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非刀具破岩理论与技术研究进展与趋势 被引量：2
1
作者 魏建平 蔡玉波 +4 位作者 刘勇 余大炀 黄逸 李兴 高梦雅 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期801-832,共32页
随着我国深地战略的逐步实施,深部资源开采和地下空间建设迎来新的机遇,但也面临诸多挑战,高地应力、高地温和坚硬岩体等极端地质条件层出不穷。岩石破碎技术是所有资源开采和地下空间建设的主要工程活动,是决定施工工艺和工程效率的主... 随着我国深地战略的逐步实施,深部资源开采和地下空间建设迎来新的机遇,但也面临诸多挑战,高地应力、高地温和坚硬岩体等极端地质条件层出不穷。岩石破碎技术是所有资源开采和地下空间建设的主要工程活动,是决定施工工艺和工程效率的主要因素。在极端地质条件下,以刀具为基础的岩石破碎技术由于刀具磨损快、岩石破碎效率低,已成为遏制深地战略顺利实施的关键技术瓶颈,为解决深地岩石高效破碎难题,保障深地战略的顺利实施,迫切需求革命性的岩石破碎技术。无刀具破岩技术作为刀具破岩技术的重要补充,是突破刀具破岩技术瓶颈的可行性思路。为此,将无刀具破岩技术归纳为冲击破岩、热应力破岩和冲蚀磨损破岩3类技术体系,系统分析了水射流、激光和磨料空气射流等16种岩石破碎技术,总结了每种技术的发展历史和技术原理,分析了其破岩优势和技术瓶颈。得出,目前非刀具破岩技术没有在资源开采和地下空间建设中广泛应用的主要原因为破岩能耗高、适用较差和技术装备复杂等。相比刀具破岩,非刀具破岩技术破岩能量利用率较低,水射流破岩比能耗为刀具的40~70倍。微波、激光和等离子体等技术对施工环境要求较高,无法适用于钻井、隧道掘进等受限和恶劣环境。为解决极端地质条件岩石破碎难题,提出多种非刀具破岩技术协同破岩的思路,充分发挥每一种非刀具破岩的技术优势,构建了以射流切缝卸除高地应力、粒子冲击体积破碎坚硬岩体的破岩理念,最大限度降低岩石破碎能耗,简化系统装备,为岩石破碎技术向非刀具化发展提供理论支撑。 展开更多
关键词 岩石破碎 非刀具破岩 刀具破岩 硬岩破碎 深地空间
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自激振荡脉冲SC-CO_(2)射流冲击频率调制
2
作者 魏建平 李翔 +3 位作者 刘勇 沈荷莲 李海超 高梦雅 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期2675-2690,共16页
SC-CO_(2)射流钻完井技术能保证煤层气井稳定性、提高钻井速度和破岩效率,具有广泛的应用前景。但较高的破煤能耗和复杂的系统限制了其工程推广,自激振荡脉冲SC-CO_(2)射流冲击频率和煤岩体的固有频率相同或满足相位关系,能充分发挥谐... SC-CO_(2)射流钻完井技术能保证煤层气井稳定性、提高钻井速度和破岩效率,具有广泛的应用前景。但较高的破煤能耗和复杂的系统限制了其工程推广,自激振荡脉冲SC-CO_(2)射流冲击频率和煤岩体的固有频率相同或满足相位关系,能充分发挥谐振效应,达到更好的破煤效果。喷嘴结构是影响射流冲击频率的关键,现有的自振脉冲水射流频率调制方法并不适用于SC-CO_(2)射流。为实现对SC-CO_(2)射流冲击频率的调制,采用大涡模拟研究不同喷嘴结构对自激振荡脉冲SCCO_(2)射流冲击频率的影响规律,通过权重分析得到不同喷嘴结构参数对射流冲击频率的影响程度。采用射流冲击频率测定实验及破煤实验验证喷嘴结构对射流冲击频率的影响规律以及射流冲击频率调制方法的可靠性。结果表明:振荡腔直径、振荡腔长度、碰撞壁角度是影响射流冲击频率的关键因素,可通过调节振荡腔结构实现对射流冲击频率的大幅调制,从而达到谐振效应。调节振荡腔结构使射流冲击频率与煤的固有频率形成谐振时破煤效果显著提升,且谐振倍数越小,射流破煤效果越好,能够有效提高破煤效率。当煤的固有频率是25 Hz时,设置上游和下游喷嘴出口直径为2.5、3.0 mm,调节振荡腔直径、长度、角度分别为10 mm、3 mm、120°,射流冲击频率达到25051.83 Hz,是煤体固有频率的1002.0倍,与煤的固有频率形成谐振效应,有效提高了破煤效率。 展开更多
关键词 自激振荡脉冲SC-CO_(2)射流 自激振荡喷嘴 冲击频率调制 谐振破煤 煤层气开采
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冲击载荷下含瓦斯煤动力学破坏特征与瓦斯渗流规律分析 被引量：1
3
作者 王登科 张力元 +8 位作者 魏建平 都海龙 李振 王志明 董博文 张富凯 尹彦波 张宏图 卫彦昭 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期1432-1446,共15页
