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富水沟谷区浅埋煤层导水裂隙演化特征

煤炭科学技术 2024年第4期52卷 1-11页

作者：来兴平乔浩单鹏飞吴龙泉朱浩宇赵浩州戴自强西安科技大学能源学院陕西西安710054 西安科技大学教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室陕西西安710054

富水沟谷区域下浅埋煤层赋存条件特殊,采场上覆岩层导水裂隙发育演化特征复杂。为了揭示沟谷区浅埋煤层在回采扰动作用下覆岩裂隙演化规律,以朱家峁煤矿1305-2工作面过沟谷区回采阶段为工程背景,采用理论分析、物理相似模拟、数值模拟... 详细信息

富水沟谷区域下浅埋煤层赋存条件特殊,采场上覆岩层导水裂隙发育演化特征复杂。为了揭示沟谷区浅埋煤层在回采扰动作用下覆岩裂隙演化规律,以朱家峁煤矿1305-2工作面过沟谷区回采阶段为工程背景,采用理论分析、物理相似模拟、数值模拟与现场效果验证的方法,建立了覆岩裂隙−渗流场概念模型,开展了覆岩结构发育与微震能量演化研究,分析了覆岩变形与塑性破坏分布特征,提出了针对沟谷区下浅埋煤层导水裂隙防治措施,并应用于现场工程实践。结果表明:开采扰动下裂隙−渗流场模型呈“梯台”结构,并依次划分为初渗区域、稳渗区域、紊渗区域3个区域;将所研究矿井的工况数据代入模型结构,计算出各个渗透区域范围,并根据计算结果对矿井的稳渗区域采取注浆措施。工作面回采至沟谷区段,覆岩裂隙域形态呈现“拱形-梯形-复合梯形”的扩展演化特征,裂隙纵向发育高度达到163 m,并与沟谷区地表贯通。随工作面推进,地表裂隙依次经历“滑移-挤压-撕裂”过程;沟谷区域位移云图呈现出滞后开采“高位梯形”破断形态,在沟底处下沉位移最大,达3.47 m。针对开采导致的裂隙大范围扩展贯通,提出在地面进行采动裂缝注浆处理,在工作面上覆岩层进行注浆封堵,实现过沟谷区开采“井上−井下”联合防治,保证安全开采。该研究结果可为浅埋煤层的过沟谷区开采、采动裂隙防治及富水区“保水采煤”提供新的科学依据。

关键词：浅埋煤层覆岩裂隙发育形态裂隙治理沟谷区开采

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非对称载荷作用下倾斜区段煤柱稳定性分析及控制技术

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西安科技大学学报 2024年第2期44卷 203-212页

作者：来兴平尉迟小骞单鹏飞方贤威西安科技大学能源学院陕西西安710054 西安科技大学西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室陕西西安710054

为解决工作面回采及巷道掘进影响下倾斜区段煤柱稳定性劣化的复杂问题,运用弹性力学半逆解法及摩尔-库伦准则建立力学模型,结合三维有限元数值模拟,深入分析了倾斜区段煤柱一侧受载结构形态特征,明确了倾斜煤柱失稳致灾力源及载荷的分... 详细信息

为解决工作面回采及巷道掘进影响下倾斜区段煤柱稳定性劣化的复杂问题,运用弹性力学半逆解法及摩尔-库伦准则建立力学模型,结合三维有限元数值模拟,深入分析了倾斜区段煤柱一侧受载结构形态特征,明确了倾斜煤柱失稳致灾力源及载荷的分布特性,探究了采掘扰动下倾斜区段煤柱塑性变形-失稳-破坏的动态演化过程,揭示了非对称载荷作用下倾斜区段煤柱临界失稳致灾机理,以此为基础优化了倾斜煤柱及周围巷道稳定性控制技术。结果表明:区段煤柱因煤层倾角导致的倾斜形态是煤柱所承受载荷呈非对称状的关键诱因,这一特性致使倾斜煤柱最底端区域覆载最大,且当此区域失稳破坏时,呈现由煤柱下端底角塑性区向煤柱上端底角塑性区扩展的运移过程,并因此得出倾斜区段煤柱临界尺寸随煤层倾角增大而增加的演化规律。由此,针对大南湖一矿倾斜区段煤柱及周围巷道变形失稳的问题,采用支护优化及注浆加固等措施,降低了倾斜区段煤柱侧巷道的变形速率,为类似矿井的煤柱稳定性控制提供了借鉴。

