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构造煤渗透率对温度变化响应规律的试验研究

岩土力学 2016年第4期37卷 1042-1048页

作者：孙光中王公忠张瑞林中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083 河南工程学院安全工程学院河南郑州451191 河南省煤矿安全重点实验室培养基地河南郑州451191

针对含瓦斯构造煤渗透率与温度变化关系,利用自主研发的含瓦斯煤岩热-流-固耦合三轴渗流试验装置,开展不同应力条件下含瓦斯构造煤原煤样的渗透率与温度变化的试验研究。试验结果表明:(1)在试验温度变化过程中,构造煤样渗透率随温度升... 详细信息

针对含瓦斯构造煤渗透率与温度变化关系,利用自主研发的含瓦斯煤岩热-流-固耦合三轴渗流试验装置,开展不同应力条件下含瓦斯构造煤原煤样的渗透率与温度变化的试验研究。试验结果表明:(1)在试验温度变化过程中,构造煤样渗透率随温度升高而降低,渗透率与温度变化呈现负指数函数分布规律;(2)在试验温度变化过程中,构造煤渗透率损失率与有效应力符合Boltzmann分布,渗透率损失率存在有效应力门槛值大约为4.515 MPa。渗透率变化主要分为渗透率加速变化与平稳变化两个阶段,构造煤样渗透率从加速阶段过渡到平稳变化温度大约为45℃;(3)在温度21~80℃范围内,渗透率敏感性系数数量级为10^(-2),温度变化对构造煤样渗透率影响不显著。同时,有效应力的增加使得温度敏感性系数降低。

关键词：构造煤渗透率有效应力温度敏感性

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液压缸试验台系统设计与仿真研究

液压缸试验台系统设计与仿真研究

作者：孙光中东北大学

学位级别：硕士

在液压缸的检验中,试验台是必不可少的设备,而试验台的性能主要取决于液压系统和控制系统的好坏。电液伺服系统综合了电气和液压两方面的特长,具有控制精度高、响应速度快、输出功率大、信号处理灵活、易于实现各种参量的反馈等优点。... 详细信息

在液压缸的检验中,试验台是必不可少的设备,而试验台的性能主要取决于液压系统和控制系统的好坏。电液伺服系统综合了电气和液压两方面的特长,具有控制精度高、响应速度快、输出功率大、信号处理灵活、易于实现各种参量的反馈等优点。在研究了电液伺服系统及其动力机构的现状与发展情况后,本文采用了符合现场工况要求的阀控非对称液压缸伺服系统。区别于经典的阀控对称液压缸系统的建模方式,本文重新建立了阀控非对称缸的数学模型,并对被试缸系统和加载系统各个参数进行了详细的推导和求解。在建好模型的基础上,介绍了连续与离散PID控制方法,利用MATLAB/Simulink仿真软件搭建了离散的PID控制器,并对加载系统进行了仿真分析。通过分析结果找出了常规PID控制的局限性,这主要是由电液伺服系统的典型未知不确定性和非线形所决定的。最后提出了CMAC(小脑模型神经网络)与PID复合控制的控制方案,设计了新的控制算法来改善阀控非对称液压缸系统的控制效果。神经网络具有任意非线性表示能力,通过与常规PID的有机组合可以实现很好的控制效果。通过Simulink软件仿真结果表明,CMAC与PID复合控制器应用于阀控非对称液压缸伺服系统中可以获得更好的稳定性和自适应性,从而提高了系统的控制效果,满足了实际应用的要求。CMAC与PID复合控制器也为其他的复杂非线性系统的控制提供了一定的参考。

关键词：试验台阀控非对称缸建模仿真离散PID控制 CMAC与PID复合控制

轴向应力循环加卸载作用下含瓦斯煤渗透性研究

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岩石力学与工程学报 2016年第5期35卷 928-938页

作者：孙光中荆永滨张瑞林王李管中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083 河南工程学院安全工程学院河南郑州451191 河南工程学院河南省煤矿安全重点实验室培养基地河南郑州451191

针对构造煤渗透率对轴向应力循环加卸载的响应特征,利用自行研制的含瓦斯煤热–流–固耦合三轴渗流试验装置,进行试验研究,并结合试验结果进行渗透率动态模型分析,结果表明:含瓦斯构造煤的渗透率与应变的关系呈斜"V"字型走势,峰值强度后... 详细信息

