分进入煤体的分布特征、煤样含水率和含水饱和度的变化规律。结果表明：水分在毛细管力作用下，可以浸润到煤体的最小孔径对应的核磁弛豫时间为0.014 ms;水分按照较大孔→小孔→微孔的路径依次进入到煤体中，按照微孔→小孔→较大孔的路径依次达到饱和状态，试验煤样在相同的润湿时间时，虽然含水率不同，但整体含水饱和度几乎一致，且煤样整体含水饱和度与润湿时间的0.5次方之间存在定量关系。     

活性炭对酚醛类化工废水深度处理的动态吸附性能研究

为活性炭应用于酚醛类化工废水深度处理，研究了活性炭对此类废水中有机物的动态吸附性能以及氮的去除。通过动态吸附试验，选出吸附效果最佳的活性炭，研究其对废水中有机物的等温吸附和动力学，并利用比表面积(BET)测试法和傅里叶红外光谱(FTIR)表征技术分析活性炭表面特征，同时探讨不同因素对吸附的影响，再以床厚服务时间(Bed-Depth-Service Time, BDST)模型对动态试验数据进行线性拟合分析。结果表明：椰壳炭吸附效果最好，朗格缪尔(Langmuir)吸附等温线模型和拟二级动力学模型可以较好地描述其动态吸附行为；吸附过程中粒子内扩散并不是唯一的限速步骤，有机物的吸附主要发生在边界层扩散阶段；根据椰壳炭孔状结构的变化说明吸附主要发生在微孔区；—OH、—COOH、■等官能团能与有机物相互反应，主要涉及氢键、π-π相互作用、静电引力；含氮化合物会与有机物产生竞争吸附，影响其吸附量；BDST模型不仅可以有效描述吸附床高度与穿透时间之间的关系，而且能够准确地预测新的操作条件下的有机物穿透时间，误差均小于5%。     

低压下聚乙烯绝缘层导线火蔓延熔融滴落实验分析

低压导线火蔓延的研究对于飞机和航天器的防火安全具有重要意义。针对镍铬合金线芯、聚乙烯(PE)绝缘层导线火蔓延过程中的熔融滴落现象,在低压舱内开展了不同气压、不同氧气浓度的大量实验研究,获得了导线熔融滴落频率、质量和火蔓延速度,以及不同氧浓度熔融滴落的上下限。结果表明:(1)在熔融滴落过程中,由于滴落会产生向上的动量,从而使火焰在滴落后发生突然的"跳动"现象,火焰高度先增加后降低;(2)滴落上限和滴落下限随着氧浓度的增加而降低,并且可以划分为3个不同的区域:火蔓延仅存区;滴落和火蔓延共存区;无滴落无火蔓延区。滴落上限和滴落下限下降曲线在50%氧浓度、5kPa压力发生会合,此后只有火蔓延而不存在滴落现象。(3)当压力降低时,由于线芯温度增加,线芯传导热量增加,导致绝缘层熔融速率加快,从而使得滴落频率增加,同时液滴的表面张力随着压力的降低而增加,使得低压下液滴的质量变大。     

天然气高压输送管道微量泄漏TDLAS检测技术理论研究

天然气输送管网规模随着城镇化进程加快而急剧扩大,高压管道气体微量泄漏的威胁日益严重,传统检测方法不能实现连续地精确检测。利用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)检测技术可以实现对微量泄漏的甲烷等气体进行快速、精确地检测。介绍了TDLAS技术的检测原理和压力管道的泄漏物理模型。选择CH4在1 653.7 nm处的吸收谱线为研究对象,结合已有的数据与参数,分析了光谱吸收率和可探测浓度下限随温度、压强的变化特征,以及激光扫描步长对测量精度的影响。结果表明,TDLAS技术应用于高压管道微量泄漏的实时检测是可行的。测量得到的气体浓度符合检测标准,可作为相关检测的基准值谱。     

高压水射流卸压防治复合动力灾害机理及应用

为研究高压水射流卸压防治复合动力灾害的可行性，以余吾煤业高瓦斯矿井东翼采区内首采N2105工作面工程地质条件为背景，通过现场调研、理论分析、数值模拟和工业性试验等方法，对N2105进风平巷两帮采取高压水射流卸压防治效果进行了研究。结果表明:对巷帮煤体采取高压水射流卸压技术，煤体在高压水射流的冲击力和扰动应力波共同作用下瞬间发生破坏；巷帮侧支承应力分布曲线由原有的“单高峰值”转变为“内低外高双峰值”，受以上支承应力变化的影响，底板煤岩体内难以形成范围较大且连续的塑性应力状态区；现场电磁辐射和矿压监测结果表明高压水射流技术对煤层卸压增透效果显著，降低了巷道发生复合动力灾害的可能性。研究结果可为同类矿井复合动力灾害的防治提供参考和借鉴。     

