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改性镁渣的湿法碳酸化工艺

化工进展 2024年第4期43卷 2161-2173页

作者：孙伟吉刘浪方治余朱梦博解耿何伟高宇恒西安科技大学能源学院陕西西安710054 西安科技大学矿山功能性充填技术研究中心陕西西安710054

碱基工业固废的碳酸化反应是一种矿化吸收CO_(2)并减少温室气体排放的固碳策略之一。本研究首次引入湿法碳酸化工艺,通过借助X射线衍射、红外光谱测试、热重分析等实验测试,重点探究了温度变化、搅拌速度、碳酸化时间和液固比例对改性... 详细信息

碱基工业固废的碳酸化反应是一种矿化吸收CO_(2)并减少温室气体排放的固碳策略之一。本研究首次引入湿法碳酸化工艺,通过借助X射线衍射、红外光谱测试、热重分析等实验测试,重点探究了温度变化、搅拌速度、碳酸化时间和液固比例对改性镁渣碳酸化反应的影响,进而讨论了4种因素下改性镁渣的碳酸化产物与固碳效率。结果表明,改性镁渣的矿物成分主要以β-C_(2)S为主,是一种具有良好储存CO_(2)能力的工业固废,碳酸化产物主要以方解石型碳酸钙晶体和二氧化硅凝胶为主。碳酸化反应后,改性镁渣碳酸化产物的粒径显著增大,比表面积减小,粒径分布变均匀,粒径分布范围变窄。当碳酸化反应温度为60℃、通气时间为30min、液固比为10mL/g、搅拌速度为600r/min时,改性镁渣的固碳效率达到最大(28.4%),即1kg改性镁渣可以矿化吸收0.284kg CO_(2)。因此,湿法碳酸化工艺对改性镁渣的回收利用及CO_(2)捕集均具有很大的应用潜力。

关键词：二氧化碳捕集多相反应废物处理湿法碳酸化固碳效率

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建筑物下特厚煤层镁渣基全固废连采连充开采技术与实践

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煤炭科学技术 2024年第4期52卷 83-92页

作者：刘浪罗屹骁朱梦博苏臣吴涛涛王建友杭彦龙西安科技大学能源学院陕西西安710054 榆林泰发祥矿业有限公司麻黄梁煤矿陕西榆林719004 西安弗尔绿创矿业科技有限责任公司陕西西安710054 榆林蒙西水泥有限责任公司陕西榆林719099

我国建筑物下压煤量巨大,同时煤矸石、粉煤灰等煤基工业固体废弃物排放量日益增加,严重制约地方经济社会发展。以榆林麻黄梁煤矿为试验矿井,针对其特厚煤层、建筑物下压煤、充填成本高等问题,提出了特厚煤层全固废连采连充开采技术。采... 详细信息

我国建筑物下压煤量巨大,同时煤矸石、粉煤灰等煤基工业固体废弃物排放量日益增加,严重制约地方经济社会发展。以榆林麻黄梁煤矿为试验矿井,针对其特厚煤层、建筑物下压煤、充填成本高等问题,提出了特厚煤层全固废连采连充开采技术。采用四阶段工序并将特厚煤层分为上、下2部分二次回采压覆煤炭,最大程度控制地面沉降。为降低充填原材料成本,采用化学优化剂对镁渣进行源头改性,抑制镁渣冷却粉化,稳定水化活性,协同粉煤灰、脱硫石膏等煤基固废,研发了改性镁−煤渣基胶凝材料。采用改性镁−煤渣基胶凝材料胶结煤矸石、粉煤灰制备了全固废充填材料。针对麻黄梁煤矿四阶段强、弱充填强度要求,设计不同配比的改性镁渣基充填材料试验,优选配比并应用于井下充填。论述了膏体充填系统与充填接顶方法。麻黄梁煤矿全固废胶结充填工艺试验显示,井下28 d龄期充填体钻芯平均单轴抗压强度超设计强度27%,钻芯浸出毒性满足相关国家标准要求,成功回收了建筑物下压覆煤炭资源,社会经济效益显著。麻黄梁煤矿特厚煤层全固废胶结充填开采实践为国内类似矿井提供了有益借鉴,同时为我国大型煤炭基地的“煤−电−化−冶”固废大规模资源化利用提供了新的思路。

