挑战杯项目申报书

《挑战杯项目申报书》由会员分享，可在线阅读，更多相关《挑战杯项目申报书（26页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、前言序号：第五届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛作品申报书作品名称：学院：个人申报者姓名（集体名称）：类别： 自然科学类学术论文 哲学社会科学类社会调查报告和学术论文 科技发明制作说明1申报者应在认真阅读此说明各项内容后按要求详细填写。 2申报者在填写申报作品情况时只需根据个人项目或集体 项目填写Al或A2表，根据作品类别（自然科学类学术论文、哲 学社会科学类社会调查报告和学术论文、科技发明制作）分别填 写 Bl、B2 或 B3 表。所有申报者可根据情况填写 C 表。3表内项目填写时一律打印或用钢笔填写（字迹端正），此 申报书可复制。4序号由第五届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛 指导

2、委员会填写。5学术论文、社会调查报告及所附的有关材料必须是中文 （若是外文，请附中文本），请以4号仿宋体打印在A4纸上，附 于申报书后；学术论文及有关材料在 8000 字以内，社会调查报 告在15000字以内（文章版面尺寸16cmX25cm左右）。6科技发明制作类作品要有1000字以内的作品说明，并附 相关的研究报告、图表、曲线、试验数据、原理结构图、外观图 （照片）、鉴定证书和应用证书等，打印或粘贴到申报书后。7各学院通过初审的作品各一式三份在规定时间内报科技 创新指导中心办公室（地址：大学生活动中心 301 室）。A2 申报者情况（集体项目）说明：1必须由申报者本人按要求填写；2申报者代表

3、必须是作者中学历最高者，其余作者 按学历高低排列；B3 申报作品情况（科技发明制作）说明：1必须由申报者本人填写；2本部分中科研管理部门签章视为对申报者所填内 容的确认；3本表必须附研究报告，并提供图表、曲线、试验数据、原理结构图、外观图（照片），也可附 鉴定证书和应用证书；4作品分类请按照作品发明点或创新点所在类别填报。作品全称大尺寸煤样渗透性双向加载试验装置作品分类（E） A.机械与控制（包 括机械、仪器仪表、自动化控制、 工程、交通、建筑等）B信息技术（包括 计算机、电信、通讯、电子等）C.数理（包括数学、物理、地球与空间科学等）D. 生命科学（包括生物、农学、药学、医 学、健康、卫生、

4、食品等）E. 能源化工（包括能源、材料、石油、化 学、化工、生态、环保等）作品设计和基本思路1- 随着采煤技术的不断地高，煤矿的产量也是突飞猛进。采 煤的速度加快，瓦斯事故发生越来越频繁，死亡人数不断增加， 2009年至2010年11月，由国家煤矿安监总局公布数据显示，煤 矿事故共死亡966人，瓦斯事故死亡人数为659人（见下图）。这 些事故不得不引起人们的关注，如何提前预测工作面瓦斯成为很 多教授的研究课题。瓦斯的突出与矿山的压力以及煤岩的裂隙发 育有关，如果找出矿山压力与裂隙发育及瓦斯渗透性之间的关系， 根据工作面的周期性来压，预测瓦斯的涌规律，预防瓦斯事故的 发生。作品 设计、发明 的目

5、的和 基本思路2- 收集材料，包括国内外学者的同类研究。3- 在采掘工作面中，与进风巷和回风巷接触的煤壁均是用锚 杆和锚网支护，是受到的约束的，所以煤壁处的煤岩单元体处于 五面约束状态。我们构思的实验装置采用单轴加载，三边约束， 一面自由。与工作面的的实际情况相似。构思出模拟工作面的实 验装置一一大尺寸煤样渗透性实验装置。该实验装置为防止在加 载过程中实验装置发生变形，采用强度较高的厚钢板为材料制作。 同时该实验装置拆卸。4- 实验的加气方式和各种实验数据的检测：用氮气来模拟瓦 斯气（考虑到安全性，暂时不考虑煤对瓦斯的吸附-解析作用）； 用气体压力传感器进行气体压力测试，时刻监测气体压力；用气