针对构造煤渗透率对轴向应力循环加卸载的响应特征,利用自行研制的含瓦斯煤热–流–固耦合三轴渗流试验装置,进行试验研究,并结合试验结果进行渗透率动态模型分析,结果表明:含瓦斯构造煤的渗透率与应变的关系呈斜"V"字型走势,峰值强度后,煤样渗透率增加趋势明显,且增速大于初始压缩阶段渗透率的降速;煤样渗透率与轴向应力在加卸载过程中符合负指数函数分布,渗透率在加载过程中减小,卸载过程中有所恢复,渗透率与有效应力未形成封闭曲线,循环加卸载使煤样中孔隙进一步压缩,渗透率损失量增大,同时渗透率对于有效应力的敏感度降低;通过引入加载过程渗透率敏感性损失因子及卸载过程中渗透率损耗因子,建立循环加卸载过程中渗透率与有效应力的动态演化模型,试验数据与理论计算数据对比验证了模型的适用性。

关键词：采矿工程构造煤循环加卸载渗透率动态模型有效应力

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连续升温条件下煤样瓦斯渗透特性试验研究

中国安全科学学报 2016年第4期26卷 108-113页

作者：王公忠孙光中河南工程学院安全工程学院

为研究温度对煤样瓦斯渗透率的影响,采用含瓦斯煤岩热-流-固耦合三轴渗流试验装置,开展相应试验。结果表明:煤样渗透率随温度的升高呈S型下降趋势,具体可分为缓慢下降、加速下降、减速下降、二次加速下降、平缓等5个阶段;载荷作用下煤... 详细信息

为研究温度对煤样瓦斯渗透率的影响,采用含瓦斯煤岩热-流-固耦合三轴渗流试验装置,开展相应试验。结果表明:煤样渗透率随温度的升高呈S型下降趋势,具体可分为缓慢下降、加速下降、减速下降、二次加速下降、平缓等5个阶段;载荷作用下煤样的体积应变随温度升高而增大,变化过程可以分为上升-减缓-再上升-再减缓4个阶段,与渗透率随温度变化过程相对应。

关键词：渗透率温度试验研究体积应变瓦斯

基于空间结构性的距离幂次反比法品位估值研究

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地质科技情报 2018年第2期37卷 215-220页

作者：荆永滨孙光中毕林河南工程学院安全工程学院郑州451191 金属矿山安全与健康国家重点实验室安徽马鞍山243004 中南大学资源与安全工程学院长沙410083

为使距离反比加权法(IDW)的估值结果反映出矿石品位的空间结构性,提出了基于数据空间结构性的距离反比加权估值方法(SIDW)。对钻孔样品按长度进行品位组合,通过计算矿体走向、倾向和厚度方向的变异函数分析组合样品中矿石品位的空间结... 详细信息

为使距离反比加权法(IDW)的估值结果反映出矿石品位的空间结构性,提出了基于数据空间结构性的距离反比加权估值方法(SIDW)。对钻孔样品按长度进行品位组合,通过计算矿体走向、倾向和厚度方向的变异函数分析组合样品中矿石品位的空间结构性。根据变异函数的方向和变程建立表示结构性的各项异性椭球体模型,利用线性变换矩阵将样品的品位数据的各向异性转换为各向同性,从而将样品搜索范围从与矿体产状一致的椭球体转换为球体,进而将计算权重的距离转换为各项同性变换后的距离。以某铜矿为例,分别将IDW和SIDW的估值结果与普通克里格法的估值结果进行对比分析,3种方法的品位估值结果的平均值和标准差基本一致,但SIDW与普通克里格法估值结果的相关系数、相对误差的平均值和标准差等指标均优于IDW,说明基于数据空间结构性的距离反比加权法与普通克里格法的品位估值结果更接近,能够以简单的方法较大程度地反映矿石品位的空间变化,得到较好的矿石品位估值结果。

关键词：品位估值距离反比加权变异函数各向异性

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“三软”煤层机采工作面端头支护技术

辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2013年第4期32卷 467-470页

作者：孙光中田坤云关鹏云河南工程学院安全工程学院河南郑州451191 中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院北京100083 国投煤炭郑州能源开发有限公司河南登封452470

针对"三软"煤层工作面上下端头处围岩变形特点及对支护结构的要求,分析了现有端头支护方式及优缺点,设计了步移式支护架结构及其技术参数,步移式支护架主要分为前部、中部和后部.理论计算了步移式支护架上载荷大小为2 807.35 kN,通过实... 详细信息

针对"三软"煤层工作面上下端头处围岩变形特点及对支护结构的要求,分析了现有端头支护方式及优缺点,设计了步移式支护架结构及其技术参数,步移式支护架主要分为前部、中部和后部.理论计算了步移式支护架上载荷大小为2 807.35 kN,通过实测分析,支架上平均载荷值2 238 kN,为额定载荷的46.6%,上下端头处围岩最大变形量为197 mm,为安全生产提供了保证,为"三软"煤层端头支护提供了理论及技术依据.

