钻孔间距对水力压裂促抽煤层瓦斯的影响

针对定量确定合理钻孔间距困难问题，基于损伤力学和多场耦合理论，建立了水力压裂和瓦斯抽采的煤层流固耦合模型，包括和水运移场、应力场以及孔隙度、渗透率演化方程，并采用Comsol联合Matlab求解，研究了不同钻孔间距时压裂和抽采过程中煤层弹模、损伤值、渗透率、瓦斯压力、抽采量和压裂贯通时间的变化规律。结果表明:耦合模型可较准确地模拟煤层水力压裂和瓦斯抽采过程；压裂贯通时间与钻孔间距呈指数增长关系；在马堡煤矿，当钻孔间距为4~8 m时，压裂损伤区在抽采孔贯通，渗透率呈“n”型曲线，瓦斯抽采后，瓦斯压力迅速下降，抽采有效区随间距的增加而增大；当钻孔间距为9~12 m时，压裂损伤区未贯通，煤层渗透率呈“m”型曲线，抽采有效区随间距的增加而减小，与间距4~8 m相比，瓦斯抽采量较小。     

加轴压卸围压下含瓦斯煤岩损伤变形的能量演化机制

采动影响下含瓦斯煤岩的损伤变形是一个极其复杂的非线性过程，单纯依靠传统经典弹塑性力学无法准确分析其破坏机理。针对此情况，通过试验研究了不同初始围压条件下含瓦斯煤岩的损伤变形特征，并分析了损伤变形与能量演化规律之间的内在联系。研究表明:初始围压越高，煤样破坏时强度越大，脆性破坏特征越明显，瓦斯流量急剧增加幅度越大，煤样破坏时积累的总能量和弹性应变能越多，且初始围压与弹性能之间满足对数函数关系。采用累积耗散能定义了煤岩损伤变量，并分析了不同阶段损伤与渗透率之间的演化关系。     

“两带”渗透率分布模型应用及渗透率规律研究*

为了研究覆岩破坏后形成“两带”的渗透率分布规律,根据理论推导应力-应变曲线以及采空区材料力学参数公式,建立“两带”渗透率分布模型,采用COMSOL软件分别对垮落带的渗透率分布和断裂带渗透率分布进行数值模拟。研究结果表明:垮落带渗透率呈“椭圆”分布,渗透率最大可达到1.07×10-6 m2,最小可达到1.5×10-8 m2;随着高度的增加,采空区两侧的渗透率变化幅度增加,中部的渗透率变化值较小。断裂带渗透率呈“铲状”分布,靠近工作面区域渗透率最大,断裂带的渗透率在上下隅角处最大可达到1.8×10-10 m2,垂直方向上随着高度的增加渗透率减小。研究结果可为西部典型浅埋煤层安全高效开采提供现场指导作用。     

降雨和土地利用对地表径流的影响-以北京北护城河周边区域为例

以北京北护城河周边区域为例,探讨了降雨和土地利用对地表径流的影响。选取了2011-2012 年4-11 月的15 场降雨,分别代表小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨和特大暴雨这6 个雨量级。利用校准的雨洪管理模型（Storm Water Management Model, SWMM）分别模拟每次降雨事件下研究区7 个控制断面的地表径流深度。结果表明,地表径流深度随降雨量的增加显著线性增加。当降雨量在不同量级之间变化时,地表径流深度的变化幅度不尽相同。在不同的降雨事件中,降雨量和地表径流深度随时间的动态变化趋势可能有很大的差异,但地表径流深度在某一时刻的值的高低均决定于之前1~2 h 的降雨量,而地表径流深度的总体上升或下降趋势均决定于前期累积的降雨量。地表径流深度随渗透面积比例的增加显著下降,且变化曲线存在临界阈值（为15%~20%）。在暴雨、大暴雨和特大暴雨时,渗透面积比例对地表径流的影响更大。研究结果可为控制汛期城市地表径流量和洪峰流量、减少城市内涝提供土地利用和管理方面的理论依据和决策建议。     