为探究不同冲击载荷和瓦斯压力作用下的含瓦斯煤动力学特征、裂隙扩展及瓦斯渗流变化规律,采用含瓦斯煤岩冲击损伤-渗流试验系统开展含瓦斯煤冲击试验以及原位渗流测试,并结合工业CT扫描系统进行试样裂隙结构的三维重构,分析含瓦斯煤内... 为探究不同冲击载荷和瓦斯压力作用下的含瓦斯煤动力学特征、裂隙扩展及瓦斯渗流变化规律,采用含瓦斯煤岩冲击损伤-渗流试验系统开展含瓦斯煤冲击试验以及原位渗流测试,并结合工业CT扫描系统进行试样裂隙结构的三维重构,分析含瓦斯煤内部裂隙扩展特征及其对瓦斯渗流的影响规律。研究结果表明,冲击载荷和瓦斯压力对含瓦斯煤的动力学性质、变形过程、裂隙扩展和渗流规律均具有重要影响,具体表现在:①受围压和轴压的影响,冲击载荷耦合瓦斯压力条件下的含瓦斯煤应力-应变曲线无明显压密阶段;含瓦斯煤的变形过程主要经历了弹性变形阶段、应变强化阶段及破坏阶段。②冲击载荷的增加对含瓦斯煤动力学参数具有强化作用,气体压力的升高则劣化了含瓦斯煤动力学参数;冲击载荷越大,瓦斯压力越高,含瓦斯煤的裂隙扩展愈充分,所形成的裂隙结构愈复杂。③含瓦斯煤的渗流规律受控于裂隙扩展,冲击载荷耦合瓦斯压力作用下,含瓦斯煤中存在孔隙流动、孔隙流动-裂隙流动并存及裂隙流动等3种气体流动形式;含瓦斯煤冲击破坏后,随着气体压力增加以及气楔作用的增强,瓦斯流动形式可由孔隙流动依次转变为孔隙流动-裂隙流动并存和裂隙流动;裂隙扩展和流动形式共同影响含瓦斯煤渗流规律,含瓦斯煤渗透率随瓦斯压力的增大总体上符合先增大后减小的变化趋势。 展开更多
关键词 冲击载荷 含瓦斯煤动力学破坏特征 工业CT扫描 裂隙扩展 瓦斯渗流规律
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基于深度学习的煤岩Micro-CT裂隙智能提取与应用
4
作者 王登科 房禹 +8 位作者 魏建平 张宏图 赵立桢 王龙航 夏缘帝 李璐 王少璞 张强 任海慧 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期3439-3452,共14页
为解决煤岩CT裂隙图像识别中矸石影响以及不同尺度裂隙识别的问题,设计并实现了一种基于深度学习的煤岩裂隙提取网络模型(MCSN),该模型基于U-Net网络,利用其编码器-解码器结构和跳跃连接,可实现从复杂煤岩体中分割出完整的裂隙结构图像... 为解决煤岩CT裂隙图像识别中矸石影响以及不同尺度裂隙识别的问题,设计并实现了一种基于深度学习的煤岩裂隙提取网络模型(MCSN),该模型基于U-Net网络,利用其编码器-解码器结构和跳跃连接,可实现从复杂煤岩体中分割出完整的裂隙结构图像。首先,通过煤岩工业CT扫描系统获取煤岩体内部扫描图片后,人工标注出CT图像中的裂隙结构,并利用数据增强扩充标注的原始数据制作出煤岩CT裂隙数据集;然后,将训练好的VGG16模型权重通过迁移学习技术移至U-Net编码器部分,使得整个主干特征提取网络具有更强的裂隙结构特征提取能力;同时采用深度可分离空洞卷积模块(DCAC)和残差模块对U-Net模型中解码器部分进行改进,有效提升了CT图像中裂隙结构的识别能力,展现出了优越的分割精度和鲁棒性。为验证提出的煤岩裂隙提取网络模型的有效性,将MCSN的提取结果与经典的卷积神经网络及阈值分割方法的结果进行了对比,实验对比结果显示,提出的模型在定性分析和定量分析方面优势明显。这种多尺度融合的策略可以有效提取出复杂煤岩体图像中的裂隙,提高了裂隙识别效率和精度。将该模型应用到巷道围岩钻孔裂隙识别中,通过对钻孔成像仪采集到的窥孔视频和平面展开图进行裂隙提取,并结合二者提取结果进行交叉验证,得到了精准的巷道围岩裂隙分布范围,给出了穿层抽采钻孔的注浆封孔范围,提高了煤层瓦斯抽采体积分数。 展开更多
关键词 裂隙识别与提取 CT扫描 深度学习 卷积神经网络 空洞卷积
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低频振动激励煤体共振增渗实验系统研制及应用
5
作者 温志辉 郭树乾 +4 位作者 魏建平 张铁岗 王建伟 张立博 任永婕 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期31-40,共10页
【目的】振动波激励煤体共振增渗技术作为一种新兴的绿色高效增渗手段,利用低频振动所产生的应力波激励煤体使其孔裂隙发育,渗透率提升。为研究激励频率、应力场及共振效应等因素对增渗效果的影响,探明低频振动激励煤体共振增渗机制,自... 【目的】振动波激励煤体共振增渗技术作为一种新兴的绿色高效增渗手段,利用低频振动所产生的应力波激励煤体使其孔裂隙发育,渗透率提升。为研究激励频率、应力场及共振效应等因素对增渗效果的影响,探明低频振动激励煤体共振增渗机制,自主设计研发了低频振动激励煤体增渗实验系统。【方法】该实验系统包括主机控制单元、煤样夹持单元、振动激励单元与煤体振动参数监测单元四个部分,可以测试煤体的固有频率、模拟不同强度的激励条件和实时监测振动激励下煤体的振动响应特征。