岸滩侵蚀的环境工程观念

本文从环境工程的角度讨论了岸滩侵蚀问题中建立分析模型的基本框架.讨论了岸滩岩土介质在风浪潮作用下,根据不同的侵蚀准则所建立的岸滩沉积物在近海迁移和传输的模型.得出了岸滩的侵蚀、演变过程由三相组成的结论,第一相是与饱和多孔介质经受动力载荷变形和损伤相联系的固态相;第二相是关于介质侵蚀和剥离的流-固态混合相;第三相是流动和沉积物运输的流体相.从分析讨论还可以看出,岸滩侵蚀演化的模拟分析可在岸滩介质的动力固结、悬浮介质扩散漂移及海浪流体动力学理论相互交叉的基础上,针对海岸环境工程问题中的观念和现象来建模并完成.研究表明,在分析海滩侵蚀和海岸演化过程的机理时,采用海洋环境工程学中的相关方法可以得到更符合实际状况的结果.用损伤力学方法建摸研究岸滩介质的侵蚀和沙化过程,可以将海岸沉积物的迁移速率描述为海床面上的等效摩擦剪应力、损伤状态、侵蚀参数及介质的孔隙冲蚀率的函数.在岸滩侵蚀和演化机理研究中将海岸沉积物的纵向迁移和横向迁移理论相结合的模型有一定的优越性,这为岸滩侵蚀与海岸演变提供了定量的分析方法.     

天然气净化厂管道泄漏H2S毒害后果影响因素数值分析

为定量评估高含硫天然气开敞空间泄漏过程中风速、风向、泄漏速度、泄漏方向对毒害后果的影响，以天然气净化厂管道泄漏为例，采用正交实验设计方法设计实验场景，基于CFD进行泄漏扩散仿真实验，以吸入剂量、毒害面积、最大毒害面积到达时间、毒害体积、最大毒害体积到达时间作为毒害效应指标，分析不同因素对毒害后果的影响，并提出后果控制建议。研究结果表明:采用CFD方法进行泄漏扩散仿真能够还原泄漏扩散过程；利用正交实验进行影响因素分析可以节省实验资源、获取准确结果；风向和风速对各后果指标均比较敏感，在天然气净化厂建设过程中应着重考虑风的影响。仿真与正交实验结合的方法能够有效评估毒害后果影响因素的敏感性，可为毒害气体泄漏风险防控提供指导。     

气体爆轰波在管道中绕射和反射的实验研究

本文实验研究了氢/氧/氩气体爆轰波在矩形管中900尖角绕射时的传播特性,利用烟迹技术记录了实验现象,运用爆轰波波阵面结构理论和激波绕射及反射理论对实验结果作了分析。结果表明平面气体爆轰波在900尖角绕射时由于横波失去碰撞以及稀疏波作用,稳定三波结构在绕射区发生变化,在反射激波作用下形成热点产生子爆炸,重新在垂直分支管中形成稳定爆轰波。     

聚叠氮缩水甘油醚嵌段聚叠氮乙酸乙烯酯的合成及热稳定性研究

以聚叠氮缩水甘油醚(GAP)和4,4'-偶氮(4-氰基戊酸)(ACVA)为原料合成大分子引发剂(MI-GAP),用其引发氯乙酸乙烯酯自由基聚合,得到聚叠氮缩水甘油醚嵌段聚氯乙酸乙烯酯(GAP-bPVCA),最后将其叠氮化得到含能聚合物——聚叠氮缩水甘油醚嵌段聚叠氮乙酸乙烯酯(GAP-b-PVAA)。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外-可见光谱(UV-Vis)、核磁共振氢谱(1H NMR)对GAPb-PVAA的结构进行了表征。利用差热分析(DTA)、热重分析(TG)和微分热重分析(DTG)对GAP-b-PVAA的热稳定性进行了研究。结果表明,GAP-b-PVAA在空气中200℃未见分解;GAP-b-PVAA具有两个热失重过程,其中最大质量损失发生在228~243℃范围内,失重率为68.74%。GAP-b-PVAA热分解动力学参数由不同升温速率下的DTA表征数据,通过Kissinger方法和Ozawa方法计算得到,两种方法得到的表观活化能Ea数值相近,表明GAP-b-PVAA热稳定性良好,有望用于熔铸炸药中作为一种含能黏结剂。     