关键词：倾斜区段煤柱非对称载荷临界尺寸数值模拟巷道支护优化

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管壳式换热器换热管偏心现象对传热性能影响研究

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风机技术 2024年第3期66卷 25-28,73页

作者：耿伟轩谢昌原薛铮单鹏飞封雪江苏省秦淮河水利工程管理处国家能源集团国能龙源环保有限公司华能威海发电有限责任公司

在管壳式换热器中,换热管和折流板之间存在板管间隙,在其安装使用过程中换热管总是不可避免地偏离折流板孔径中心位置,形成换热管偏心现象。利用CFD软件FLUENT进行数值模拟,研究不同情况下壳程与管程的流动与传热特性。在计算中采用标... 详细信息

在管壳式换热器中,换热管和折流板之间存在板管间隙,在其安装使用过程中换热管总是不可避免地偏离折流板孔径中心位置,形成换热管偏心现象。利用CFD软件FLUENT进行数值模拟,研究不同情况下壳程与管程的流动与传热特性。在计算中采用标准k-ε模型,SIMPLE算法和压力方程为标准格式。从管壳式换热器出口介质压力降、温度和?传递有效度三个方面分析换热管偏心现象对传热性能的影响,将模拟结果引入换热器评价指标,优化管壳式换热器设计,提高换热效率,减少能源消耗,降低生产成本,从而提高生产效率。

关键词：管壳式换热器数值模拟偏心换热管评价指标

Structure,ferroelectric,and enhanced fatigue properties of sol–gel-processed new Bi-based perovskite thin films of Bi(Cu_(1/2)Ti_(1/2))O_(3)–PbTiO_(3)

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Chinese Physics B 2024年第5期33卷 608-615页

作者：宋伟宾席国强潘昭刘锦叶旭斌刘哲宏王潇单鹏飞张林兴鲁年鹏樊龙龙秦晓梅龙有文 Department of Physics Shanghai Normal UniversityShanghai 200234China Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics Institute of PhysicsChinese Academy of SciencesBeijing 100190China Institute for Advanced Materials Technology University of Science and Technology BeijingBeijing 100083China Songshan Lake Materials Laboratory Dongguan 523808China Institute of High Energy Physics Chinese Academy of SciencesBeijing 100049China

Bi-based perovskite ferroelectric thin films have wide applications in electronic devices due to their excellent ferroelectric *** Bi-based perovskite thin films Bi(Cu_(1/2)Ti_(1/2))O_(3)–PbTiO_(3)(BCT–PT) are deposited on Pt(111)/Ti/SiO_(2)/Si substrates in the present study by the traditional sol–gel *** structures and related ferroelectric and fatigue characteristics are studied *** BCT–PT thin films exhibit good crystallization within the phase-pure perovskite structure,besides,they have a predominant(100) orientation together with a dense and homogeneous *** remnant polarization(2P_(r)) values at 30 μC/cm^(2) and 16 μC/cm^(2) are observed in 0.1BCT–0.9PT and 0.2BCT–0.8PT thin films,*** intriguingly,although the polarization values are not so high,0.2BCT–0.8PT thin films show outstanding polarization fatigue properties,with a high switchable polarization of 93.6% of the starting values after 10^(8) cycles,indicating promising applications in ferroelectric memories.

