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XRD光谱参数的合理确定方法及对煤石墨化的响应研究

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煤炭科学技术 2024年

作者：胡广青韩锋刘伟高宇航吴盾张文永罗卉卉张燕海付彪安徽省煤田地质局勘查研究院安徽省绿色矿山工程研究中心淮北矿业(集团)有限责任公司安徽建筑大学土木工程学院郑州大学关键金属河南实验室安徽省煤田地质局

在煤系共伴生矿产的综合利用和碳中和背景下，煤系石墨日益受到国内外学者的重点关注。XRD光谱分析作为研究分子有序程度和测定煤微晶结构的重要表征手段之一，对揭示碳微晶排列方式的有序性与煤石墨化程度之间的关系具有重要意义。为... 详细信息

在煤系共伴生矿产的综合利用和碳中和背景下，煤系石墨日益受到国内外学者的重点关注。XRD光谱分析作为研究分子有序程度和测定煤微晶结构的重要表征手段之一，对揭示碳微晶排列方式的有序性与煤石墨化程度之间的关系具有重要意义。为了更加科学、快速、有效的获取煤的XRD相关指标参数，不断完善煤系石墨的评价指标体系，以淮北煤田7对生产矿井的系列变质程度煤为研究对象，借助煤质分析、煤镜质体反射率和XRD等实验手段，研究不同分峰拟合方法和不同样品前处理方法对XRD光谱参数的影响，探讨基于XRD光谱分析的煤系石墨评价指标的合理确定方法及响应规律。研究表明；(1)不同分峰拟合方法对煤系石墨的评价等级结果影响较大，相对基线是否去除而言，底背是否扣除对实验结果的影响更为明显；(2)是否考虑(γ)峰对实验结果影响较大，直接影响了样品石墨化程度的划分与鉴定结果；(3)通过对不同原煤和标准Si粉配比条件下的XRD光谱曲线分析，得出在原煤/SiO2≈3:1的质量比条件下，采用内标法可以有效确定原煤样品(002)峰的2θ值，实验效果与脱矿物方法相当；(4)Vdaf和H/C可推荐为淮北煤田煤系石墨鉴定的主要煤质参数指标，La、La/Lc和d002指标可推荐为淮北煤田煤系石墨鉴定的主要结构参数指标，其中Vdaf＜20%、H/C＞0.035、La＜4nm、La/Lc＜1和d002＜0.344nm可作为淮北煤田煤变质作用进入半石墨化阶段的临界标志。上述研究成果为实现淮北煤田煤系石墨评价指标优选和鉴定体系的构建提供了参考依据。

关键词：煤 XRD 光谱分析确定方法石墨化响应分析

多源煤基固废充填体固结与承载性能的温度效应研究

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煤矿安全 2024年第4期55卷 134-142页

作者：文志强杨科何祥张燕海何淑欣安徽理工大学矿业工程学院安徽淮南232001 合肥综合性国家科学中心能源研究院(安徽省能源实验室) 安徽合肥230031 淮北矿业股份有限公司通防地测部安徽淮北235000

为研究煤基固废膏体充填体在煤矿深部高地温环境下的固结承载性能,采用单轴压缩和声发射试验,测试不同养护温度(20、35、50℃)和龄期(3、7、14、28 d)影响下膏体充填体强度与破坏特征;通过SEM测定充填胶结体微观形貌和矿物组成,从微观... 详细信息

为研究煤基固废膏体充填体在煤矿深部高地温环境下的固结承载性能,采用单轴压缩和声发射试验,测试不同养护温度(20、35、50℃)和龄期(3、7、14、28 d)影响下膏体充填体强度与破坏特征;通过SEM测定充填胶结体微观形貌和矿物组成,从微观角度揭示养护温度对水化反应的影响规律。研究结果表明:伴随养护温度的升高,其对水化反应的影响逐渐从促进转变为抑制,28 d抗压强度在养护温度为35℃时达到最大值;声发射事件主要发生在压密和破坏阶段,养护温度提高促使声发射活动提前活跃,充填体破坏形态逐渐由延性破坏转变为脆性破坏;由于热损伤作用,高温养护加快了充填体早期水化反应速率,而对养护后期充填体内C-S-H和孔隙结构造成破坏,对其长期强度的增加产生不利影响。

关键词：煤基固废充填开采地温梯度温度效应热损伤

安徽省涡阳矿区地表水中多环芳烃的分布特征、来源解析及生态风险评价

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环境工程技术学报 2024年第4期14卷 1299-1310页

作者：李寒郑刘根张燕海董祥林朱亦兴张梦云安徽省矿山生态修复工程实验室安徽大学资源与环境工程学院淮北矿业(集团)有限责任公司通防地测部

为研究涡阳矿区地表水中多环芳烃(PAHs)的空间分布、来源和生态风险,采用气相色谱-质谱联用技术检测分析了研究区地表水中16种优控PAHs的浓度。结果表明:涡阳矿区地表水中∑PAHs浓度为93.59~1701.77 ng/L,平均值为674.16 ng/L;单体PAHs... 详细信息