防灭火泡沫流体在采空区高位倾斜裂隙通道中的扩散研究

防灭火泡沫材料是1种新型的防灭火材料，对高位倾斜裂隙火灾的降温隔热、充填加固具有很好的应用性能。为了了解高位倾斜裂隙通道中泡沫流体的扩散规律，通过理论推导得出不同裂隙倾角和方位角下浆体2端面压力差随时间的变化方程式，以理论公式为基础进行修正，提出了泡沫流体的扩散规律函数式，并通过用其他实验测点进行误差对比分析。研究结果表明:误差均在允许的范围之内，证明拟合出的函数式具有普遍适用性，可以为大采空区隐蔽高温火源点的防治提供理论支持。     

松散煤岩体钻封注耦合注浆锚固机理与试验研究

针对松散煤岩体巷道钻孔成孔困难、锚固力低的问题，提出了钻封注分次注浆时空耦合加固方法，实现了钻孔内“全长封孔+带压注浆”，分析了钻封注分次注浆加固技术原理，研发了自钻锚杆、封孔及加固注浆材料，其封孔材料具有膨胀性大、强度大和凝固时间快等特点，注浆加固材料具有速凝早强、流动性好、固结效果好及强度较高等优点。研究结果表明:全长封孔后带压注浆，浆液扩散半径大，钻封注锚杆锚固力相对于数脂锚固提高1倍以上，表明钻封注分次注浆加固技术具有较高的应用价值。     

人工冻结法调控多年冻土区桩基础地温场的效果分析*

为了解决青藏铁路运营过程中,由于多年冻土地基的升温退化,部分多年冻土区桥梁桩基础承载性能下降,产生有害沉降变形,进而造成桥梁上部结构移位破坏,甚至部分桥梁桩基础在短时间内产生较大的沉降变形这一严重问题。基于当前多年冻土区桥梁桩基础沉降病害快速抢修技术空缺,提出人工冻结技术处置多年冻土区桥梁桩基础沉降病害的新设想,利用数值软件建立冻结管-桩基础三维模型分析该技术的可行性与调控效果,分析冻结参数、场地冻土条件等对冻结效果的影响。研究结果表明:人工冻结法可以快速降低桩周多年冻土温度;同时,冻结96 h可以对桩基地温场起到较好的冷却效果;冻结管至桩的距离对冻结效果的影响最为显著,冻土的含冰量越大,则降温速率越慢。     

地铁多线换乘车站火灾模型实验研究—(2)十字换乘车站火灾

针对当前地铁十字换乘车站缺少火灾场景系统性分析和评估的问题，釆用1∶10的地铁多线换乘车站火灾实验模型，进行十字换乘车站的火灾场景设计和对应全尺寸火源热释放率0.91~2.60 MW的火灾实验，研究十字换乘车站内站厅及站台危险位置发生火灾时的优化排烟方案。结果表明:站厅一端火灾时，站厅排烟可确保中部换乘通道和站厅另一端楼梯及出口在起火6 min内不受烟气影响；站厅中部火灾时，采用站厅排烟能保障站厅两端楼梯及出口作为疏散通道的安全性。地下2层站台或地下3层站台一端楼梯口发生火灾时，采用站台排烟与站厅送风联动的模式可控制烟气在站台内的扩散范围，确保站台未起火楼梯和站厅层在起火6 min内能够作为安全疏散通道；仅采用站台排烟可以控制烟气在站台内水平方向的扩散，但在火源功率较大时烟气会通过换乘通道和楼梯进入站厅。通过模型实验验证十字换乘车站中采用站厅站台联合通风模式的有效性，并提出多种火源功率、通风模式下的烟气扩散范围和规律，为十字换乘车站的烟气控制模式优化提供了数据支撑。     

