井眼轨道的软着陆设计模型的改进解法

井眼轨道的软着陆设计模型的求解可以归结为一个七元非线性方程组的求解问题.前人给出了数值迭代求解算法,然而并没有证明该迭代算法的收敛性,并且该算法是否收敛严重依赖于用户给出的迭代初始值.通过一系列的消元、化简的数学技巧,将七元非线性方程组化简为一元多项式方程,并在此基础上给出了软着陆设计模型的一个新算法.理论分析和实际算例表明,新算法的主要计算工作量是求多项式方程的非负实数根,其他未知数与实数根是简单的函数关系,计算量很小.新算法克服了迭代算法的初值依赖性以及迭代过程可能发散等缺陷,并且在设计模型有多个解的情况下,可以同时求出这些解.     

二维圆弧型井眼轨道设计问题的通解

二维圆弧型井眼轨道是常规定向井、水平井轨道设计优先考虑的剖面类型,应用比较广泛.但是由于井段组合形式很多,并且对于同一种井段组合还有很多种未知数求解组合,推导每种井段组合和求解组合情况下的解的计算公式的工作非常繁重和复杂.研究了任意井段组合和任意求解组合的通解问题,发现井眼轨道设计问题的约束方程组可以化归成线性代数方程组或者4种典型方程组之一;得到了4种典型方程组的实数解的计算公式,并给出了有实数解的判别条件.对于二维圆弧型井眼轨道设计问题的基础理论研究和计算机软件开发都有重要的意义.     

直-增-稳剖面设计问题的解析解

使用无量纲化方法对设计方程组进行了改写,新的无量纲化设计方程组有利于充分利用三角函数公式求解析解,所得到的解析解计算公式具有简洁的数学形式。将设计方程组求解问题分成两类,对于已知最大井斜角的第Ⅰ类问题,使用线性代数解方程组的克莱默法则直接就可以得出解析解。最大井斜角为未知数的第Ⅱ类问题,使用三角函数公式进行化简,得到形式简单、统一的解析解公式,避免了使用半角公式所带来的解析解计算公式的复杂性。所使用无量纲化方法具有一定的普适性,可以用于解决其他类型的二维剖面设计问题。     

两电平逆变器特定谐波消除的实时求解算法

开关角度的实时求解是特定谐波消除技术应用于工程实际的难点所在。本文提出了一种适用于微控制器的两电平逆变器消谐方程组实时求解算法。该算法分为离线转化和在线求解两个阶段。离线转化阶段,使用对称多项式和Groebner基理论将消谐方程组等价转化为一元高阶方程和线性方程组,并将此线性方程组存入微控制器;在线求解阶段根据输入调制比,求出线性方程组的数值解,并以此为系数构造一元高阶方程,使用Sturm定理隔离出一元高阶方程各个实根所在的区间,进而对每个区间使用弦截法求出所包含的精确实根。与传统数值法相比,此算法在STM32F407中的计算效率提高20倍。基于本文所提出的实时求解算法搭建了两电平逆变器实验平台进行验证,实验结果证明了此算法的有效性。     

四维能源供需系统的简明严格解析解

孙梅与田立新最近提出了包括可再生能源的四维能源供需系统及其方程组,并进行相应的混沌研究.本文利用了非常规的推导方法对此方程组导出了三套简明严格解析解,以给出其理论背景、典型情况以及作为标准解来校核相应的数值解和计算方法与技巧.     

稳定流抽水试验井损参数计算

通过分析抽水试验中井损产生的原因及确定方法,通过Jacob(雅可布)公式,对3次降深数据进行了井损数值计算分析,再基于图解法对钟九铁矿副井抽水试验的3次降深数据绘制了S/Q-S曲线图,求出井损计算公式各数值。通过计算结果对比,发现由S/Q-S曲线近似直线求出的井损数值较为合理,同时印证了图解法是一种简便高效的井损求取方法。     

用固定和非固定分支求解矿山通风网路

通风网路分析是集中求解含几个未知数的几个网路方程组的过程。例如,在自然风流分支问题上,解B网路方程求出B风量,B为网路中的分支数。为简化讨论,在网路中每个分支增加一通风调节装置,如调节风门或扇风机,其作业地点由风量和压力损失(或增高)来确定。如果风量和风压选定和已知,则调节装置的作业点为固定;如果两     