以河南焦作赵固二矿无烟煤样品为研究对象,利用该实验系统开展煤体固有频率测试实验及低频振动激励下煤体渗流实验,揭示在不同激振参数、应力大小等因素下低频振动激励煤体渗透特性变化规律,实现煤体原位受迫振动,通过监测煤体振动响应特征,观测煤体在低频振动激励下所出现的共振效应,并结合工业CT扫描技术,阐明煤体共振致裂增渗的影响机制。【结果和结论】实验结果表明:(1)低频振动作用促使煤体渗透率上升,越靠近煤岩损伤的临界失稳状态时低频振动激励下煤体增渗效果越好。(2)当低频振动激励频率与煤体固有频率(20 Hz)相接近时煤体产生共振效应,煤体受迫共振后加速度响应加大,煤岩体内部的微裂隙逐渐扩展,煤基质内部的孔裂隙连通,使得其渗透率提升效果显著。上述实验结果及实验设备的研发,可以揭示低频振动激励煤体共振增渗的影响机制,为低渗煤层瓦斯高效抽采提供理论指导。 展开更多
关键词 煤体 低频振动 固有频率 应力波 共振增渗 瓦斯高效抽采
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低压超声速磨料空气射流喷嘴结构
6
作者 刘勇 李志平 +3 位作者 魏建平 蔡玉波 余大炀 黄逸 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期1704-1716,共13页
硬岩隧道掘进刀具磨损严重、换刀频繁是限制高效掘进的主要因素,低压磨料空气射流辅助刀具破岩是突破硬岩隧道掘进技术瓶颈的可行性思路,为实现辅助高横移速度刀具破岩,提出了矩形喷嘴。矩形喷嘴能有效提高磨料在移动方向集束性,进而减... 硬岩隧道掘进刀具磨损严重、换刀频繁是限制高效掘进的主要因素,低压磨料空气射流辅助刀具破岩是突破硬岩隧道掘进技术瓶颈的可行性思路,为实现辅助高横移速度刀具破岩,提出了矩形喷嘴。矩形喷嘴能有效提高磨料在移动方向集束性,进而减小切缝宽度,提高切缝深度。为明确矩形喷嘴对磨料加速及破岩的影响规律,采用加长扩张段长度和截面近似等效设计了圆形喷嘴及矩形喷嘴;然后基于数值方法确定了喷嘴扩张段长度对气体及磨料加速的影响,并对比分析了喷嘴不同断面形状对磨料加速和分布特征的影响。最后通过开展低压磨料空气射流冲蚀破碎花岗岩实验,研究了喷嘴结构和横移速度对冲蚀效果的影响,分析了不同断面形状喷嘴的切割效率,确定了适用辅助刀具破岩的最佳喷嘴结构。数值结果表明压力2 MPa时,加长扩张段长度,气固两相能量转化更充分,磨料加速更充分,但随着喷嘴扩张段持续加长,磨料速度提升不明显;相比圆形断面喷嘴,矩形断面喷嘴对磨料加速稍差,但仍能将磨料加速至300 m/s,且经矩形喷嘴加速的磨料在自由流域呈扁平矩形分布,有效提高了磨料在刀具横移方向的集束性。实验表明圆形喷嘴扩张段加长,岩石冲蚀深度不断增加,当扩张段长度为145 mm时,花岗岩冲蚀深度分别为23.90、20.23 mm,扩张段长度持续加长,岩石的冲蚀深度提高并不显著。当横移速度为0.02 m/s时,喷嘴C_(4)、R_(1)、R_(2)切割玄武岩深度分别为3.35、12.15、8.25 mm,花岗岩深度分别为5.2、14.9、11.5 mm;横移速度为0.30 m/s时,喷嘴C_(4)、R_(1)切割玄武岩深度分别为0.8、3.0 mm,花岗岩深度分别为1.0、3.6 mm。对比喷嘴C_(4),和数值模拟结果相同,矩形喷嘴能使磨料聚能、磨料利用充分,切割效率较优。且喷嘴R_(1)的切割效率最好,喷嘴结构最优。研究结论将为磨料空气射流辅助刀具破岩提供理论和技术支撑。 展开更多
关键词 磨料空气射流 喷嘴结构 硬岩掘进 磨料加速分布 切割效率
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自驱修孔钻头动力参数及钻齿结构研究
7
作者 刘勇 李阳 +3 位作者 魏建平 苑永旺 代硕 李林豫 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期179-189,共11页
自驱修孔钻头是修复失效长钻孔的有效技术手段,为进一步提高修孔速度和瓦斯抽采效果,本文基于射流反冲理论,分析了射流反冲力与喷嘴参数的关系,构建了自驱修孔钻头旋转力学理论模型。采用LS-DYNA开展不同结构钻齿破煤过程,分析了不同钻... 自驱修孔钻头是修复失效长钻孔的有效技术手段,为进一步提高修孔速度和瓦斯抽采效果,本文基于射流反冲理论,分析了射流反冲力与喷嘴参数的关系,构建了自驱修孔钻头旋转力学理论模型。采用LS-DYNA开展不同结构钻齿破煤过程,分析了不同钻进压力和扭矩作用下钻齿对煤体破坏形式和钻齿破煤体积变化规律,并开展了破煤实验验证数值模拟结果。形成了自驱修孔钻头参数确定方法,设计了自驱修孔钻头,并在郑煤集团超化煤矿22煤柱面底抽巷进行了工程实验。研究结果表明:(1)喷嘴张角α和偏心角β是决定钻进压力和扭矩分配的关键参数,通过调控张角和偏心角可实现钻进压力和扭矩的最优匹配。(2)相同钻进参数条件下,钻齿结构对破煤体积影响较大,阶梯钻齿破煤效果最优。在钻进压力为120N、扭矩0.6N·m时,阶梯型钻齿结构的修孔钻头能够实现钻进压力和扭矩最优匹配。(3)确定了最优修孔钻头结构参数为:钻头外径28 mm;后置喷嘴张角20°,偏心角90°;前置喷嘴张角90°,偏心角0°。(4)工程应用结果表明:瓦斯抽采纯量提高了1.96倍,瓦斯抽采体积分数提高了3.98倍,修孔速度提高了1.2倍。通过改进钻头动力参数及优化钻齿结构,设计的自驱修孔钻头在工程实践中达到了提高修孔速度和瓦斯抽采效果的目的。 展开更多
