水分对无烟煤瓦斯吸附影响的低场核磁试验研究

为研究水分对无烟煤瓦斯吸附的影响,以山西晋城集团王台铺煤矿无烟煤为研究对象,利用低场核磁共振技术,研究了煤样在不同水分含量下的核磁共振T2谱图,分析了T2谱图核磁信号与瓦斯吸附量的关系。结果表明:煤中水分质量分数较大时,水分在微孔、小孔、中大孔内均有分布;水分含量较小时,水分主要存在于微孔内。瓦斯吸附量随水分增加而减少,但水分对煤瓦斯吸附的抑制程度不同,水分质量分数从0增加到1.92%,水分主要存在于微孔隙中,瓦斯吸附量显著降低;而水分质量分数从1.92%增加到3.09%时,水分主要在小孔隙及中大孔隙内增加,瓦斯吸附量降低幅度较小。微孔隙中水分对瓦斯吸附的抑制作用较明显,随含水量增加,瓦斯吸附速度逐渐降低,吸附平衡所需时间增大。     

高阶煤酸化增透效果影响因素及机制研究

为使低透气性高阶煤达到最佳的酸化增透效果,以九里山矿无烟煤为研究对象,利用单因素法研究了酸化效果的主要影响因素,采用正交试验法优选了酸化增透试验参数;使用搭配能谱仪的扫描电子显微镜研究了酸化对煤表面微观孔隙结构及元素分布的影响;通过工业分析并借助X射线衍射仪研究了酸化对煤中矿物组分及含量的影响。结果表明：酸化效果随HCl质量分数的增加呈先增大后减小的变化规律,随HF质量分数的增加单调增加,在总质量分数相同条件下,混合酸液的酸化效果优于单组分酸的酸化效果;酸液对煤中矿物的有效溶解,使煤样表面出现许多溶蚀孔及裂隙,且溶蚀孔之间及孔隙-裂隙之间相互贯通形成大孔隙和裂缝,改善了煤中孔隙的连通性。     

酸化油页岩灰吸附Ni(Ⅱ)的研究

采用质量分数为50%的HNO3制备酸化油页岩灰吸附剂,研究吸附时间、吸附温度、Ni(Ⅱ)初始浓度、溶液pH值、吸附剂投加量和吸附剂粒径对酸化油页岩灰吸附性能的影响.结果表明,一定范围内,酸化油页岩灰吸附剂的吸附量(Qe)随吸附温度、Ni(Ⅱ)初始浓度、溶液pH值、吸附剂投加量的增加而增加,随吸附剂粒径的增加而减小.吸附温度对吸附刺的最大吸附量Q有明显影响.当Ni(Ⅱ)初始质量浓度为100 mg/L,溶液pH值为6.0,吸附剂粒径为53～75μm,吸附剂投加量为16.0 g/L,吸附搅拌速度为400 r/min时,25℃、30℃、35℃下酸化油页岩灰的最大吸附量Q分别为17.0 mg/g、33.2mg/g、42.9mg/g,且吸附主要以离子交换的化学吸附方式为主.酸化油页岩灰吸附剂对Ni(Ⅱ)的吸附符合Languir等温吸附方程,温度为25℃、30℃、35℃,溶液pH值为6.0,油页岩灰吸附剂投加量为16.0 g/L,油页岩灰吸附剂粒径为53～75μm条件下,酸化油页岩灰对Ni(Ⅱ)的最大吸附量Q分别为17.0mg/g、33.2 mg/g、42.9 mg/g.研究表明,油页岩灰经过酸化改性后可作为吸附荆处理含Ni(Ⅱ)废水,具有较好的市场应用前景.     

改性无烟煤去除水中内分泌干扰物的性能探究

以KOH为改性剂对无烟煤改性,研究了改性前后无烟煤对3种内分泌干扰物EDCs(17α-乙炔基雌二醇EE2、双酚A BPA、磺胺甲噁唑SMZ)的吸附性能。结果表明,KOH改性对无烟煤的孔结构和表面性质产生影响,提高了无烟煤对3种EDCs的吸附量,其中对EE2的吸附量提高了近2倍。3种EDCs在改性前后2种无烟煤上的吸附过程均可用伪二级动力学描述,吸附等温线更符合Langmuir吸附等温方程,表现为化学吸附。改性前后2种无烟煤对EE2均表现出最高吸附能力,平衡吸附量(qe)分别为0.214 7μg/mg与0.622 9μg/mg;其次是BPA;最差是SMZ,qe仅为0.095 9μg/mg与0.124 2μg/mg。进一步研究表明,目标物的吸附情况与其憎水性质和分子结构有关,无烟煤吸附目标物的能力与其正辛醇/水分配系数正相关。     