关键词： “三下”采煤充填开采改性镁渣特厚煤层固废处置

一种无胶凝材料的充填材料:碳化养护镁渣基全固废充填材料

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Journal of Central South University 2024年第5期31卷 1507-1525页

作者：高宇恒刘浪方治余何伟张波朱梦博杨鹏宇刘智振刘东升 Energy School Xi'an University of Science and TechnologyXi’an 710054China Key Laboratory of Western Mines and Hazards Prevention Ministry of Education of ChinaXi’an 710054China School of Architecture and Civil Engineering Xi'an University of Science and TechnologyXi’an 710054China Yulin Taifa Xiang Mining Co. Ltd.Yulin 719004China

针对全球CO_(2)排放急剧增长和矿山充填材料(水泥)成本高昂两大问题,本研究提出将煤矸石(CG)、镁渣(MS)与粉煤灰(FA)混合,并通过碳化养护制备一种不使用胶凝材料的充填材料的新方法,制备出了两种高强度、低成本、可固碳的镁渣基全固废... 详细信息

针对全球CO_(2)排放急剧增长和矿山充填材料(水泥)成本高昂两大问题,本研究提出将煤矸石(CG)、镁渣(MS)与粉煤灰(FA)混合,并通过碳化养护制备一种不使用胶凝材料的充填材料的新方法,制备出了两种高强度、低成本、可固碳的镁渣基全固废充填材料(CG-MS (CM))和(CG-MS-FA (CMF))。通过单轴抗压强度(UCS)、X射线衍射(XRD)、热重-差热分析(TG-DTG)、压汞(MIP)等试验方法,探究不同养护龄期、不同MS、FA含量对CM和CMF碳化性能的影响。结果表明:碳化养护显著提升了CM和CMF的早期强度,7 d时断裂面在酚酞指示剂下变为无色,达到完全碳化程度。当碳化养护7 d后,CM和CMF的抗压强度达到7.048 MPa和8.939 MPa,比标准养护增长了25.2倍和29.4倍,且CM的抗压强度随着MS含量增加而提升,CMF的抗压强度随着FA含量增加先提升后降低。碳化产物的填充作用使得CM和CMF的微观结构更加致密,同时改善了孔径分布,降低了累计孔隙体积和总孔隙率,促进了强度性能的提升。另外,通过此种碳化养护方式,CM和CMF最高可吸收16.34%的CO_(2)。因此,本研究证实了该方法不仅可以制备出一种不使用胶凝材料的CM和CMF,还可以为固废处置、低成本充填、CO_(2)封存相结合提供一种新的路径。

关键词：碳化养护矿山充填镁渣抗压强度微观结构 CO_(2)封存

面间煤柱与顺槽“掘-充-留”一体化科学问题与技术

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煤炭学报 2024年第8期49卷 3291-3315页

作者：王双明刘浪朱梦博蔚保宁庄登登屈慧升何伟邵成成夏磊周静西安科技大学煤炭绿色开采地质研究院陕西西安710054 西安科技大学能源学院陕西西安710054 西安科技大学地质与环境学院陕西西安710054 西安弗尔绿创矿业科技有限责任公司陕西西安710054

我国将煤炭作为兜底保障能源的局面短期内无法改变,仍将长时间面临煤炭资源保护与煤基固废利用率低的难题。通过创新采掘方法,同时实现提高煤炭资源回采率、规模化处置煤基固废,为煤炭行业绿色可持续发展提供了新途径。在深入调研煤炭... 详细信息