关键词 瓦斯抽采 钻孔修复 钻进压力 钻齿结构 煤矿
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真三轴煤岩体水压裂缝扩展行为教学实验设计
8
作者 李波 时振 +1 位作者 魏建平 张飞燕 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2024年第6期213-218,共6页
在自主研发真三轴煤岩体压裂渗流实验系统基础上,设计了一套真三轴煤岩体水力压裂实验方法。该实验方法从基本理论出发,结合工程实际设计实验方案,在实现数据采集、处理操作简单化的同时,实现了理论与实践的结合。该实验系统可根据工程... 在自主研发真三轴煤岩体压裂渗流实验系统基础上,设计了一套真三轴煤岩体水力压裂实验方法。该实验方法从基本理论出发,结合工程实际设计实验方案,在实现数据采集、处理操作简单化的同时,实现了理论与实践的结合。该实验系统可根据工程实际地应力数据设计实验室真三轴水力压裂实验应力状态参数,探讨压裂液恒流、恒压及变排量注入方式对注入压力-时间曲线、水压裂缝形态的影响机制。通过本实验教学可以让学生进一步了解矿井下地应力场分布规律。同时,该实验系统可拓展性较强,能够激发学生的主观创新思维。 展开更多
关键词 真三轴 水力压裂 地应力 裂缝扩展 实验教学
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超临界二氧化碳短时作用煤体裂隙演化CT/XRD实验研究
9
作者 刘勇 李海超 +3 位作者 魏建平 邓玉洁 李翔 高梦雅 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期3829-3844,共16页
ECBM可以在提高煤层气开采效率的同时实现CO_(2)封存,推动“双碳”目标实现,在深部煤层气的开发中具有广泛的应用前景。煤层裂隙结构和分布规律决定了超临界二氧化碳(SC-CO_(2))的压裂效果,是提高煤层气开采效率的关键。长时作用下SC-CO... ECBM可以在提高煤层气开采效率的同时实现CO_(2)封存,推动“双碳”目标实现,在深部煤层气的开发中具有广泛的应用前景。煤层裂隙结构和分布规律决定了超临界二氧化碳(SC-CO_(2))的压裂效果,是提高煤层气开采效率的关键。长时作用下SC-CO_(2)与煤体接触产生的吸附膨胀和溶解萃取作用能够改变煤体裂隙形态,但压裂过程中SC-CO_(2)与煤体接触时间较短,短时作用下SC-CO_(2)的吸附膨胀及溶解萃取作用对煤体裂隙的影响尚未明确。因此开展了SC-CO_(2)短时作用下煤体的裂隙演化研究,通过CT扫描研究不同变质煤体裂隙随累计浸泡时间的变化规律;建立CT二维扫描图像的灰度分布函数并构建浸泡时间与裂隙演化规律的关系,定量表征煤体裂隙的变化。结合XRD实验研究浸泡时间对煤体物质成分变化的影响,明确SC-CO_(2)短时作用煤体裂隙演化规律的主要原因。结果表明:SC-CO_(2)短时作用下吸附膨胀作用会导致煤体裂隙收缩,溶解萃取作用使裂隙发生扩展;浸泡煤体过程中吸附膨胀和溶解萃取作用同时发生且强度随时间发生变化,在不同时间段内分别交替占据对煤体裂隙的主导作用;不同变质煤会影响吸附膨胀和溶解萃取作用的强度和主导时间。褐煤浸泡30 min时吸附膨胀占据主导作用,浸泡90~240 min溶解萃取作用增强并占据主导。烟煤浸泡30~90 min时吸附膨胀作用较强,浸泡90~240 min时溶解萃取占据主导。无烟煤浸泡30~150 min时吸附膨胀作用占据主导,浸泡150~240 min时溶解萃取占据主导。 展开更多
关键词 超临界二氧化碳 短时浸泡 裂隙发展 吸附膨胀 溶解萃取
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围压条件下粒子冲击破岩裂隙扩展机理研究
10
作者 刘勇 李兴 +2 位作者 郭鑫辉 魏建平 宋大钊 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第8期1-10,33,共11页