为研究涡阳矿区地表水中多环芳烃(PAHs)的空间分布、来源和生态风险,采用气相色谱-质谱联用技术检测分析了研究区地表水中16种优控PAHs的浓度。结果表明:涡阳矿区地表水中∑PAHs浓度为93.59~1701.77 ng/L,平均值为674.16 ng/L;单体PAHs浓度为nd~362.44 ng/L,单体PAHs中2环、3环和4环PAHs占比较高,6环PAHs占比较低;与国内其他地区地表水相比,研究区地表水中PAHs浓度处于中等偏高水平;空间分布上,研究区地表水中PAHs空间差异显著,距离矿区越近,PAHs浓度越高。特征比值法、正定矩阵因子分解法(PMF)和主成分分析(PCA)得到了相似的源解析结果,地表水中PAHs主要来自交通源、煤炭燃烧源和石油源。PCA得到的各污染源贡献率分别为煤炭燃烧源37.32%、交通源35.51%和石油源13.92%;PMF模型得到的各污染源贡献率分别为交通源42.66%、煤炭燃烧源30.85%和石油源26.49%。生态风险评价结果表明,BaA、BbF和BkF处于高风险水平,其余单体PAHs皆处于中等风险水平;22个采样点中,有6个采样点处于中等生态风险水平,其余采样点皆处于高风险水平。总体看来,涡阳矿区地表水整体生态风险处于中等偏高风险水平,对生物存在潜在危害,需加强生态风险防范。

关键词：地表水多环芳烃(PAHs) 空间分布来源解析生态风险评价

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淮北矿区多种类型植被地上生物量反演研究

生态环境学报 2024年第7期33卷 1027-1035页

作者：杨可明彭里顺张燕海谷新茹陈新阳江克贵中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 淮北矿业股份有限公司通防地测部安徽淮北235000

生物量是植被碳的重要组成部分,对于评估矿山生态环境修复效果至关重要。在淮北矿业闸河矿区,生态破坏与修复并存,地表植被类型丰富多样,有林木、草本和农作物等。在这种多植被类型交叉覆盖的地区,传统的单一物种生物量模型难以应用。... 详细信息

生物量是植被碳的重要组成部分,对于评估矿山生态环境修复效果至关重要。在淮北矿业闸河矿区,生态破坏与修复并存,地表植被类型丰富多样,有林木、草本和农作物等。在这种多植被类型交叉覆盖的地区,传统的单一物种生物量模型难以应用。为准确反演该区域综合植被的生物量,以sentinel卫星数据为基础,利用植被指数和波段运算方法构建的光谱指数作为特征数据集,通过不同特征和模型的组合构建该区域生物量反演模型。在特征选择阶段,利用随机森林和相关性分析两种方法对特征进行综合评价,最终筛选出关键的5个光谱指数(增强植被指数、归一化差分水体指数、改进的归一化差分水体指数、Sentinel-2红边位置、陆地叶绿素指数)以及5个基于波段运算的自建光谱特征(1/B1、1/B2、1/B7、B1/B2、B5/B6)。基于这些筛选出的特征,设计了5种不同的特征组合方案,并结合传统方程回归和机器学习模型,在林地和综合植被数据上分别构建了生物量反演模型。研究结果表明,相较于传统回归模型,机器学习模型在生物量反演领域具有更高的精度。基于波段运算的自建光谱特征可以提高机器学习模型生物量反演的精度,其中支持向量回归(SVR)模型结合自建光谱特征与原始波段得到的反演结果精度最高,模型验证集的决定系数R^(2)为0.74,均方根误差为8.14kg·m^(-2)。将SVR模型应用于研究区进行生物量反演,得到的结果与当地植被分布特征高度一致。本研究成果不仅为矿区生态修复评价提供了数据支撑,而且为类似生态系统的后续研究提供了借鉴和经验。

关键词：矿山多植被交叉覆盖区综合生物量机器学习反演模型植被类型

不同pH值条件下煤基固废重金属浸出特征及环境风险分析

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安徽工程大学学报 2024年第1期39卷 53-62页

作者：周思雨张世文李恩伟张燕海蔡慧珍马军胡睿鑫安徽理工大学地球与环境学院安徽淮南232001 安徽省高潜水位矿区水土资源综合利用与生态保护工程实验室安徽淮南232001 淮北矿业(集团)有限责任公司通防地测部安徽淮北235000

粉煤灰和煤矸石在被雨水浸泡时会释放不同量的重金属,对生态环境安全造成威胁。以淮北地区煤矸石和粉煤灰为研究对象,采用X射线荧光光谱分析、X射线衍射仪和扫描电镜能谱分析对样品物化性质进行了表征。通过设置不同初始pH值室内浸泡实... 详细信息