煤质活性炭腐殖酸吸附性能研究

本文对不同工艺生产的煤质活性炭进行了腐殖酸吸附性能动态和静态试验研究。结果表明：不同工艺生产的煤质活性炭腐殖酸吸附值（动态）有较大差异，柱状炭0．16mg／g左右，破碎炭0．40～0．63mg/g．其中压块破碎炭为最高；静态吸附条件下，腐殖酸吸附率差异不大，各类炭均大于70％。     

不同温度与压力下瓦斯的吸附-热力学特性研究

为研究不同温度和气体压力下煤岩吸附瓦斯行为及热力学特性,考虑真实气体行为和吸附相的影响,进一步修正L-F模型以量化煤岩吸附能力,通过不同温度和压力条件吸附数据验证新修正吸附模型的适用性.并以此计算煤岩等量吸附热,探讨温度和气体压力(吸附量)对等量吸附热的影响.结果表明,新修正的吸附模型能较好地表征低、中、高气体压力试验范围下的等温吸附行为,且较原L-F模型能够更精确地预测其他条件吸附量.煤岩吸附瓦斯过程中等量吸附热的绝对值随温度和吸附量升高均呈降低趋势,但气体压力处于亨利定律区域时,其对应等量吸附热并未展现出对温度和吸附量的依赖性,该值可作为评价煤岩在低压区域内吸附瓦斯亲和力的唯一指标.     

考虑水分影响的煤层气吸附及渗透机理

为定量分析水分含量和孔隙压力变化对煤层气渗流特征的影响,采用ASAP2020型比表面微孔分析仪进行低温液氮吸附试验,并通过等温吸附装置和三轴伺服渗流装置进行不同含水率条件下的煤岩吸附和渗流试验.在此基础上,建立考虑煤岩水分含量影响的吸附模型和煤层气渗透率模型,采用试验数据验证其合理性.结果 表明:在液氮吸附试验中,当相对压力较小时,煤岩吸附作用主要依靠范德华力;当相对压力较大时,其吸附作用则主要为毛细凝聚.在相对压力变化过程中,氮吸附量随相对压力的增大呈增大趋势,同时在相对压力较小时液氮脱附曲线与吸附曲线重合,且存在显著的吸附滞后现象.当煤岩中水分含量相同时,煤层气吸附量随孔隙压力的增大先增大后趋向于平缓,而当孔隙压力恒定时,煤层气吸附量随水分含量的增大呈减小趋势.在吸附作用的影响下,煤岩表面吸附变形量与煤层气吸附量的变化趋势一致.在水分与吸附作用综合作用下,煤岩渗透率随孔隙压力的增大呈先减小后趋于平缓的趋势.当孔隙压力恒定时,煤岩渗透率随水分含量的增大显著减小.基于吸附理论,建立考虑水分影响的煤岩吸附模型及吸附变形表达式.综合考虑水膜及其分离压的影响,进一步构建考虑煤层气吸附-水分耦合作用的煤岩渗透率模型.模型计算值与试验数据具有一致性,可较好地表征煤岩在不同含水量条件下的渗流规律.     

棉秆对生物沥滤后酸化废水中铜离子的吸附动力学研究

为揭示生物质废弃物棉秆对生物沥滤后酸化废水中铜离子的吸附动力学特性,研究了棉秆作为吸附剂在不同温度下对酸化废水中铜离子的吸附动力学过程,以及棉秆对不同铜离子质量浓度酸化废水的吸附平衡效果。结果表明,伪一级动力学方程可以较好地描述棉秆对铜离子的吸附动力学特征,且在(30±1)℃条件下吻合度最好,表明铜离子质量浓度是棉秆吸附过程的主要影响因素。同时,在标准溶液、酸化废水和稀释废水3种情况下,Freundich方程能更好地解释棉秆对铜离子的吸附平衡,且3种情况下1/n相差不大,表明铜离子吸附过程受其他离子的影响不大。研究表明,棉秆的吸附能力可以满足酸化废水中铜离子去除的要求,且能在较短时间内吸附较高浓度的铜离子。     

高温高压吸附后焦煤的孔隙结构变化特性

为研究高温高压气体吸附试验中焦煤基质膨胀后孔隙结构变化特性,首先开展了软、硬焦煤在不同吸附平衡温度(30℃、40℃、50℃)下的高温高压吸附试验,然后利用压汞法测试吸附试验前、后煤样的孔隙结构,研究了不同吸附平衡温度下的软、硬焦煤吸附性能及高温高压吸附试验对软、硬煤孔隙结构的影响.结果表明:在相同温度和压力下,硬煤瓦斯吸附量及吸附常数a均小于相应的软煤;随吸附平衡温度升高,同一煤样的瓦斯吸附量减少;高温高压吸附试验后,煤样含有大量的半封闭型的微孔和小孔,孔隙连通性变差,煤中孔隙向着更加致密的方向发展,有利于瓦斯的储存.     