大位移井悬链线剖面设计的数值计算

悬链线剖面是大位移井轨道的经典类型,在进行设计时需要求解一个以悬链线初始井斜角为未知数的非线性方程。由于未知数包含在多个三角函数和对数函数中,计算工作量较大,而且常用的迭代求解方法存在一些问题。通过数学变换将该方程转换成一个只包含对数函数和多项式函数的新方程,对新方程的函数性态做了几何分析,进而提出了寻找求解区间的步长搜索算法和自适应步长搜索算法。利用二分法在求解区间上能够快速求出新方程的数值解。利用大位移井设计实例验证了本文算法的有效性,并对圆弧井段井眼曲率与方程解的关系进行了讨论。本文提出的算法可用于大位移井轨道设计的计算机软件开发中。     

基于模糊混合智能算法的风险投资约束模型

基于可信性理论,提出一类新的带有模糊参数的风险投资机会约束模型。由于提出的风险投资问题包含带有无限支撑的模糊变量参数,因此它是一个无限维的优化问题。为了求解这个模糊优化问题,这里将逼近方法嵌套到神经网络和遗传算法中产生一个基于遗传算法的混合智能算法求解本文提出的带有模糊参数的风险投资机会约束问题。最后,给出一个数值例子来表明所设计模型和算法的实用性。     

摆线型大位移井轨道设计的数值计算

摆线型大位移井轨道由"直井段—圆弧井段—摆线井段—稳斜井段"构成,与其他类型的大位移井轨道相比,摆线型大位移井具有最小的或很小的摩阻和摩阻力矩。摆线型大位移井轨道设计问题归结为求解一个二元方程组,当未知设计参数为摆线井段初始井斜角或稳斜井段井斜角时,该方程组为非线性方程组,没有解析解。通过数学变换和化简,得到了等价的三角函数方程,根据区间搜索和二分法提出了求该三角函数方程近似解的数值迭代算法。算例表明,该算法具有很好的迭代稳定性,计算精度高、速度快。新算法可用于大位移井轨道设计的计算机软件开发,对于提高软件的适用性和稳定性具有较大的帮助。     

摆线型大位移井剖面设计的数值计算

摆线型大位移井轨道由"直井段-圆弧井段-摆线井段-稳斜井段"构成,与其他类型的大位移井轨道相比,摆线型大位移井具有最小的或很小的摩阻和摩阻力矩.摆线型大位移井轨道设计问题归结为求解一个二元方程组,当未知设计参数为摆线井段初始井斜角或稳斜井段井斜角时,该方程组为非线性方程组,没有解析解.通过数学变换和化简,得到了等价的三角函数方程,根据区间搜索和二分法提出了求该三角函数方程近似解的数值迭代算法.算例表明,该算法具有很好的迭代稳定性,计算精度高、速度快.新算法可用于大位移井轨道设计的计算机软件开发,对于提高软件的适用性和稳定性具有较大的帮助.     

大倾角煤层采动裂隙演化规律

通过离散元UDEC数值模拟计算,分析了大倾角煤层开采过程中,扰动岩体裂隙的演化规律,同时采用相似材料模拟实验结果验证了数值计算结果的可靠性。大倾角煤层采动岩体裂隙发展初期以平行于工作面倾向的离层裂隙为主,后期离层裂隙的高度基本恒定,竖向裂隙扩展加速,直至延伸到地表,形成错断式裂缝和塌陷坑。在此基础上,建立了大倾角煤层采动裂隙分形维数D和采深的关系式,以及逾渗概率p和采深的关系式,实现了定量描述裂隙的演化规律。通过拟合分形维数D和逾渗概率p的关系式,可求得分形维数的峰值,进而可求得对应的采深,此采深即为破碎覆岩压密沿倾斜方向重新形成稳定结构所需的采深。计算结果可用于预先估算大倾角煤层开采埋深范围内是否可形成基本顶稳定结构,进而可采取不同的措施指导工作面的安全开采以及巷道的合理支护。     