为揭示粒子冲击下围压对岩石裂隙形成及扩展机制的影响,开展了粒子冲击破岩试验和微纳米工业CT(compnted tomography)扫描试验,明确了围压对粒子冲击作用下岩石裂隙扩展特征的影响;并对不同围压条件下的粒子冲击进行数值模拟,分析了岩... 为揭示粒子冲击下围压对岩石裂隙形成及扩展机制的影响,开展了粒子冲击破岩试验和微纳米工业CT(compnted tomography)扫描试验,明确了围压对粒子冲击作用下岩石裂隙扩展特征的影响;并对不同围压条件下的粒子冲击进行数值模拟,分析了岩石的应力场和裂隙场演化过程,揭示了围压影响裂隙扩展的内在机制。结果表明,粒子冲击岩石后,在岩石内部形成破碎区和晶间主裂隙扩展区。压应力导致形成的剪切应力和拉应力是破碎区形成的主要原因,而晶间主裂隙扩展区形成的主要原因是切向衍生拉应力。围压使岩石颗粒间产生预应力,导致切向衍生拉应力需克服颗粒之间的初始压应力才能形成张拉裂隙;围压的增大导致岩石颗粒间剪切裂隙比例和摩擦效应提升,产生相同裂隙数目消耗能量增大,抑制了晶间主裂隙扩展区和破碎区的形成,破碎效果降低。 展开更多
关键词 水射流 粒子射流 冲击破岩 辅助破岩 硬岩掘进
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产教融合下建筑能源物联网课程实践教学的改革与实践
11
作者 李慧 王桂荣 魏建平 《教育进展》 2024年第1期547-555,共9页
建筑能源物联网课程是我校建筑环境与能源应用工程专业和新能源科学与工程专业新工科建设开设的一门新课,深化课程产教融合,强化实践教学,是建筑能源物联网复合型、创新型、应用型人才培养的关键。本课程建立了两级实验平台,包括物联网... 建筑能源物联网课程是我校建筑环境与能源应用工程专业和新能源科学与工程专业新工科建设开设的一门新课,深化课程产教融合,强化实践教学,是建筑能源物联网复合型、创新型、应用型人才培养的关键。本课程建立了两级实验平台,包括物联网实训室和能源物联网综合实验平台,为课程的实践环节提供了硬件保障;提出了5级4层实践模式,前两级PC机实操和实训教具实操为基础实践层,第3级能源物联网设计为综合实践层,第4级大学计划认证为高阶实践层,第5级物联网竞赛为创新实践层。课程运行结果表明,5级4层实践模式强化了实践环节,满足了不同层次学生个性化需求,培养了学生实践能力和创新能力。 展开更多
关键词 实践教学 产教融合 教学改革
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冰粒空气射流喷射器结构的关键参数
12
作者 蔡玉波 刘勇 +1 位作者 魏建平 李志平 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期179-191,共13页
目前在冰粒射流表面处理领域普遍存在冰粒易粘结和堵塞等问题,严重影响表面处理效率。基于射流泵基本结构,提出冰粒即时制备和利用的冰粒空气射流表面处理技术,可解决冰粒粘结堵塞问题。为实现冰粒的高效利用和冰粒空气射流的高速喷射,... 目前在冰粒射流表面处理领域普遍存在冰粒易粘结和堵塞等问题,严重影响表面处理效率。基于射流泵基本结构,提出冰粒即时制备和利用的冰粒空气射流表面处理技术,可解决冰粒粘结堵塞问题。为实现冰粒的高效利用和冰粒空气射流的高速喷射,研制冰粒引射和加速一体化喷射器结构。系统性研究喷射器工作喷嘴位置(L_(d))、膨胀比(n)和加速喷嘴直径比(D_(n))、长径比(L_(n))对冰粒引射能力和加速的影响,以冰粒冲击动能为综合评判指标,确定喷射器结构参数,并进行表面处理试验验证。研究结果表明:在2 MPa气压下,喷射器喷嘴参数为n=1.5,D_(n)=4.0,L_(d)=4,L_(n)=0 mm时,可以充分引射加速冰粒。该结构参数下进行铝合金板脱漆试验,可获得较大的脱漆半径并使铝合金板表面更光滑,铝合金表面粗糙度由3.194±0.489μm变为1.156±0.136μm。冰粒的即时制备和利用解决了冰粒空气射流技术工程应用时存在的冰粒粘结和储存问题,可为材料表面处理领域提供一种新的技术方法。 展开更多
关键词 表面处理 除漆技术 冰粒射流 射流泵 喷嘴设计
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基于谐振效应的自激振荡脉冲超临界二氧化碳射流最优冲击靶距研究
13
作者 邓玉洁 刘勇 +3 位作者 魏建平 沈荷莲 李翔 李海超 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期3129-3142,共14页