粉煤灰和煤矸石在被雨水浸泡时会释放不同量的重金属,对生态环境安全造成威胁。以淮北地区煤矸石和粉煤灰为研究对象,采用X射线荧光光谱分析、X射线衍射仪和扫描电镜能谱分析对样品物化性质进行了表征。通过设置不同初始pH值室内浸泡实验,探究粉煤灰和煤矸石中砷(As)、钛(Ti)、钴(Co)、镉(Cd)的浸出特征,并分析其浸出液对环境存在的潜在风险。结果表明:粉煤灰呈不规则球形聚集,煤矸石呈片层状堆积,两者化合物以SiO_(2)和Al_(2)O_(3)为主,矿物组成主要为石英,其中高含量的SiO_(2)形成的网状结构能防止有害元素在环境中被浸出。浸出总量在长时间的浸泡下趋于稳定后再缓慢增加,但溶出趋势各异。浸泡液的pH值明显影响粉煤灰和煤矸石中重金属元素的释放,粉煤灰中As、Ti、Co、Cd最大溶出浓度出现在浸泡液pH=3.00时,分别为23.25、6.33、1.07、0.65μg/L;煤矸石中Co和Cd的浸出浓度在pH=3.00时达到最大,但As和Ti的浸出浓度与pH值的关系不明显。煤矸石在堆放和利用过程中,As受降水浸泡后对周围生态环境可能造成的危害较大。研究结果可对淮北矿区煤基固废的安全堆放和合理资源化利用提供参考。

关键词：煤基固废重金属浸出特征环境风险

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改性芦苇生物炭对水中硫酸盐的吸附性能及机理

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环境工程学报 2022年第12期16卷 3916-3925页

作者：郑姗郑刘根张燕海董祥林陈星安徽大学资源与环境工程学院安徽省矿山生态修复工程实验室合肥230601 合肥综合性国家科学中心能源研究院(安徽省能源实验室) 合肥230601 淮北矿业(集团)有限责任公司通防地测部淮北235000

水中过高浓度硫酸盐赋存会对水生环境产生一定的影响。为此,选取芦苇秸秆作为生物炭原料,通过添加煤矸石共热解对生物炭进行了改性,采用扫描电子显微镜(SEM)、氮气吸附脱附法(BET)和傅里叶红外光谱(FTIR)等手段对生物炭的物理化学性质... 详细信息

水中过高浓度硫酸盐赋存会对水生环境产生一定的影响。为此,选取芦苇秸秆作为生物炭原料,通过添加煤矸石共热解对生物炭进行了改性,采用扫描电子显微镜(SEM)、氮气吸附脱附法(BET)和傅里叶红外光谱(FTIR)等手段对生物炭的物理化学性质进行了分析,考察了pH、吸附剂投加量、吸附时间和初始浓度对水中硫酸盐吸附性能的影响。结果表明:改性后生物炭(MBC)的吸附效果优于未改性生物炭(OBC);MBC的粗糙程度大于OBC,MBC拥有更大的比表面积和更多的孔隙结构,其比表面积为改性前的2.4倍;对吸附过程进行吸附动力学和吸附等温模型拟合,发现准一级动力学模型和Langmuir模型可以更好的描述MBC对硫酸盐的吸附行为,表明吸附过程以静电吸附和单分子层吸附为主。当pH为2、投加量为8 g·L^(-1)时改性材料吸附效果最好,最大吸附量可达29.69 mg·g^(-1),且经过5次再生吸附后,硫酸盐去除率仍能达到50%以上。因此,改性后的生物炭可作为去除水体中硫酸盐的良好材料。

关键词：芦苇生物炭改性吸附硫酸盐

转静子交界面处理方法和湍流模型对压气机数值计算影响研究

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转静子交界面处理方法和湍流模型对压气机数值计算影响研究

作者：张燕海南昌航空大学

学位级别：硕士

随着计算流体力学的不断发展,越来越多的转静子交界面处理方法和湍流模型被应用于叶轮机械的数值计算中,然而不同的转静子交界面处理方法和湍流模型对叶轮机械数值计算精度具有较大的影响。本文以NASA Stage 35轴流式压气机为研究对象,... 详细信息