关键词： ferroelectric thin films perovskite PbTiO_(3)-BiMeO_(3)

富钴斑岩型金铜矿床地质特征及存在问题:以黑龙江金厂矿床为例

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科学通报 2022年第31期67卷 3708-3723页

作者：曹明坚单鹏飞秦克章中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院矿产资源研究重点实验室北京100029 中国科学院地球科学研究院北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

钴是我国战略性关键金属,对外依存度达95%.我国众多斑岩-矽卡岩型系统中伴生钴,且是我国钴资源的一个重要来源.目前认为,斑岩-矽卡岩型系统成矿物质和成矿流体均主要来自深部岩浆房,指示斑岩型矿床可能同样存在富钴的潜力.然而,目前国... 详细信息

钴是我国战略性关键金属,对外依存度达95%.我国众多斑岩-矽卡岩型系统中伴生钴,且是我国钴资源的一个重要来源.目前认为,斑岩-矽卡岩型系统成矿物质和成矿流体均主要来自深部岩浆房,指示斑岩型矿床可能同样存在富钴的潜力.然而,目前国内外尚无典型斑岩型富钴矿床的明确报道,严重制约了我们对岩浆热液型富钴矿床,尤其是斑岩型矿床中的钴富集机理研究.黑龙江金厂大型金铜矿床,矿石类型分为角砾岩型、裂控型和细脉浸染型,为斑岩型金铜矿床.多种年代学方法揭示,金铜矿化发生于早白垩世,形成于(古)太平洋板块俯冲背景.初步研究发现,金厂矿床角砾岩筒中存在明显的钴富集,大量矿石样品中钴含量达到了0.06%以上,达到并超过了钴矿工业品位,发育钴的独立矿物(如硫镍钴矿和辉砷钴矿),同时黄铁矿也含有较高的钴含量(0.04%~0.2%),因而金厂是典型富钴斑岩型金铜矿床,证实俯冲期斑岩型矿床中存在钴矿化和富集的潜力.后续研究应尽快厘清金厂斑岩型富钴矿床中钴的赋存状态和分布特征,明确幔源岩浆对矿床中金铜钴等金属元素的富集具有贡献,揭示钴在中高温岩浆热液流体中的迁移行为,探讨钴沉淀的主控因素.据此提出,应重视我国斑岩型矿床中钴的富集程度,其中斑岩型金铜矿床是最有可能形成钴富集和矿化的斑岩型矿床.

关键词：热液型富钴矿床斑岩型矿床关键金属金厂金铜矿硫镍钴矿

黑龙江金厂斑岩型富钴矿床钴赋存状态和富集规律研究

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岩石学报 2023年第4期39卷 1157-1171页

作者：单鹏飞曹明坚赵玉锁秦克章李光明中国科学院矿产资源研究重点实验室中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 自然资源部成矿作用与矿产预测重点实验室中国地质科学院矿产资源研究所北京100037 中国有色矿业集团有限公司北京100029

斑岩型矿床作为典型的岩浆热液型矿床,为我国及世界提供了大量的铜、钼、金,以及铼、硒、碲等关键矿产。然而目前尚无典型富钴斑岩型矿床的报道。黑龙江金厂矿床为一大型斑岩型金矿,探明金资源量76t,伴生铜资源量4683t。金厂矿化类型可... 详细信息

