摘要：为获得超细水雾作用下预混可燃气爆炸超压的衰减规律，基于自行搭建的超细水雾抑爆系统，开展了不同超细水雾通量抑制三种预混气（甲烷、丙烷、氢气分别与空气预混）爆炸的系列试验，以分析超细水雾通量对爆炸超压的影响规律。结果表明，超细水雾能够有效减弱预混气爆炸超压。随着超细水雾通量增加，在1.25 L爆炸管道中，甲烷、丙烷、氢气预混气的爆炸超压分别减小了17.26%、10.13%、9.50%;在14.4 L爆炸管道中，氢气预混气的爆炸超压减小了11.33%。基于量纲分析法和爆炸相似律，结合试验数据运用regress函数进行回归分析，推导获得了四个爆炸超压衰减模型。误差分析显示，超细水雾通量在0～1 kg/m3范围内时A3和A5模型相对误差在±15%以内，模型预测值与试验测试值吻合度较高。进一步结合另外两组试验数据，验证A3和A5模型的通用性发现，A5模型比A3模型更为准确，表明超细水雾通量在0～1 kg/m3范围内时A5模型更可靠。爆炸超压衰减模型的建立可为抑爆设计提供依据，工程实践时可为爆炸冲击波危害防控提供理论支撑。

摘要：为了研究受限空间内二氧化碳-超细水雾对甲烷爆炸的影响,通过自行设计的120 mm×120 mm×840 mm半封闭透明的甲烷爆炸实验台,开展不同气雾比二氧化碳-超细水雾对化学当量比甲烷-空气预混气体的抑爆研究。实验结果表明:二氧化碳和超细水雾结合的抑爆效果要优于单独使用任何一种抑制剂效果之和;CO2体积分数一定的情况下,甲烷-空气-CO2的爆炸压力、压升速率和爆炸火焰的传播速度均随着超细水雾体积量增加而明显减小。当单独加入体积分数为2%CO2和1.4 m L超细水雾时,两种工况下压力峰值下降之和为7.69 k Pa;而在两者共同作用下,9.5%甲烷爆炸超压峰值下降了9.3 k Pa,说明二氧化碳-超细水雾抑制甲烷爆炸时具有协同效应。

摘要：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。

摘要：光纤化学传感器作为传感器的一个重要分支,结合了化学和光学的相关技术,将化学制膜、光纤技术以及化学分析中的分光光度法、拉曼光谱、荧光光谱、折射率检测等方法相融合,以其微型化,抗电磁干扰,传输信息量大,拥有自身参比等特点不断向前发展。简要综述了光纤化学传感技术研究近况和未来的发展趋势。重点对光纤pH化学传感器、光纤离子化学传感器和光纤气体化学传感器进行了介绍。简要分析了常见的敏感膜制备方法如化学键合法和溶胶凝胶(sol-gel)等方法。新型光纤——微结构光纤的出现为光纤化学传感器开辟了新的发展方向。由于其具有大的内表面积,结构设计灵活多样,光纤内部提供感应场所等特点,快速度成为光纤化学传感器的重要发展方向和研究热点。对微结构光纤衍生而来的新型光纤化学传感器进行了详细评述,最后对光纤化学传感器的未来进行展望。

摘要：煤层气开采过程中,经常出现井壁坍塌、渗透率降低等问题。超临界二氧化碳(SC-CO_(2))钻井技术的提出为煤层气钻井提供了新的技术支撑,但较高的破煤门限压力和高能耗,仍是限制SC-CO_(2)推广应用的关键。射流形式是影响射流能量转化效率的重要因素之一,目前SC-CO_(2)射流的相关研究均基于连续射流。相较于连续射流,脉冲射流冲击压力大、具有更高的破煤岩效率,其中自激振荡脉冲射流是与工程相结合的最现实的一种脉冲射流形式。目前关于自激振荡脉冲射流的研究多是基于水射流开展的,但由于SC-CO_(2)与水的流体性质存在较大差异,自激振荡脉冲水射流喷嘴的相关结构参数是否适用于SC-CO_(2)尚未可知,仍需进一步开展相关研究。因此,为进一步提升SC-CO_(2)的破煤效率,提出自激振荡脉冲SC-CO_(2)射流。在传统Helmholtz共振腔的基础上,结合可压缩流体理论,明确了SC-CO_(2)的自激振荡脉冲发生机制,确定了适用于SC-CO_(2)的自激振荡喷嘴结构;通过大涡模拟分析了SC-CO_(2)的自激振荡发生过程,并开展了SC-CO_(2)连续射流与脉冲射流破煤对比实验,验证了自激振荡脉冲SC-CO_(2)射流的破煤效率。结果表明:SC-CO_(2)射流的自激振荡脉冲机理与水射流的自激振荡脉冲机理存在本质上的差异;SC-CO_(2)湍流的脉动主要由涡模态、声模态和熵模态组成,其运动中的剪切过程决定了涡结构的形成与放大,是形成自激振荡扰动的根本,膨胀压缩过程和热力学过程决定了扰动的反馈以及扰动频率,是完成自激振荡的关键。并且涡模态、声模态和熵模态之间相互耦合,共同作用;发现自激振荡脉冲SC-CO_(2)射流喷嘴的设计关键是找到合适的振荡腔结构;自激振荡脉冲SC-CO_(2)射流相较于连续射流而言,射流能量转化率更高,冲蚀破坏效果更好。综上所述,该研究创新性提出了自激振荡脉冲SC-CO_(2)射流,明确了自激振荡脉冲SC-CO_(2)射流发生机制,为自激振荡脉冲SC-CO_(2)射流喷嘴设计奠定了基础,确定了较好的自激振荡喷嘴结构参数,并验证了所设计喷嘴的适用性,进一步提升了SC-CO_(2)射流的能量利用率,降低了系统能耗。