超临界二氧化碳(SC-CO_(2))射流在钻井工程中具有广泛应用前景,并且其破煤压力阈值低、效率高,能够提高钻井效率。但因其较高的破煤门限压力和系统能耗,限制了其推广应用。自激振荡脉冲SC-CO_(2)射流的高脉冲压力和谐振效应可有效降低... 超临界二氧化碳(SC-CO_(2))射流在钻井工程中具有广泛应用前景,并且其破煤压力阈值低、效率高,能够提高钻井效率。但因其较高的破煤门限压力和系统能耗,限制了其推广应用。自激振荡脉冲SC-CO_(2)射流的高脉冲压力和谐振效应可有效降低破煤门限压力,显著提高破煤效率。基于此,开展了自激振荡脉冲SC-CO_(2)射流脉冲频率和脉冲压力幅值对谐振破煤的综合作用研究。采用大涡模拟分析了射流流场结构,明确了流场轴向上脉冲频率和脉冲压力幅值的变化规律;通过脉冲特征测试实验研究了靶距对射流冲击频率和冲击压力的影响,并通过冲击破煤实验研究了脉冲特征对破煤的综合影响,得到了以下结论:自激振荡脉冲SC-CO_(2)射流脉冲频率和压力幅值在射流轴向处并不会保持不变,随着靶距的不断增大均呈现逐渐减小的趋势。仅考虑脉冲频率并不能将谐振效应最大化,需要综合考虑脉冲频率和压力幅值对谐振效应的影响。采用位移响应振幅表征谐振效果,能够反映频率和幅值对谐振的综合影响。靶距较小时,即0~15 mm,位移响应振幅的主要影响因素为脉冲压力幅值;靶距较大时,即15~30 mm,其主要影响因素转变为脉冲频率。减小脉冲频率并增加压力幅值能够有效提高位移响应振幅。不同喷嘴结构条件下,位移响应振幅主要影响因素的转变位置不同,同时最优靶距也并不相同。该研究中,喷嘴a的最优靶距是22 mm,此处的位移响应振幅最大,破煤效果最好,而喷嘴b的最优靶距是26 mm。 展开更多
关键词 自激振荡脉冲SC-CO_(2)射流 靶距 脉冲频率 压力幅值 位移响应振幅
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磨料质量分数对预混合磨料水射流破岩效果的影响 被引量：4
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作者 魏建平 王梦园 +3 位作者 杨恒 张铁岗 都阳 刘勇 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期251-262,共12页
预混合磨料水射流是突破煤矿深长钻孔内高效破煤岩技术瓶颈的有效技术,在坚硬顶板治理、沿空留巷和硬煤增透具有广泛应用前景。磨料质量分数是影响其破煤岩效果的重要因素。为明确磨料质量分数对磨料加速、分布以及冲击动能的影响,基于... 预混合磨料水射流是突破煤矿深长钻孔内高效破煤岩技术瓶颈的有效技术,在坚硬顶板治理、沿空留巷和硬煤增透具有广泛应用前景。磨料质量分数是影响其破煤岩效果的重要因素。为明确磨料质量分数对磨料加速、分布以及冲击动能的影响,基于离散元的耦合模型(CFD-DEM模型),考虑颗粒间的摩擦、碰撞,添加颗粒相体积分数和动量源相,修正VOF多相流模型,开发用户自定义函数(UDF)通信接口,精确计算了磨料质量分数对磨料颗粒加速运动与分布的影响,准确描述了磨料粒子对水射流流场的影响。结合预混合磨料水射流破岩实验,得到了以下结论:在固定压力下,不同磨料质量分数的射流液固能量转化效率不同,导致磨料冲击动能不同。提高磨料质量分数,能够提高破煤岩效果,但存在最优值。每一压力条件下都有与之相适配的最优质量分数,此质量分数下能量转化效率最高,磨料冲击动能最大。如射流压力5 MPa时,80目(0.178 mm)石榴石最优质量分数为11%。同一质量分数下,提高射流压力可提高磨料冲击动能,但是能量转化率和利用率降低。提高压力使射流速度增加,曳力增大,但射流与磨料接触时间缩短,导致射流能量未能及时转化为磨料动能。相较于提高射流压力,适当增加磨料质量分数以提高能量转化效率和能量利用率,是达到最佳破煤岩效果的更经济低能耗的方式。 展开更多
关键词 预混合磨料水射流 磨料质量分数 CFD-DEM 冲击动能 破岩
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基于层理和煤阶影响的煤体固有频率特征研究 被引量：2
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作者 魏建平 张俊昭 +2 位作者 温志辉 任永婕 张立博 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2023年第1期1-8,共8页
为探明振动波激励煤体共振增渗技术的优势频率,采用自主搭建的煤体固有频率测试试验系统,依据敲击法测试原理对高、中、低3种不同煤阶的正方体干燥煤样进行三维面固有频率测试和分析。结果表明:汉宁窗较适合煤体振动信号FFT分析,可以准... 为探明振动波激励煤体共振增渗技术的优势频率,采用自主搭建的煤体固有频率测试试验系统,依据敲击法测试原理对高、中、低3种不同煤阶的正方体干燥煤样进行三维面固有频率测试和分析。结果表明:汉宁窗较适合煤体振动信号FFT分析,可以准确识别频谱峰值所对应的频率,从而直接得出煤体的固有频率;力锤敲击力度只影响振动信号加速度幅值大小,对煤体固有频率变化无影响;同一煤样平行于层理面的固有频率大于垂直于层理面的,且垂直于层理两个面的固有频率略有差异;受煤基质、矿物质含量等因素影响,高、中、低3种不同煤阶煤样的力学性质不同,这是造成不同煤阶煤体固有频率差异性的主要原因。研究结果可为振动波激励煤体共振增渗技术应用提供理论依据。 展开更多
关键词 煤体 层理 煤阶 振动信号 固有频率