我国将煤炭作为兜底保障能源的局面短期内无法改变,仍将长时间面临煤炭资源保护与煤基固废利用率低的难题。通过创新采掘方法,同时实现提高煤炭资源回采率、规模化处置煤基固废,为煤炭行业绿色可持续发展提供了新途径。在深入调研煤炭资源开采技术发展现状的基础上,提出了煤矿“掘-充-留”掘进新工法。从大断面巷道快速掘进、连续高效充填和巷道安全留设3个方面,通过理论分析、数值模拟等手段,系统论述了“掘-充-留”工法的科学问题和关键技术,研究结果表明:①针对大断面巷道快速掘进、掘进工作面围岩稳定性控制等工程难题,凝练了煤岩特性与掘进机截割参数匹配机制、覆岩载荷空间传递机制与围岩变形机理、锚杆/索-顶板相互作用关系及支护机制3个科学难题,构建了以掘进区地质环境超前实时感知、落-装-运煤多工序智能协同作业、钻锚支架随掘随支围岩时效控制和大断面巷道防漏风及通风优化为核心的技术体系;②从大断面巷道承载体系及时构建及其承载性能调控两个方面凝练了连续高效充填的科学问题,包括充填体-煤层-锚杆/索协同承载机制、多元固废基充填材料水化固结机制,明晰充填体物理力学特性时空演化规律,建立了充填空间安全高效搭建、充填材料工作性能调控、充填材料流动-固结感知为核心的连续高效充填关键技术体系,相关理论与技术的突破可以为充填材料的原材料优选及配比设计、添加剂开发/选型及工作性能调控、掘进速率及充填步距优化设计、充填体固结监测等提供基础理论依据;③基于巷道安全留设及全生命周期内围岩易断裂、易片帮和易损伤等关键难题,阐述了巷道围岩应力场时空分布特征、巷道变形与损伤演化机制、巷道围岩工程质量监测与稳定性调控理论3个科学问题,形成了以巷道围岩稳定性智能预警、巷道围岩变形控制为核心的关键技术体系。开展煤矿“掘-充-留”工法的科学研究与工程示范,实现固废规模化处置-面间煤柱高效回收-顺槽快速掘进的协同,可以推动煤炭行业绿色低碳转型发展。

关键词：煤基固废面间煤柱大断面掘巷连续充填巷道留设 “掘-充-留”工法稳定性监测

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“双碳”目标下煤炭绿色低碳发展新思路

煤炭学报 2024年第1期49卷 152-171页

作者：王双明刘浪朱梦博申艳军师庆民孙强方治余阮仕山何伟杨潘王建友西安科技大学煤炭绿色开采地质研究院陕西西安710054 西安科技大学能源学院陕西西安710054 长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054 西安科技大学地质与环境学院陕西西安710054 西安弗尔绿创矿业科技有限责任公司陕西西安710024

在“双碳”目标背景与当前技术条件下,“煤”“废”“碳”构成了煤炭的“不可能三角”,严重制约着煤炭行业的绿色低碳可持续发展。秉持“以废治废”“从哪里来到哪里去”的原则,着眼“煤”的减损化开采、“废”的功能化利用、“碳”的... 详细信息

在“双碳”目标背景与当前技术条件下,“煤”“废”“碳”构成了煤炭的“不可能三角”,严重制约着煤炭行业的绿色低碳可持续发展。秉持“以废治废”“从哪里来到哪里去”的原则,着眼“煤”的减损化开采、“废”的功能化利用、“碳”的低碳化处置三维视角,探索“煤”“废”“碳”协同发展路径,为破解煤炭“不可能三角”和推动煤炭绿色低碳发展提供全方位解决方案。具体包括:①阐明了“煤”的减损化开采科学内涵,明确了生态脆弱区含(隔)水层空间组合特征、采煤减损技术应用下的覆岩移动规律和覆岩采动损伤下的地表变形规律等减损化开采科学问题,提出了面间煤柱“掘-充-留”一体化、窄条带式充填开采和综采架后充填开采等减损化开采技术;②阐明了“废”的功能化利用科学内涵,明确了固废功能化利用的科学问题,包括镁-煤基固废原材料改性方法与机理、多元固废协同作用机制、全固废充填材料性能调控理论3个方面,形成了以固废原材料改性、固废基胶凝材料研发、全固废充填材料制备为核心的固废功能化利用关键技术体系;③阐明了“碳”的低碳化处置科学内涵,提出了“碳”的低碳化处置科学实践框架和实施路径,厘清了在“碳”的低碳化处置过程中关于矿化材料制备、封存空间构筑、CO_(2)封存机理与调控、CO_(2)封存长期环境效应和储库稳定性等方面的科学问题,明确了碎胀空间CO_(2)封存、煤矿CO_(2)固碳充填等关键技术,形成了利用煤矿采空区实现CO_(2)低碳封存的新模式。立足煤炭绿色低碳可持续发展,协同推进“煤”的减损化开采、“废”的功能化利用与“碳”的低碳化处置,对推动煤炭行业“双碳”目标实现具有重要意义。