采动与隐伏断层双重作用下底板破坏特征

针对工作面底板含隐伏断层条件下底板水害多发的问题,综合数值计算与现场实测2种方法探究底板岩体采动破坏特征。模拟结果得出:底板塑性区范围随工作面推进距离增加而扩大,距底板隐伏断层远场的完整型底板岩体最大破坏深度约为18 m,靠近底板隐伏断层的岩体最大破坏深度约为28 m,隐伏断层活化是促进底板破坏深度增加的积极因子;受隐伏断层存在的影响,底板岩体采动破坏范围呈现出以过隐伏断层顶部竖轴为对称轴的正"八"型破坏形态;钻孔窥视实测得到采动破坏影响范围内呈现出裂缝贯通型"环形"破坏圈的特征,底板采动破坏深度最大值约为29 m。结果表明:受隐伏断层和采动应力影响,底板破坏深度明显增大,且扩展路径沿着隐伏断层顶部斜向下发展,数值模拟与实测结果误差约为3.4%。     

齐平3井钻井施工技术

齐平3井是部署在松辽盆地中央坳陷区齐家凹陷的一口水平探井,完钻斜深3574.03 m,垂深2201.1 m,水平段长1195.35 m。在施工前对井身结构和井眼轨迹剖面进行了优化设计,施工中应用井眼轨迹控制技术、地质导向技术,并配以钻井安全施工工艺,保证了该井的顺利完钻,实现了设计要求的各项技术指标,取得了良好的施工效果。     

裂隙含水层水平孔注浆“三时段”浆液扩散机理研究及应用

邯邢矿区是典型的华北型煤田大水矿区,其深部的大采深高承压水矿井采用地面区域超前治理奥灰水害系列技术,其中多分支近水平定向钻探及注浆是实现区域超前治理水害的关键技术。此前对注浆浆液扩散机理研究很多,但都是以垂向注浆孔及水平裂隙建立水动力学与岩石力学研究模型。地面区域治理奥灰水害是水平注浆孔高压注浆,为此开展了奥灰裂隙岩体高承压水的水平注浆孔浆液扩散机理研究,提出了注浆“三时段”的划分,并给出水动力学表达式;分析了垂向裂隙面上浆液圆环扩散形态;建立了垂向裂隙中浆水分区水动力学模型,推导出浆液扩散半径与注浆压力间关系;在有可注性差的上边界条件下,对浆液扩散形变问题给出数值模拟方法;为水平孔注浆初设及注浆参数优化提供了理论和技术指导,在邯邢矿区应用效果明显。     

大采高工作面煤壁片帮机理数值模拟

以赵固一矿15018工作面为工程背景,采用理论分析和数值模拟的方法对12011工作面的煤壁片帮深度机理进行研究和分析,对在支承压力作用下的煤壁片帮形式进行了压杆理论模型分析,得到了在不同采高和采深下煤壁片帮的变化情况,即随工作面采高和采深的增加煤壁片帮也会相应的增大。通过对在不同采高和采深煤壁的垂直位移、水平位移、煤壁塑性区的模拟,分析了大采高煤壁片帮的诱发机理,对于煤壁片帮较严重的大采高工作面的安全生产和支护设计都有一定的指导意义。     

自稳隐形拱的研究与应用

根据巷道顶板的受力状况,提出了巷道顶板的“自稳隐形拱”概念,并利用大型软件FLAC对开挖后的巷道进行了数值模拟,推导出了自稳隐形拱与极限自稳隐形拱的曲线方程。通过改变巷道断面形状、加帮部锚杆和顶板锚杆,可以改变自稳隐形拱和极限自稳隐形拱的曲线位置,为支护设计提供了依据。     

煤层气井射流冲煤粉装置冲击深度的研究

为确定煤层气井射流冲煤粉装置合理的结构和工作参数,实现射流冲煤粉系统的优化设计和有效运行,理论分析了冲煤粉装置工作原理和煤粉颗粒运动过程,整个井底冲煤粉射流场可分为:自由射流区、射流冲击区、漫流区、返流区、旋涡区和负压吸附区6个区域,决定煤粉是旋转上升的复杂运动状态。开展均匀设计方法的冲煤粉实验,运用二次多项式逐步回归法得出回归方程,揭示喷嘴结构参数、射流参数和煤粉特性对冲煤粉深度的互相耦合的影响关系。结果表明,对冲煤粉的深度影响程度的大小依次为:喷距、喷嘴直径、喷嘴流量和煤粉直径。进一步的单因素试验详细了解各影响因素对冲煤粉深度的影响,得出在要求不动管柱时冲煤粉深度达到500 mm的条件下,喷嘴流量不能低于15 m3/h,喷距应小于100 mm。