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低频振动激励含瓦斯煤孔裂隙变化特征研究 被引量：1
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作者 魏建平 毋新亮 +2 位作者 温志辉 张立博 任永婕 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第11期55-62,共8页
为了探明低频振动激励对煤体孔裂隙特征的改造机制,采用工业显微CT扫描和低场核磁共振设备开展低频振动前后煤体孔裂隙扫描实验,测试不同振动激励频率下煤体的孔裂隙特征参数。研究结果表明:低频振动激励前后煤体的裂隙度和孔隙度均呈... 为了探明低频振动激励对煤体孔裂隙特征的改造机制,采用工业显微CT扫描和低场核磁共振设备开展低频振动前后煤体孔裂隙扫描实验,测试不同振动激励频率下煤体的孔裂隙特征参数。研究结果表明:低频振动激励前后煤体的裂隙度和孔隙度均呈现上升趋势,煤岩内部裂隙发育特征呈现一致性,振动激励的改造效果集中在对大尺寸裂隙的改造,即对原生孔缝发育的改造效果更好;低频振动激励能增加煤体内部结构的复杂性与非均质性,能有效促进孔裂隙的发育;低频振动激励对煤体孔隙改造作用集中在煤体的中孔与大孔,且当激振频率处在共振频带时,上述规律均显著增强。研究结果可为含瓦斯煤的孔裂隙改造提供参考。 展开更多
关键词 低频振动 裂隙度 孔隙度 分型维数 迂曲度
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鄂尔多斯地区妊娠早期女性MTHFR C677T基因多态性与同型半胱氨酸的关系分析
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作者 牛瑞兵 郭利平 +3 位作者 段宝生 郑华 魏建平 秦莉 《国际检验医学杂志》 CAS 2024年第13期1575-1579,共5页
目的 通过对鄂尔多斯地区妊娠早期女性MTHFR C677T基因多态性与同型半胱氨酸进行分析,明确MTHFR C677T基因多态性分布特点及二者之间的相关性,为科学指导妊娠期叶酸补充及预防出生缺陷提供遗传学依据。方法 选取2022年9月至2023年9月在... 目的 通过对鄂尔多斯地区妊娠早期女性MTHFR C677T基因多态性与同型半胱氨酸进行分析,明确MTHFR C677T基因多态性分布特点及二者之间的相关性,为科学指导妊娠期叶酸补充及预防出生缺陷提供遗传学依据。方法 选取2022年9月至2023年9月在鄂尔多斯市中心医院妇科门诊建档并进行妊娠早期检查的602例汉族妊娠早期女性作为研究对象,所有患者采集血液标本,采用PCR芯片杂交法检测MTHFR C677T基因多态性、生化酶循环法检测同型半胱氨酸水平,统计分析MTHFR C677T位点基因型与等位基因频率及与同型半胱氨酸的关系。结果 MTHFR C677T基因多态性CC、CT和TT型的检出频率分别为23.6%、47.5%、28.9%,等位基因C、T的检出频率分别为47.3%和52.7%,与上海、温州、眉山、南宁等地区汉族女性相比差异均有统计学意义(P<0.05),但与西安地区汉族女性相比差异均无统计学意义(P>0.05)。TT基因型孕妇血清同型半胱氨酸水平均高于CC和CT基因型孕妇,CT基因型孕妇血清同型半胱氨酸水平高于CC基因型孕妇(P<0.05)。MTHFR C677 T位点CT和TT基因型均为该地区妊娠早期女性发生高同型半胱氨酸血症的危险因素,分别为CC基因型的2.80倍和8.07倍,且差异均有统计学意义(P<0.05)。结论 鄂尔多斯汉族妊娠早期女性MTHFR C677T基因多态性分布具有地区特点,且与同型半胱氨酸水平有一定联系,妊娠期根据不同基因型制订个性化的叶酸补充方案对于预防出生缺陷具有重要意义。 展开更多
关键词 鄂尔多斯地区 基因多态性 同型半胱氨酸 相关性分析
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气体性质和孔隙压力对煤体微裂隙扩展的影响 被引量：6
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作者 王登科 庞晓非 +6 位作者 魏建平 张宏图 姚邦华 位乐 郭玉杰 袁明羽 唐家豪 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期183-192,共10页