冲击载荷下各向异性煤体渗透-应力敏感性试验研究*

为揭示冲击煤样渗透率的变化规律，通过立式分离式霍普金森（SHPB）冲击装置对不同层理方向煤样进行动态冲击，进而采用渗透仪对冲击后的煤样进行渗透率测试，分析不同冲击荷载下煤岩的渗透率及应力敏感性。结果表明:冲击煤样的渗透率远大于原煤样品，冲击载荷越大，渗透率越大；在相同的冲击载荷和气体压力下，平行于层理方向的煤样渗透率最大，其次是斜交45°层理方向的煤样渗透率，垂直于层理方向的煤样渗透率最小；渗透率受有效应力影响显著；在冲击荷载的作用下，垂直于层理方向煤样渗透率的变化率对孔隙压力更为敏感。     

深孔预裂爆破对含坚硬顶板高瓦斯煤层的综合作用研究

为研究深孔预裂爆破技术在含坚硬顶板高瓦斯煤层开采中的应用,以顾桥矿1123(1)工作面坚硬顶板为研究对象,基于小挠度理论建立了坚硬顶板垮落力学模型,导出了初次来压步距计算式;综合考虑瓦斯抽采需要,对深孔预裂爆破孔进行了优化设计,并在工作面顶板中开展了现场试验研究。结果表明:在工作面推进至27.3m时出现垮落,爆破后钻孔瓦斯流量显著增加,部分提高至30倍以上,瓦斯抽采量提高了3.5倍,初采期间安全回采煤炭25万吨,实现了坚硬顶板控制和卸压增透双重作用。     

现场测定煤层透气性系数计算方法的优化研究

为深入分析瓦斯在煤层内流动的阻力特性,根据煤层瓦斯径向不稳定流动理论,探讨煤层透气性系数的本质内涵及物理意义,指出其现场应用过程中存在的不足。基于无因次流量准数Y和时间准数F0之间的关系,对系数a,b值进行修正,提出透气性系数公式的优化计算方法。给出对比2种计算方法的现场应用实例。结果表明,优化方法的计算过程不必采用试算,计算结果的相对误差小于2%,可满足现场应用的实际要求。依据现场测定值可计算出AB的区间范围,据此可直接选择相应公式计算煤层透气性系数。     

Balancing durability and environmental impact in concrete combining low-grade recycled aggregates and mineral admixtures

This paper investigated the effect of various amounts of low-grade recycled aggregates in concrete containing mineral admixtures at three different water-binder ratios on mechanical and environmental performance. The balance between durability and environmental impact for a given strength level similar to normal-use concrete was also examined using analytic hierarchy process. Results showed that increasing the water-binder ratio and volume of recycled aggregates reduced compressive strength and increased air permeability and drying shrinkage relative to normal aggregates. However, compared to normal-use concrete similar or better performance could be achieved, which was attributed to improvement of low-grade recycled aggregate performance when combined with fly ash. Similarly, CO₂ emissions and volume of raw materials were lower than the normal-use concrete for all mixes. Concrete mixes with low air permeability and low CO₂ footprint had the best balance of durability and environmental impact, as decreasing raw material volume tended to more greatly reduce durability.     

Polymer Barrier Films

Many polymers such as polyolefins (polyethylene, polypropylene), poly(vinyl chloride), aliphatic polyamides, poly(ethylene terephthalate), polycarbonate, and others are used as protective barrier films against the mass transport of small molecules of gases, vapors, and liquids (known as diffusates, permeants) in different applications. The barrier properties depend on the polymer characteristics such as solubility, diffusion, permeability, and others, the nature of the fluid, temperature, and other factors. Mainly polymer barrier film application in packaging, construction, and agriculture are discussed.     

几种腐殖填料生物滤池COD去除效能比较研究

分别采用腐殖垃圾、泥炭、煤炭等腐殖填料及河沙构筑生物滤池,处理模拟废水,比较研究其COD去除效能及降解特征,为工艺填料改性提供理论依据。几种填料的扫描电镜分析图显示腐殖垃圾及泥炭以团聚体三维空间结构为主;煤炭与河沙表面粗糙程度较小,且主要由颗粒状物质构成。稀释平板涂布法分离出各生物滤池中发挥主要作用的微生物共3种,各系统菌落数量有差异,但种类相同。3种腐殖填料生物滤池在进水有机物浓度为500 mg/L及1000 mg/L时均有较理想的有机物去除效率。3种腐殖填料生物滤池中泥炭构筑的腐殖填料生物滤池有机物比降解速率最小,因而微生物比增长速率最小,微生物增长和自身氧化最易趋向于动态平衡,对应的饱和水力渗透系数最大,滤池最不易发生堵塞,最有利于腐殖填料生物滤池长期稳定运行,证明泥炭是一种优良的生物介质。