6、 体流量计进行气体流量测量；用岩石力学试验机进行轴向加载， 测试其压力；用声发射传感器进行煤岩样裂隙变化情况测定。5- 图纸设计：用Auto CAD绘制大煤样渗透性实验装置装配 图。包含前视图，左视图，俯视图。6- 实物制作:先制作实物模型，在改进的基础之上制作实物。7- 对该实验装置系统进行试验测试以及技术改进。8- 在双向加载的情况下，测试煤样的渗透性系数。发明的目的用煤岩渗透性装置来模拟煤矿工作面，在岩石力学试验机对煤样 进行加载，并在煤样二边约束的情况下。研究加载和卸载过程中煤样 的裂隙发育情况，以及煤样的裂隙发育与煤样的渗透性的变化规律， 从而测试出在加压和卸载煤样的渗透性规律，在煤

7、矿生产过程中，可 以根据采煤工作面压力的周期性变化，对瓦斯的涌出规律进行提前预 测，为煤矿井下采煤工作的瓦斯灾害进行预防和瓦斯抽采提供依据。创新点1、实验装置系统创新该装置主要由气源单元、气体压力测试单元、气体流量测试单元、 试验机加载及控制单元、声发射监测单元、煤岩、气渗透性双向加载 试验装置单元六部分组成，其功能是在室内利用岩石力学试验机对煤 岩试样进行加载破坏过程中，研究瓦斯在煤岩试样中的渗透性试验提 供试验条件，寻求煤岩试样在双向加载过程中瓦斯的运移规律，为煤 矿井下采煤工作面的灾害预防和瓦斯抽采提供依据。2、密封性处理技术 本试验目的是探索气体随着压力变化在大煤样中的渗透性的变化规律

8、，试验中要测量的气体具有较高压力和的一定流量，所以较高气体压力下的密封问题成为本实验成败的关键。根据试验环境密封胶 必须具有一定的粘结性能、弹性性能，而且要能承受气压和不同方向仓u新 载荷的挤压作用而不破裂、不漏气，必须具有较高的强度。根据该要点、技术关 键和主要 技术指标求，选择了多种密封胶试验，包括玻璃密封胶等，在实验过程中发现， 密封胶涂层往往容易造成厚薄不均匀，气体从试样和装置的边角处溢 出，从而导致密封失效，为了增加密封的可靠性和安全性，经试验在 密封胶外部增加了一层高抗撕裂的硅胶板，该胶板具有很高的抗撕拉性能、高弹性、耐油、耐高温、无毒无味等。适合于较高压力下的试 验环境。密封结构

9、如图1、2：硅胶板出 气侧密 封胶气板图1密封系统实物图片图2密封系统示意图3、煤样的选取及加工工艺流程由于该试验模拟的是采煤工作面前方煤壁在卸压过程中的流 动规律，所以对所取煤样的要求就相当的严格。为了尽量保持煤样的 完整，取样时要求现场工人从工作面的上下顺槽中进行钻切，而且体 积尽量大。由于煤种类较多，煤质的软硬程度不同，对于松软煤层的 采样难度较大。煤样加工的流程如下：切割机切割一一人工修整一一磨床加工一一缺边角煤样灌浆一 磨床加工。加工后的煤样情况如图3所示：图3加工后煤样照片 Z . 刖言技术关键1、结构特征该装置的目的在于能够提供一种实现在垂直Z方向由试验机主动 轴向加载，水平Y方

10、向采用两块侧限板，并由两根螺栓连接被动约束， 水平X方向一边加气，另一边为自由面。在室内模拟煤矿井下工作面 前方煤体瓦斯气体随工作面推进过程中的运移规律。要求满足在加载 过程中试样Z和Y方向4个侧面密封不泻漏，水平X方向加气体，另 外一个方向模拟采煤工作面煤体的试验装置，研究煤岩体在不同应力 加载过程中瓦斯气体的渗透性与应力之间的关系。具体装置的各项组 成如图4所示。剖视图9313左视图95U1俯视图1试样、2透气板、3密 封胶板、4底板、5进气口、 6压条、7上压板、8、9紧固 螺栓、10侧限板、11压紧螺 A栓、12压紧螺母、13垫片图4大尺寸煤样渗透性双向加载试验装置三视图该试验装置对应