摘要：为研究型煤在单轴压缩破裂过程中产生的微震、电磁辐射信号与裂纹演化特征的对应关系,利用自主设计的低噪声静态加载试验系统,对0~0.25、0.25~0.5、0.5~1.0、1~2 mm共4种不同粒度的型煤进行了单轴压缩破坏试验,同步采集了煤样破坏过程中的微震、电磁辐射信号及破坏视频图像,提出了一种煤体裂纹快速提取方法并计算了型煤裂纹面积的变化规律。研究结果表明:型煤在单轴压缩过程中产生的微震、电磁辐射信号及裂纹面积在时域上具有良好的同步性。型煤破坏过程中裂纹面积随时间变化曲线可分为4个阶段。第1阶段为压实阶段,煤样所受应力值较小,其表面的裂纹面积以极为缓慢的速率增加。第2阶段为初始破裂阶段,随着应力的增加和内部弹性势能的积聚,型煤表面裂纹面积的增加速率较压实阶段有明显提高,伴随产生许多细小裂纹。第3阶段为加速破裂阶段,随着应力继续增加以及材料内部积聚弹性能的释放,试样变形过程加速,导致裂纹面积增速进一步增大。第4阶段为卸压阶段,试样的裂纹面积达到最大值,承载能力急剧降低,发生失稳破坏。

摘要：煤岩破裂伴随氡析出特性变化,通过观测煤、岩破裂过程氡析出规律有利于揭示煤岩动力灾害机理及其前兆特征。论文利用自行设计的受载岩石破裂过程氡析出测量试验系统,研究了煤岩单轴压缩氡析出规律。结果表明,煤岩试样单轴压缩不同加载阶段的氡析出特征具有显著差异。试样加载初期(孔隙/裂隙压密阶段),氡析出较原始状态大幅增加;试样加载中期(弹性变形阶段),氡析出较加载初期明显回落;试样加载后期(塑性变形阶段),氡析出较原始状态进一步增加;试样破裂后,煤样和岩样的氡浓度较原始水平分别增加了约91%和83%。

摘要：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。

摘要：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。

摘要：为阻断瓦斯爆炸在管道方向上的传播,保护管道后方区域,本文采用氮气幕来进行阻爆,所设计的实验装置在爆炸发生后能自动喷出氮气。主要研究了氮气的喷气压力和喷气时刻对阻爆功能的影响。结果表明,在喷气压力为0.1MPa时,氮气幕仅起到抑制作用,爆炸火焰能穿过整个实验管道。在喷气压力为0.2MPa时,仅部分实验能够阻爆,氮气幕产生不稳定的阻爆效果。在喷气压力为0.3MPa时,阻爆位置均稳定在左喷头和右喷头之间区域,氮气幕产生稳定地阻爆效果。喷气压力超过0.4MPa后,阻爆位置稳定在右喷头附近。在较低氮气压力0.2MPa下,喷气时刻对阻爆效果产生显著影响。随着喷气时刻延迟,氮气喷出量减小,氮气幕由不稳定阻爆变为不阻爆。喷气时刻延迟到198ms后,氮气幕便丧失阻爆功能。在喷气压力超过0.3MPa后,氮气幕阻爆效果便不受喷气时刻的影响,喷气压力对能否阻爆起决定作用。