关键词：绿色低碳减损化开采功能化利用低碳化处置

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煤矿充填固碳理论基础与技术构想

煤炭科学技术 2024年第2期52卷 292-308页

作者：刘浪方治余王双明高过斌张波赵玉娇朱梦博刘志超王晶钰周静李艳王美张小艳 ZHOU Song 贾奇锋西安科技大学能源学院陕西西安710054 西安科技大学煤炭绿色开采地质研究院陕西西安710054 西安科技大学地质与环境学院陕西西安710054 国能锦界能源有限责任公司陕西榆林719300 武汉理工大学材料科学与工程学院湖北武汉430070 西安财经大学商学院陕西西安710100 CSIRO Energy 10 Murray Dwyer CctMayfield West NSW 2304

在国家“双碳”目标背景下,如何减少煤炭行业的碳排放、实现碳封存已成为亟待解决的难题。煤炭行业作为高碳化石能源生产者和主体碳排放源提供者,在生产和消费过程中引发的大宗固废堆存、大型采空区形成和大量CO_(2)排放是制约煤炭可持... 详细信息

在国家“双碳”目标背景下,如何减少煤炭行业的碳排放、实现碳封存已成为亟待解决的难题。煤炭行业作为高碳化石能源生产者和主体碳排放源提供者,在生产和消费过程中引发的大宗固废堆存、大型采空区形成和大量CO_(2)排放是制约煤炭可持续开发利用与绿色健康发展的瓶颈所在。为协同解决二氧化碳封存与矿山固废消纳问题,将大宗固废处置、固废高值化利用、CO_(2)封存、采空区利用有机结合,提出了二氧化碳充填的理念,从碳汇能力评估角度界定了二氧化碳充填的3种类型。具体开展工作包括:①分析了CO_(2)充填料浆输运过程和矿化反应过程涉及到的基础理论,给出了各个过程的数学方程以及碳封存量计算公式,指出了温度、湿度等因素对矿化反应机理、碳封存量和充填体强度的影响规律。②总结了现阶段CO_(2)矿化的工艺方法、主要碱性工业固废的CO_(2)封存能力和CO_(2)矿化强化措施。在此基础上提出了基于直接湿法矿化和间接矿化的2种CO_(2)充填材料制备工艺,满足矿井充填的流动性、凝固特性和强度要求。③针对CO_(2)充填过程中的CO_(2)物理封存问题,提出了窄条带式胶结充填和综采架后胶结充填2种技术路径,前者通过在弱充填条带中构筑多贯通孔隙的充填体CO_(2)物理封存,后者借助充填支架和链式自行充填挡板在长壁工作面采空区中间断构筑充填带,控制顶板垮落,形成CO_(2)物理化学封存空间。④为了评估CO_(2)充填的碳平衡效果,依据全生命周期法界定了CO_(2)充填中碳足迹及碳消纳的计算边界。然后,梳理了CO_(2)充填过程中的碳足迹及碳消纳,分别考虑了CO_(2)的来源、用量、损耗、转化等因素。给出了包括原料运输、充填料浆制备、井下注入与充填等过程中的碳足迹及碳消纳计算方法。研究成果有望降低CO_(2)封存的能耗及成本,对煤炭绿色开采及其可持续开发利用具有深远的意义。

关键词： CO_(2)封存间断充填充填固碳碳足迹碳消纳

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基于RIFF的微震信号音频信息提取算法

煤矿安全 2019年第11期50卷 120-123页

作者：朱梦博煤炭科学研究总院中煤科工集团西安研究院有限公司

建立了一种基于RIFF标准(Resource Interchange File Format)的微震监测波形音频信息提取算法。首先对微震监测波形序列x(t)进行放大处理,将波形振幅按比例调整到[-1,1]之间,从而在不改变波形基本信息的基础上增强转化后音频的声强;其次... 详细信息

建立了一种基于RIFF标准(Resource Interchange File Format)的微震监测波形音频信息提取算法。首先对微震监测波形序列x(t)进行放大处理,将波形振幅按比例调整到[-1,1]之间,从而在不改变波形基本信息的基础上增强转化后音频的声强;其次,输入参数,包括采样率Fs和目标音频文件名MSwavefile,同时检查参数是否合法;然后打开***,并写入***的格式信息,包括:RIFF Chunk,fmt Chunk;最后,写入***的波形序列x(t),即data Chunk,完成波形序列WAV音频信息的提取。