随着计算流体力学的不断发展,越来越多的转静子交界面处理方法和湍流模型被应用于叶轮机械的数值计算中,然而不同的转静子交界面处理方法和湍流模型对叶轮机械数值计算精度具有较大的影响。本文以NASA Stage 35轴流式压气机为研究对象,在考查网格密度对计算精度影响的基础上,选取合适的网格密度开展了不同转静子交界面处理方法和湍流模型对压气机的数值计算影响的研究。在转静子交界面处理方法的对比分析中,对NUMECA新推出的二维无反射处理方法与常用的周向守恒型连接面和完全非匹配混合面处理方法进行了对比,探讨了三种混合平面法对NASA Stage 35压气机数值模拟的影响,结论如下:(1)对于绝热等熵效率的预测,二维无反射相对于周向守恒型连接面和完全非匹配混合面更接近实验值;对于总压比的预测,在靠近峰值效率点附近二维无反射预测精度高,而在失速工况附近二维无反射预测精度相对较低。(2)对比静子出口总压、总温、相对气流角和相对马赫数沿径向分布的计算精度,周向守恒型连接面和完全非匹配混合面预测效果相一致,但精度低于二维无反射计算结果。(3)对于交界面两侧总温和总压的径向分布预测,三种混合平面法都不能保证总压和总温的守恒,但是上、下游的总压和总温变化很小。(4)通过子午面熵云图和转子、静子中间截面熵值的径向分布对比分析得到,周向守恒型连接面和完全非匹配混合面熵值变化相一致,二维无反射熵增最小,说明二维无反射预测NASA Stage35压气机带来的损失小。(5)通过叶根、叶中以及叶尖截面的相对马赫数云图对比分析,发现在叶根和叶中截面上,三种方法精度一致;但在叶尖截面上,周向守恒型连接面预测的转子叶片吸力面气流分离更明显,完全非匹配混合面在下游静子通道内相对马赫数等值线更密集。在湍流模型对压气机的数值计算影响方面,研究了Baldwin-Lomax、Spalart-Allmaras、K-epsilon(Extend Wall Function)、K-epsilon(Low Re Yang-Shih)、Shear Stress Transport(SST)和EARSM六种湍流模型对NASA Stage35压气机数值模拟的影响,结论如下:(1)通过阻塞点、峰值效率点、失速点三种典型工况下的流量、总压比和绝热等熵效率计算结果的对比分析可知,不同工况下各个湍流模型预测精度不同,无法确定NASA Stage35压气机数值模拟的最佳湍流模型。(2)从阻塞点到失速点的多工况计算结果表明,Spalart-Allmaras模型和SST模型计算精度相对较好。(3)通过对阻塞点、峰值效率点、失速点三种典型工况下径向性能参数分析可知,SST模型计算精度总体上好于Spalart-Allmaras模型。(4)通过对近失速工况下0.99叶高处相对马赫数云图对比分析可知,Baldwin-Lomax模型预测的激波强度最强,K-epsilon模型预测激波强度较弱;六种湍流模型在转子近压力侧和靠近转子、静子尾缘处都出现了低能区,其中Baldwin-Lomax、SST和Spalart-Allmaras较小,K-epsilon模型低能区范围最广。(5)通过对近失速工况下转子吸力面极限流线图对比分析可知,K-epsilon(Low Re Yang-Shih)模型在叶顶发生了完全分离,而其他五种模型在叶顶处发生了分离,但流动很快再附。

关键词： NASA Stage 35压气机转静子交界面处理方法湍流模型数值计算

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罗冠男、张燕海报设计

文艺研究 2024年第8期 186-186页

作者：罗冠男张燕贵州民族大学美术学院

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考虑时间窗及恶化效应的批处理生产调度优化

系统工程理论与实践 2024年第6期44卷 2033-2045页

作者：刘清奇杨华龙张燕大连海事大学交通运输工程学院大连116026

针对工序间有时间窗约束及加工时间呈阶段恶化的批处理生产调度问题,结合批处理生产瓶颈工序随加工批量变动而转移的特点,提出一种基于加工批量计算工序批周期时间的方法.通过加工时间阶段恶化效应对同一批量不同批次工序批周期时间的... 详细信息

针对工序间有时间窗约束及加工时间呈阶段恶化的批处理生产调度问题,结合批处理生产瓶颈工序随加工批量变动而转移的特点,提出一种基于加工批量计算工序批周期时间的方法.通过加工时间阶段恶化效应对同一批量不同批次工序批周期时间的干扰分析,确定“拉”式策略下各工序各批次开始/结束时间的约束关系,以最小化批处理生产完工时间为目标,构建了考虑时间窗约束及阶段恶化效应的非线性规划模型,设计了一种逐步递进算法,并利用Matlab编程求解.案例分析结果显示,加工批量的轻微变动可导致瓶颈工序的转移以及完工时间的大幅跳变;加工时间阶段恶化效应会影响加工批量决策及生产线平衡率,不同阶段恶化率下的最优加工批量及最小完工时间可能存在显著差异,忽略恶化效应所得决策结果在实际执行过程中难以达到预期的效果.研究结论可为批处理加工企业生产优化决策提供有益参考.

关键词：批处理生产调度完工时间时间窗约束阶段恶化效应非线性规划模型 “拉”式策略

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