斑岩型矿床作为典型的岩浆热液型矿床,为我国及世界提供了大量的铜、钼、金,以及铼、硒、碲等关键矿产。然而目前尚无典型富钴斑岩型矿床的报道。黑龙江金厂矿床为一大型斑岩型金矿,探明金资源量76t,伴生铜资源量4683t。金厂矿化类型可分为隐爆角砾岩筒型、裂控型和细脉浸染型,前期研究揭示角砾岩型矿化伴生钴的富集。手持X射线荧光分析结果显示金厂矿床J0角砾岩型矿石中存在明显的钴富集,钴含量为237×10^(-6)~5256×10^(-6)。扫描电镜和电子探针分析揭示钴主要以类质同象形式在黄铁矿中富集,其次赋存在硫镍钴矿和辉砷钴矿中。根据黄铁矿产状与共生矿物组合,将黄铁矿分为三种不同的类型:Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型黄铁矿。Ⅰ型黄铁矿为早期生成的与磁铁矿共生的自形黄铁矿,并可进一步分为钴均匀富集型(I-1)和核部富钴型(I-2)两个亚类。Ⅱ型黄铁矿为晚期生成的半自形-自形黄铁矿,多被黄铜矿、石英、碳酸盐矿物包裹,可进一步分为边部富钴型(Ⅱ-1)、幔部富钴型(Ⅱ-2)和具有复杂钴环带型(Ⅱ-3)三个亚类。Ⅲ型黄铁矿为晚期石英-黄铁矿脉中的半自形-自形黄铁矿,内含石英或硅酸盐矿物包裹体。含Ⅰ型黄铁矿的样品钴含量最高(约1800×10^(-6)~5200×10^(-6)),含Ⅱ型黄铁矿的样品钴含量中等(约800×10^(-6)~1600×10^(-6)),而含Ⅲ型黄铁矿的样品中钴含量相对较低(约240×10^(-6)~360×10^(-6))。早期形成的样品具有较高的钴含量,说明钴的富集可能主要发生在矿床形成的早期。值得注意的是含有Ⅰ型黄铁矿的矿石最具钴资源开发潜力,选矿过程中应留意此类型矿石。通过总结前人发表的金厂矿床硫、氢-氧、铅、铼-锇和氦同位素数据,作者提出金厂矿床中的钴极有可能来源于深部的幔源岩浆。本文对金厂矿床富钴特征的研究将为斑岩型富钴矿床提供范例。

关键词：黑龙江金厂矿床富钴型斑岩矿床钴赋存状态黄铁矿

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考虑初始损伤差异性的煤样声发射率响应研究

采矿与安全工程学报 2023年第4期40卷 798-808页

作者：单鹏飞高健铭来兴平孙浩强杨攀代晶晶西安科技大学能源学院陕西西安710054 西安科技大学西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室陕西西安710054 黄陵矿业集团有限责任公司陕西延安727307

为进一步揭示复杂应力环境中承载煤岩损伤演化机理,保障地下工程安全,开展考虑初始损伤和加载速率效应对煤体力学行为及声发射响应特征试验,通过引入耗散能累积程度定量评估并指导循环加卸载试验,获得不同初始损伤程度(D_(0)=0,0.15,0.2... 详细信息

为进一步揭示复杂应力环境中承载煤岩损伤演化机理,保障地下工程安全,开展考虑初始损伤和加载速率效应对煤体力学行为及声发射响应特征试验,通过引入耗散能累积程度定量评估并指导循环加卸载试验,获得不同初始损伤程度(D_(0)=0,0.15,0.2,0.3)的煤样,借助波速差异性指标剔除离散程度较大的试样,开展单轴压缩声发射监测试验。结果表明:高初始损伤煤体促进裂隙扩展并劣化其承载力;初始损伤增加过程中,峰值应力呈二次函数关系下降,降幅为16.91%,26.81%和22.35%;声发射具有阶段性分期间对应特征,随着初始损伤的增大,活跃期占比增加且期间裂纹中心偏转加剧。高加载速率可抑制裂隙扩展,缩短压密及塑性变形阶段并强化微结构承载力,加载速率由0.002 mm/s至0.01 mm/s再增至0.1 mm/s,峰值应力均值呈“突增—缓增”分区上升趋势,该效应在低加载速率阶段更明显。累计振铃计数与加载速率呈幂函数降低关系,较高加载速率可使声发射活跃期和剧烈期向前推进,宏观断裂形态由剪切转为垂直劈裂,并产生更大占比声发射信号;但高加载速率下限制受载时间,利用声发射事件定位较难实现微裂纹空间展布,同时讨论了考虑初始损伤和时间效应的损伤方程。研究成果可为煤炭地下工程灾害监测预报提供参考。