无烟煤对超临界态CH4-CO2气体吸附特性研究*

为探究无烟煤对超临界态CH4-CO2混合气体的吸附特性,采用重量法开展无烟煤对纯CH4与纯CO2气体、3种体积浓度CH4-CO2混合气样的超临界等温吸附实验,应用过剩吸附理论和Langmuir单层吸附理论,通过校正绝对吸附量、计算吸附相密度、煤的比表面积以及测定吸附平衡后游离态气体组分,探究由亚临界状态到超临界状态下无烟煤吸附纯CH4、纯CO2以及混合气体的吸附相密度变化特征、混合气吸附特征以及吸附分子层数。研究结果表明:煤对纯CH4与纯CO2、混合气体过剩吸附量随着压力增大呈现出先增大后减小的峰值型曲线;CH4绝对吸附量随吸附压力增大不断增大,接近CH4临界压力时,绝对吸附量缓慢增加并趋于稳定。低压下CH4在煤颗粒中以单层吸附为主;超过临界压力后出现表面局部2层吸附的现象;1~3 MPa 时,CO2在煤颗粒中即表现出2层吸附为主的现象,随压力增大甚至出现局部4层吸附的现象,煤颗粒对CO2有更大的吸附能力。     

内凹型蜂窝结构在冲击载荷作用下的力学行为及响应特性研究

为减少危险化学品爆炸事故造成的大量应急救援人员伤亡,提升应急救援人员防爆服的防爆能力,有效抵御由爆炸产生的冲击波、破片及高温对人体造成的伤害。研究了具有负泊松比效应的内凹蜂窝结构,通过准静态及激波管冲击实验,对比分析了传统蜂窝结构与内凹蜂窝结构在力学特性、吸能效果与冲击波衰减效率等方面的差异;通过改变内凹蜂窝中结构单元的凹角、尺寸以及构成蜂窝结构的原材料实现对蜂窝结构的优化设计,并对优化后的蜂窝结构吸能特性以及冲击波在结构中的衰减规律进行研究和综合分析。结果表明:内凹蜂窝结构单元的最佳尺寸为3.4 mm,最佳凹角为30°,最佳材料为钛合金。研究成果为寻求同时满足轻质高强、抗冲击和吸能效果要求的结构设计方案提供了理论基础。     

高温高压下煤孔隙结构的变化对瓦斯吸附特性的影响

为了研究高温高压条件下煤孔隙结构变化对瓦斯吸附特性的影响,选取九里山矿无烟煤,在压力为7 MPa、温度为40～130℃的条件下进行等温吸附实验和压汞实验。研究结果表明:煤样对甲烷的等温吸附曲线在该压力、温度条件下符合Ⅰ型吸附曲线特性,吸附规律符合Langmuir吸附模型;在压力7 MPa和温度130℃条件下,煤样的孔隙结构发生一定的变化,煤的比表面积增大、累计孔体积降低,可见孔及裂隙的数量比例增高,加强了煤样孔隙之间的连通度,导致原本吸附在煤样表面的甲烷分子大量解吸;在压力不变的情况下,随着温度的不断增高,煤的极限吸附量逐渐减小,其主要原因是样品孔隙结构的破坏和分子间作用力的变化。     

动力扰动作用下充填体的力学响应研究

稳定的充填体是二步骤矿房回采的安全保障。在采矿动力作用下实现充填体的稳定性预测,是二步开采的安全控制关键。为了研究不同扰动幅值下充填体的动力响应规律,以某矿山工程为研究对象,采用Midas/GTS与FLAC3D数值模拟技术,建立了充填体动力稳定性分析的三维数值模型并进行了数值模拟分析。研究结果表明:动力扰动作用下,充填体暴露面的破坏区域由四周逐渐向中心扩展,并随着动力扰动幅值的增加,充填体暴露面破坏区域逐渐增大直至贯通破坏;充填体暴露面质点峰值振动速度随着动力扰动峰值的增加而增加,并得出了适用于该矿充填体暴露面振动峰值速度与动力扰动幅值之间的函数关系。距动力加载面越远,充填体内部质点峰值振动速度越小,且距动力加载面0~12 m处,质点峰值振动速度衰减较慢,从12~20 m质点峰值振动速度下降趋势最为明显。     