利用工业CT扫描系统,观测不同气体压力条件下煤体内部微裂隙萌生扩展特点,为揭示煤层瓦斯流动产出控制因素提供新的依据。结果表明:非吸附性气体作用下,随孔隙压力的升高,煤体内部微裂隙的萌生和扩展愈加明显,裂隙体积和裂隙面积百分比... 利用工业CT扫描系统,观测不同气体压力条件下煤体内部微裂隙萌生扩展特点,为揭示煤层瓦斯流动产出控制因素提供新的依据。结果表明:非吸附性气体作用下,随孔隙压力的升高,煤体内部微裂隙的萌生和扩展愈加明显,裂隙体积和裂隙面积百分比增长率随之逐渐减小,符合气体压力影响下的裂隙扩展方程,微裂隙扩展主要受控于应力集中效应和煤基质收缩效应。吸附性气体作用下,随吸附时间的延长,煤体内部微裂隙的萌生和扩展则越来越显著,直至扩展平衡;裂隙体积和裂隙面积百分比增长率随之逐渐变小,符合吸附时间影响下的裂隙扩展方程;裂隙扩展主要受应力集中效应、煤基质收缩效应、蚀损作用和劣化机制影响;吸附压力越大,煤体所需的吸附平衡时间愈长;微裂隙扩展平衡时间长于气体吸附平衡时间,裂隙扩展具有明显的滞后性。 展开更多
关键词 气体压力 微裂隙 裂隙扩展 工业CT扫描 吸附劣化
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煤层瓦斯多机制流固耦合模型与瓦斯抽采数值模拟分析 被引量：13
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作者 王登科 唐家豪 +5 位作者 魏建平 位乐 吴晶 袁明羽 庞晓非 郭玉杰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期763-775,共13页
为了更好地揭示瓦斯抽采过程中松软低透气性煤层瓦斯运移的本质和规律,基于孔隙-裂隙双重介质的假设,建立了全面考虑有效应力、煤层瓦斯多机制流动、真实气体效应和迂曲度影响的煤层瓦斯多机制流固耦合模型。基于所建理论模型,以郑煤集... 为了更好地揭示瓦斯抽采过程中松软低透气性煤层瓦斯运移的本质和规律,基于孔隙-裂隙双重介质的假设,建立了全面考虑有效应力、煤层瓦斯多机制流动、真实气体效应和迂曲度影响的煤层瓦斯多机制流固耦合模型。基于所建理论模型,以郑煤集团(河南)白坪煤业有限公司13181工作面为工程背景,利用COMSOL软件开展煤层瓦斯抽采数值模拟,全面分析了瓦斯压力随抽采时间的动态分布规律,结合现场实测结果验证了数值模拟有效抽采半径的准确性。系统开展了不考虑Klinkenberg效应、不考虑基质瓦斯扩散和不考虑煤层瓦斯多机制流动影响的瓦斯抽采数值模拟,对比分析了不同控制因素对煤层瓦斯运移的影响。研究结果表明:抽采结束后,煤层瓦斯压力以抽采钻孔为中心呈椭圆分布;煤层瓦斯压力和有效抽采半径的变化幅度随抽采时间逐渐减小,并趋于稳定;煤层瓦斯有效抽采半径的数值模拟结果与现场实测结果之间的平均误差为3.65%,验证了所建煤层瓦斯多机制流固耦合模型的有效性与合理性;与考虑煤层瓦斯多机制流动影响的模拟结果相比,不考虑Klinkenberg效应的有效抽采半径和渗透率偏小,而不考虑基质瓦斯扩散和瓦斯多机制流动的有效抽采半径和渗透率则明显偏大,表明Klinkenberg效应和基质瓦斯扩散对煤层瓦斯流动分别起促进和抑制之作用。 展开更多
关键词 多机制流动 瓦斯抽采 流固耦合 数值模拟 有效抽采半径 渗透率
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岩弹冲击破岩规律试验研究 被引量：5
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作者 刘勇 郭鑫辉 +1 位作者 魏建平 张宏图 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2023年第4期270-278,305,共10页
针对深部岩层掘进过程中钻具磨损快、掘进效率低等问题,基于粒子冲击破岩技术,提出采用高压气体驱动加速岩弹冲击预裂掘进面岩体,减少钻具磨损。通过SHPB试验和三维扫描试验,测试岩石破坏吸收能和新增表面积,构建岩石冲击破坏吸收能理... 针对深部岩层掘进过程中钻具磨损快、掘进效率低等问题,基于粒子冲击破岩技术,提出采用高压气体驱动加速岩弹冲击预裂掘进面岩体,减少钻具磨损。通过SHPB试验和三维扫描试验,测试岩石破坏吸收能和新增表面积,构建岩石冲击破坏吸收能理论模型;采用自主研制的岩弹冲击破岩试验装置研究了气体压力、岩弹质量及岩性对破岩效果的影响。形成了以下结论:基于实测岩石破坏吸收能和新增表面积,得出试验花岗岩岩样比表面自由能γs为6.34 mJ/mm^(2);增大气体压力能够有效提高岩弹冲击动能,使花岗岩吸收能和新增表面积增大,同时岩弹破碎和弹射耗散能随之提高,岩弹冲击动能转化为花岗岩破坏吸收能效率降低;吸收能与岩弹质量和动能乘积成幂次方关系,保持气压不变,增大岩弹质量可在一定范围内提高岩弹冲击动能和花岗岩破坏吸收能,提升破坏效果。但过多提高岩弹质量,导致其动能降低,从而使吸收能转化效率降低。不同岩性的岩石比表面自由能不同,但气体压力、岩弹质量对不同岩性岩石冲击破坏效果的影响基本一致。研究结论为硬岩辅助掘进提供理论和技术支撑。 展开更多
关键词 辅助掘进 粒子射流 冲击破岩 硬岩破碎 能量耗散
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