关键词：煤岩初始损伤加载速率力学特性声发射响应

基于改进Faster R-CNN的综放煤矸混合放出状态识别方法

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煤炭学报 2022年第3期47卷 1382-1394页

作者：单鹏飞孙浩强来兴平朱兴攀杨建辉高健铭西安科技大学能源学院陕西西安710054 西安科技大学教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室陕西西安710054 陕西陕煤榆北煤业有限公司陕西榆林719000 陕西陕煤曹家滩矿业有限公司陕西榆林719000

放煤量的智能监测技术是智能化综放开采发展的方向之一。针对厚煤层综放开采混合介质下落过程煤矸智能识别现有方法存在适用范围窄、误判率高等问题,提出一种基于实时区域卷积神经网络(Faster R-CNN)改进的CBAM Faster R-CNN煤矸混合放... 详细信息

放煤量的智能监测技术是智能化综放开采发展的方向之一。针对厚煤层综放开采混合介质下落过程煤矸智能识别现有方法存在适用范围窄、误判率高等问题,提出一种基于实时区域卷积神经网络(Faster R-CNN)改进的CBAM Faster R-CNN煤矸混合放出状态分析识别方法。该方法以综放开采工作面煤矸石下落状态为背景,将注意力机制算法(CBAM)融入ResNet50特征提取网络,研究了注意力机制融合于ResNet50主干特征提取网络的融合优化方法,确定了以煤矸石下落状态检测为目标的最佳融合位置,增加了提取煤与矸石权重信息的能力,使得特征提取过程重点关注煤矸运动状态参量;构建了粉尘环境下综放开采煤矸混合放出状态试验平台,对高速摄像机所采集的煤矸原始运动图像进行暗通道去雾与模糊集增强预处理操作,分析识别不同工况下静态图像,定量研究了模型权重优化以及粉尘环境预处理对煤矸混合放出状态识别的影响。研究结果表明:基于CBAM Faster R-CNN模型的预处理图像识别精确率较原始图像提升了8.84%,召回率提升了6.68%;模型优化效果方面,CBAM Faster R-CNN模型平均查准率和召回率分别为82.63%,86.53%,高于经典模型的74.69%,79.93%;F_(1)-score值较经典模型提升了7%。因此,基于“预处理+CBAM Faster R-CNN”的图像识别方法为实现粉尘环境下综放开采放煤量的精准辨识提供了可靠的理论支撑。

关键词：综放开采煤矸混合放出粉尘环境图像识别检测算法

从青花瓷到三元锂电池——关键金属钴的前世今生

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矿物岩石地球化学通报 2022年第6期41卷 1318-1322页

作者：黄新硕王硕单鹏飞邱正杰曹明坚中国科学院地质与地球物理研究所矿产资源研究重点实验室北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

金属钴是新能源汽车、航空航天等高新技术产业领域不可或缺的关键金属元素。随着碳达峰、碳中和战略的实施,新能源产业在未来将得到大力发展,可以预见未来对钴的需求也将不断增大。我国是世界上最大的钴产品生产国,但钴资源极度匮乏,对... 详细信息

金属钴是新能源汽车、航空航天等高新技术产业领域不可或缺的关键金属元素。随着碳达峰、碳中和战略的实施,新能源产业在未来将得到大力发展,可以预见未来对钴的需求也将不断增大。我国是世界上最大的钴产品生产国,但钴资源极度匮乏,对外依存度高达95%以上。因此,了解钴的应用和资源现状,追索其前世今生,对我国相关产业的发展和国家战略资源安全保障具有十分重要的意义。

关键词：高新技术产业对外依存度金属钴新能源产业航空航天新能源汽车前世今生碳中和