关键词：微震监测 RIFF标准波形序列音频信息信号判别

微震P波到时拾取的PAI-k-MFV算法改进及应用

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煤炭学报 2017年第10期42卷 2698-2705页

作者：朱梦博王李管彭平安刘晓明赵嘉轩中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083 中南大学数字矿山研究中心湖南长沙410083

为了充分发挥PAI-k-MFV算法参数自适应的优势,同时提高P波到时正确拾取率和拾取精度,通过引入STA/LTA算法和改进MFV准则,对PAI-k-MFV算法进行改进。首先,根据预先设置的时窗长度和置信概率的取值范围及步长,采用PAI-k算法拾取得到一组P... 详细信息

为了充分发挥PAI-k-MFV算法参数自适应的优势,同时提高P波到时正确拾取率和拾取精度,通过引入STA/LTA算法和改进MFV准则,对PAI-k-MFV算法进行改进。首先,根据预先设置的时窗长度和置信概率的取值范围及步长,采用PAI-k算法拾取得到一组P波到时集;然后,运用STA/LTA算法初步计算P波到时区间,并将到时集中不在该区间内的到时元素剔除,得到更新后的到时集;最后,在新到时集的基础上,根据改进的最大频遇值(MMFV)准则最终确定P波到时。改进算法继承了PAI-k-MFV算法的参数自适应优点,无需人为调整太多参数,同时能够有效克服原MFV准则容易失效和拾取点滞后真实到时点等问题。对比其他算法,改进算法在拾取背景噪声段有强噪声的微震信号和弱微震信号P波到时具有明显优势。利用改进算法和PAI-k-MFV算法拾取冬瓜山铜矿115个实测低信噪比微震信号的P波到时,以人工拾取结果为参考标准,误差在5ms以内(对应30个采样点)视为正确拾取,结果显示:改进算法正确拾取率为96.52%,正确拾取的到时误差绝对值均值为1.1 ms,标准差为1.0 ms;较PAI-k-MFV算法,正确拾取率和拾取精度都大幅度提高。

关键词：微震 P波到时拾取 PAI-k STA/LTA 频遇值准则

顺煤层钻孔约束的采煤工作面煤层迭代高精度建模方法研究

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采矿与安全工程学报 2022年第5期39卷 879-890页

作者：朱梦博程建远刘浪屈慧升崔伟雄西安科技大学能源学院陕西西安710054 煤炭科学研究总院北京100013 中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710077

针对地表勘探钻孔水平间距大、采煤工作面中部缺乏地面钻孔控制、煤层建模精度低等问题,提出了一种顺煤层钻孔约束下的采煤工作面煤层迭代高精度建模方法,并开展了现场实证实验。该方法采用“测斜-自然伽马-钻孔电视”一体化测井仪测量... 详细信息

针对地表勘探钻孔水平间距大、采煤工作面中部缺乏地面钻孔控制、煤层建模精度低等问题,提出了一种顺煤层钻孔约束下的采煤工作面煤层迭代高精度建模方法,并开展了现场实证实验。该方法采用“测斜-自然伽马-钻孔电视”一体化测井仪测量顺煤层钻孔轨迹、探测煤层顶底板点;基于巷道测量、煤层厚度反演成果及地面钻孔等数据插值构建初始煤层顶底板模型,检测顺煤层钻孔煤、岩孔段与顶底板模型之间的“非逻辑交点”,并据此动态引入“虚拟顶底板点”,迭代更新顶底板模型。当顺煤层钻孔与迭代模型之间不存在“非逻辑交点”时,所构建的煤层模型严格满足各类地质数据的空间约束。模拟实验结果表明:参数z坐标调整量取平均煤层厚度的1/3~2/3时,顶底板建模精度最高;随着顺煤层钻孔密度的降低,建模精度降低,且下降速率逐渐减小。黄陵某煤矿810工作面现场实验表明:相较于以巷道测量为主要数据所构建的工作面模型,迭代构建的煤层模型实现了煤层厚度、顺煤层钻孔轨迹、地面钻孔和巷道测量等数据的深度融合,模型精度大幅度提升。迭代建模方法充分利用工作面数量众多的顺层瓦斯抽采钻孔,对工作面中部煤层起伏形态进行约束,提升了工作面煤层建模精度,是一种构建高精度采煤工作面煤层模型的潜在方法。

关键词：智能开采透明工作面煤层模型顺煤层钻孔迭代建模克里金法