基于大涡模拟的高校老宿舍楼火灾烟气控制方法

我国多数高校学生宿舍仍呈新老并用的格局,相当多的学生仍住在20世纪30～50年代修建的宿舍中。由于这些早年建筑的防火措施在设计中存在缺陷,火灾危险性很大。武汉大学樱园宿舍建于上世纪30年代,目前仍在使用中。通过分析樱园宿舍楼的特点,提出在走廊上设置挡烟垂壁的方法划分防烟分区。采用美国国家标准与技术研究院(NIST)开发的大涡模拟软件FDS,选取最具有代表性的火灾场景,对防烟分区划分前后温度分布和烟气扩散情况进行对比研究。研究结果证实,挡烟垂壁配合建筑端墙上已有的天窗可以有效地控制烟气扩散,减小烟气危害区域,降低了宿舍楼火灾的危险性。     

典型固定燃烧源颗粒物成分谱特征研究

为了研究典型固定燃烧源颗粒物成分谱特征,于2013年在河北省应用固定源稀释采样系统采集燃煤电厂、燃煤锅炉、水泥窑及焦化厂炼焦炉等固定燃烧源排放的颗粒物(PM_(10)和PM_(2.5))样品。采样点设置在脱硫除尘器后,稀释比控制在20倍,采样流量为16.7L/min,采集3~4 h,每种颗粒物采集3个平行样品。应用ICP-MS、离子色谱仪和DRI碳质分析仪对PM_(10)和PM_(2.5)样品中的元素组分、水溶性离子及OC/EC组分质量分数进行了分析。结果表明,采用循环流化床锅炉的燃煤电厂排放的PM_(10)中主要组分为Al、Ca、SO_4~(2-)、OC,其质量分数分别为12.1%±5.3%、20.4%±7.3%、9.7%±3.1%、26.7%±8.2%,PM_(2.5)主要组分为Al(11.4%±4.7%)、Ca(17.9%±5.8%)、SO_4~(2-)(11.5%±2.8%)、OC(30.4%±10.8%);采用煤粉炉锅炉的燃煤电厂排放的PM_(10)中主要组分为Al、Ca、SO_4~(2-),其质量分数分别为18.9%±6.4%、12.8%±4.3%、6.2%±2.3%,PM_(2.5)主要组分为Al(9.5%±3.7%)、Ca(12.8%±5.5%)、SO_4~(2-)(10.8%±3.6%)。燃煤锅炉排放的颗粒物中主要组分为Na、Ca、Al、Fe、S、SO_4~(2-)、OC,水泥窑窑尾烟气颗粒物中Na、S、Ca、SO_4~(2-)、Mg~(2+)、OC质量分数较高,炼焦炉排放的颗粒物中主要组分为S、SO_4~(2-)、NH_4~+、OC。4类固定燃烧源PM_(10)和PM_(2.5)成分谱中各成分的相关系数均在0.9以上,但分歧系数分析结果表明PM_(10)和PM_(2.5)颗粒物成分谱差异性较大。     

灞河溶解性有机质三维荧光光谱特征及相对分子质量分布研究

为了研究溶解有机质(DOM)与水质的相关性,联合应用三维荧光光谱(3D-EEMs)和液相-有机碳-有机氮检测(LC-OCD-OND)技术,在河流上游源区、中游城镇与下游城市河段设置16个采样点,结合人类活动及河流地貌特征对灞河流域的影响,研究了西安市灞河水体DOM。结果表明,河水DOM主要由生物大分子、腐殖质类物质、腐殖质降解产物和低分子中性物质组成,平均质量浓度分别为0. 157 mg/L、1. 746 mg/L、0. 478 mg/L、0. 361 mg/L。类腐殖荧光物质(紫外光区富里酸和类腐殖酸)主要集中在相对分子质量为1 000～20 000的腐殖质类物质中,占DOM总量的46. 5%;类蛋白荧光物质(可见光区色氨酸和酪氨酸)主要分布在相对分子质量大于20 000的生物大分子和相对分子质量小于350的低分子中性物质中,约占DOM总量的15. 1%。从源头到入灞河口,河水DOM含量水平由高到低的顺序为城市河段、城镇河段、源区河段。灞河水体总体腐殖化程度较弱,陆生源DOM贡献较小,下游城市河段DOM中自生源指数(BIX)相对较高,微生物及藻类代谢活动旺盛,新生自生源较多。下游污水处理厂出水对灞河下游水体中DOM组成及水质的变化具有关键作用,影响河水营养状态的潜在因子包括TN、EC、DO、生物大分子、腐殖质类物质和低分子中性物质。因此,3D-EEMs及LC-OCD-OND联用技术可以用来表征河流水质的空间异质性,并对污染物组分进行定量化判别和来源解析。