11、的实物图如图5、6所示。图52、密封性处理技术本试验目的是探索气体随压力变化在大尺寸煤样中的渗透性的 变化规律，试验中要测量的气体具有较高压力和一定流量，所以较高 气体压力下的密封问题成为本实验成败的关键，经过多次试验我们自 己研发出合适的密封性技术。主要技术指标1、声发射能量和应力之间的对应关系经过实验知道，声发射能量变化和煤岩体随应力变化具有很好的 对应性：在初始阶段，由于煤样有一个压密的过程，这是产生了一定 的声发射，但是能量幅度较小。随后出现了一段相对的平静期，只有 噪声声发射的存在。当荷载继续加载，声发射的能量和次数显著增加， 当应力到达第一个峰值时间，声发射也同时达到一个最高点。随

12、后， 强度进一步升高，声发射能量也逐渐趋于高位运行。最后由于该试块 的强度大于试验机的最大压力，无法使试样完全破坏。2、应力和煤样中渗流速度之间的关系在前期的弹性阶段，煤岩体是一个逐渐压密实的过程，随着煤岩 体中孔隙度和裂隙宽度逐渐减小，气体流速有一定的下降趋势，这个 阶段的声发射能量也趋于平静。当应力超过弹性阶段进行弹塑性阶 段，试件中逐渐由小到多的产生新的微裂隙，流速也逐渐增加；当接 近第一个峰值时，产生的微裂隙增多，其中有的裂隙互相交割而贯通， 因此这时的渗透速度急剧增长。尽管没有做到峰后的完全破裂阶段， 但是可以预计，随着煤岩体内部的裂隙进一步增多，渗透速度还会增 大，但是增长的幅度因

13、为新开裂隙的闭合而降低。从这个过程可以得出如下结论：最大渗透速度数值发生在煤岩体 的峰后破裂阶段，最小值出现在弹性变形发生到一定程度时，而且煤 样在破坏过程中，渗透率经历变大变小急剧变大的过程。作品 的科学性 先进性（必 须说明与 现有技术 相比、该作 品是否具 有突出的 实质性技 术特点和 显著进步。 请提供技 术性分析 说明和参 考文献资 料）瓦斯事故是所有煤矿安全事故中主要的一种类型，属于煤矿五大 灾害之一。工作面的瓦斯涌出与诸多因素有关，其中煤岩体的坚硬程 度、裂隙发育程度、裂隙的方向、裂隙的连通程度、所受应力状态、 瓦斯压力等在众多因素中占有相当大的比重，故研究生产过程中煤岩 体内瓦

14、斯的运移规律与煤岩体的应力等因素的关系成为煤矿安全研 究工作的重中之重。随着煤岩体与瓦斯这一课题在煤矿行业重要性日益突出。国内外 学者也在不懈的努力，他们通过一系列实验室物理试验方法对煤岩的 应力与瓦斯流体渗流系数的关系进行了大量试验研究。如缪协兴教授 等深入研究了采动岩体的渗流理论，设计了峰后岩石和碎石渗流试 验，取得了重要成果，李树刚博士采用尺寸54X70mm左右的试件， 进行了煤岩、气渗透性试验，另外一些学者用小试样进行了三轴应力 作用下的渗透系数试验，以讨论侧压对渗透系数的影响。徐涛博士等 采用数值模拟方法，进行了煤岩渗透率的模拟实验研究。虽然经过多 年的研究与实践，但到目前为止仍然没

15、有一种有效的方法能较好地预 测生产过程中瓦斯突出的危险性。常用的几种预测方法由于在不同的 地域预报的临界值变化较大，难于掌握。通过对以往研究的分析，我们研制了一套适合在室内进行的煤矿 井下采煤工作面煤体的瓦斯运移规律的模拟试验系统即煤岩气渗透 性双向加载实验系统。1、实验系统原理、装配、目的科学先进性根据采煤工作面煤壁附近一定范围内的煤岩单元体处的五面约 束平面应变状态，瓦斯气体主要从煤壁内部涌出，以及在工作面特定 条件下的瓦斯涌出实际物理过程，应用煤岩瓦斯耦合理论、材料力学 损伤力学、采动岩体力学等原理，我们研制了150X 150X 150mm规格 的平面应变压缩气固耦合实验系统，该系统主要包括：煤岩-气加载 试验装置（单元I）、轴向加载及控制系统（单元II）、加气系统（单 元I