爆炸冲击环境下内凹蜂窝型梯度结构响应特性研究*

为提升应急救援人员防护服抗爆能力,减少爆炸事故中人员伤亡数量,以内凹蜂窝型梯度结构为研究对象,采用爆炸冲击实验与数值有限元法相结合的研究手段,通过改变胞元尺寸与胞元凹角对梯度蜂窝结构进行优化,分析梯度结构在爆炸冲击环境下冲击波衰减效率和力学响应规律。结果表明:同等质量条件下,内凹蜂窝结构尺寸梯度为2.58 mm-3.40 mm-2.58 mm、角度梯度30°-22.5°-30°时对冲击波的衰减效应最佳,衰减效率分别为85.44%,82.29%。研究结果可为同时满足轻质、高强抗爆要求的防护服结构设计提供技术支撑。     

基于GIS的危险化学气体泄漏事故应急响应研究

为了研究危险化学气体泄漏事故扩散过程以及受灾人员疏散规划问题。提出以GIS为“连接器”,将危险化学气体的泄漏和扩散过程模拟、气体扩散风险分析和最优疏散方案生成3个过程进行集成,实现泄漏事故的综合应急响应。研究结果显示:方法能针对各类泄漏事故模拟气体的动态扩散过程,并生成受灾人员疏散规划方案,有助于应急处置机构及时决策,进而减少生命财产的损失。     

危化品泄漏围堵材料理化性能及燃烧行为研究

针对易燃液体泄漏围堵问题,开发了1种可快速发泡的酚醛泡沫材料,对其表观密度、耐水性、耐酸性、耐碱性、氧指数、燃烧行为及产烟成分进行系统研究。研究结果表明:发泡材料在中性和酸性液体环境中表现出良好的耐受性;在碱性环境中稳定性降低,由于共轭效应,导致分子中的H+遇碱性环境发生中和反应;发泡材料的氧指数和锥形量热测试参数（热释放速率、总热释放量及总生烟量等）表明该材料具有良好的耐火性;发泡原料中的含硫交联剂是其燃烧产烟生成较高浓度SO2的主要原因。     

化工园区突发事件情景下的群体行为模拟演化研究

为研究化工园区发生突发事件时社会公众的群体行为,结合系统动力学（SD）理论、方法及实际案例情景、数据,以群体行为态势与群体行为传播人数为核心,构建化工园区突发事件情景下的群体行为因果图和系统流图。通过研究各影响因素间的关系,运用Vensim PLE软件进行动态模拟,分析事件影响力、公众情绪以及政府公信力对群体行为态势以及行为传播人群的动态变化影响。研究结果表明:提高政府公信力,增加社会公众对政府的满意度和信任度,同时正确疏导公众情绪,加大事件公开度,降低事件影响力,能有效应对群体行为的变化,研究结果可为化工园区突发事件情景下的群体行为决策和预防工作提供参考。     

化学腐蚀-冻融条件下加载岩石能量演化规律及耗散模型研究*

为研究在化学腐蚀和冻融循环复合作用下岩石的能量演化规律,以大理岩为研究对象,分析冻融腐蚀岩样能量演化过程,建立与强度衰减参数、pH、冻融次数相关的能量耗散模型,以期为长期服役岩石力学工程安全稳定性评价提供理论支持。研究结果表明:化学腐蚀冻融复合作用下,腐蚀孔隙为水增加了入渗通道,冻胀裂隙同时也为腐蚀溶液提供了贯穿的通道,加剧了岩石内部结构的崩解与裂隙扩展贯通;相同冻融循环次数下,HNO3溶液中的腐蚀岩石弹性模量降幅最高,NaCl溶液次之,NaOH溶液最低;腐蚀岩石弹性应变能的吸收和耗散能的释放,随着冻融循环次数的增大而减小;建立的能量耗散模型对于岩石峰后阶段耗散能具有较高的准确性,能较好地模拟岩石峰后能量转化特征。     

CDMBA-膨润土和CTMA-膨润土处理染料废水的性能研究

为开发处理染料废水的高效吸附材料,研究添加改性剂CDMBA和CTMA的有机膨润土对染料中性红的吸附性能,并采用红外光谱技术研究其吸附过程,探讨吸附机理.结果表明,有机膨润土吸附中性红的过程符合准二阶动力学方程.CDMBA-膨润土对中性红的吸附速率较快,可以达到CTMA-膨润土的2倍;相同改性剂用量下,CDMBA-膨润土对中性红的吸附能力较强,处理后水中中性红的残余浓度明显低于CTMA-膨润土处理.CDMBA分子中的苯环可能与中性红分子的吩嗪环之间发生相互作用,改善了其吸附性能,从而使CDMBA-膨润土吸附处理染料废水的能力明显优于CTMA-膨润土.