关键词：围岩变形端头支护支护方式载荷步移式支护架技术参数变形量 “三软”煤层

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矿体块段模型品位估值快速搜索算法研究

矿冶工程 2016年第4期36卷 8-10,15页

作者：荆永滨孙光中河南工程学院安全工程学院河南郑州451191 中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083

为提高矿体块段模型品位估值时邻近组合样数据搜索的计算效率,加快搜索速度,通过构建包含整个组合样数据空间范围的三维网格,利用三维网格将组合样划分至网格单元块中,计算总索引值和单元块内组合样累计数;然后确定覆盖搜索椭球体的移... 详细信息

为提高矿体块段模型品位估值时邻近组合样数据搜索的计算效率,加快搜索速度,通过构建包含整个组合样数据空间范围的三维网格,利用三维网格将组合样划分至网格单元块中,计算总索引值和单元块内组合样累计数;然后确定覆盖搜索椭球体的移动网格,并计算移动网格单元块相对于包含椭球体中心的单元块的偏移量。在对块段模型单元块进行品位估值时,依据移动网格的偏移量数组、总索引值和组合样累计数,快速确定估值单元块的邻近组合样,进而通过八分象限、邻近数据个数和每个钻孔数据个数等约束条件限制,得到最终用于克里格或距离幂次反比法估值的组合样数据。该方法通过数据分区和预处理提高了邻近组合样的搜索速度,适用于精确模拟矿体边界的大数据量块段模型品位估值。

关键词：块段模型品位估值数据搜索移动网格

加卸载作用下构造煤峰值前渗透率变化特征试验研究

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西安科技大学学报 2016年第2期36卷 193-199页

作者：孙光中荆永滨河南工程学院安全工程学院河南郑州451191 河南省煤矿安全重点实验室培养基地河南郑州451191

利用自行研制改造的含瓦斯煤热流固耦合三轴渗流实验装置,以典型豫西"三软"构造煤原煤样为研究对象,进行三轴压缩下构造煤样渗透率测试,分析了轴向应变-渗透率变化关系;研究了轴向应力加卸载作用下含瓦斯构造煤渗透率的影响。结果表明:... 详细信息

利用自行研制改造的含瓦斯煤热流固耦合三轴渗流实验装置,以典型豫西"三软"构造煤原煤样为研究对象,进行三轴压缩下构造煤样渗透率测试,分析了轴向应变-渗透率变化关系;研究了轴向应力加卸载作用下含瓦斯构造煤渗透率的影响。结果表明:三轴压缩作用下含瓦斯煤的渗透率与轴向应变的关系呈斜"V"字型走势;渗透率在轴向应力加载过程中减小,卸载过程中有所恢复,且煤样渗透率与轴向应力在加卸载过程中符合负指数函数分布,并给出了数据拟合参数;在加载过程中,有效应力大,渗透率无因次量降低速率大;卸载过程中,有效应力大,使得渗透率无因次量变化幅度减小,变化速率趋近于0.渗透率无因次量与有效应力在加卸载过程中服从负指数函数分布。

关键词：构造煤加卸载渗流特性有效应力渗透率

基于温度作用下含瓦斯煤渗透率动态演化模型的修正及试验研究

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应用基础与工程科学学报 2017年第3期25卷 489-499页

作者：孙光中荆永滨田坤云王李管张瑞林河南工程学院安全工程学院河南郑州451191 中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083 河南省煤矿安全重点实验室培养基地河南郑州451191

对含瓦斯煤渗透率影响因素进行分析,得到了基于温度、瓦斯压力、瓦斯吸附膨胀的有效应力计算公式.从渗透率影响因素之间的相互作用出发,通过克拉伯龙方程给出了温度增量引起瓦斯压力变化,瓦斯压力导致煤基质压缩及吸附膨胀应力改变,由... 详细信息

对含瓦斯煤渗透率影响因素进行分析,得到了基于温度、瓦斯压力、瓦斯吸附膨胀的有效应力计算公式.从渗透率影响因素之间的相互作用出发,通过克拉伯龙方程给出了温度增量引起瓦斯压力变化,瓦斯压力导致煤基质压缩及吸附膨胀应力改变,由此改进了有效应力计算公式.以Kozeny-Carman方程为桥梁,修正了煤体峰值前,压缩条件下考虑温度、瓦斯压力及吸附膨胀相互作用影响的渗透率动态演化模型.利用自制实验系统对温度作用下含瓦斯煤渗透性进行测试,得到含瓦斯煤渗透率与温度变化符合负指数函数分布,对比修正后的模型计算数据发现其与试验数据有很好的一致性.研究成果为温度作用下含瓦斯煤渗流的多场耦合问题提供一定的理论基础.

关键词：温度含瓦斯煤渗透率模型有效应力