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高流态封孔注浆材料力学性能及水化机制

中国安全科学学报 2024年第2期34卷 168-175页

作者：郭鑫鲁义施式亮李贺李大芳湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201 湖南科技大学南方煤矿瓦斯与顶板灾害预防控制安全生产重点实验室湖南湘潭411201

为提高深部矿井煤层气抽采效率,针对目前常见的封孔注浆材料存在的高分子封孔材料价格昂贵易燃、普通水泥材料渗透性差、粉煤灰等膏体材料强度不足等问题,采用超细水泥为基料研发一种高流态封孔注浆材料。通过对高流态封孔注浆材料开展... 详细信息

为提高深部矿井煤层气抽采效率,针对目前常见的封孔注浆材料存在的高分子封孔材料价格昂贵易燃、普通水泥材料渗透性差、粉煤灰等膏体材料强度不足等问题,采用超细水泥为基料研发一种高流态封孔注浆材料。通过对高流态封孔注浆材料开展力学性能试验研究、结合扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等一系列试验的结果,揭示新型高流态封孔注浆材料水化机制。结果表明:高流态封孔注浆材料在水化初期就生成大量的水化硅酸钙(C-S-H)凝胶和钙矾石(AFt)晶体;随着水化反应的持续,水化产物的凝胶粒子充填材料中的孔隙。与普通水泥封孔注浆材料相比,材料的水化反应更迅速、更充分、整体结构致密,比普通水泥封孔注浆材料抗压强度提高3.68%,更有利于保持瓦斯抽采钻孔的稳定性,提高瓦斯抽采效率。

关键词：高流态封孔注浆材料抽采钻孔水化反应水化产物

基于博弈论-贝叶斯网络的煤矿瓦斯爆炸风险评估

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煤炭学报 2024年

作者：林志军李敏贺珊施式亮田孝娜王丹湖南科技大学资源环境与安全工程学院

为解决煤矿瓦斯爆炸风险分析中不确定性处理的不足和指标权重模糊性的难题，基于贝叶斯网络及博弈论提出了一种瓦斯爆炸风险评估方法。首先，基于专家经验和事故致因理论构建瓦斯爆炸风险拓扑结构模型，同时通过博弈论方法优化利用层次... 详细信息

为解决煤矿瓦斯爆炸风险分析中不确定性处理的不足和指标权重模糊性的难题，基于贝叶斯网络及博弈论提出了一种瓦斯爆炸风险评估方法。首先，基于专家经验和事故致因理论构建瓦斯爆炸风险拓扑结构模型，同时通过博弈论方法优化利用层次析分析法和三角模糊数法分别的确定主客观权重，然后基于模糊集理论计算风险因素的先验概率和条件概率；其次利用贝叶斯推理技术计算瓦斯爆炸发生的概率和风险因素的后验概率分布；最后通过敏感性分析和关键致因链分析，找出影响瓦斯爆炸关键性风险因素和关键风险路径。案例研究表明：山东省某煤矿工作面瓦斯爆炸发生的概率为6.5%，而导致瓦斯爆炸主要点火源为电气故障、岩石间摩擦、放炮火花以及煤自燃；导致瓦斯超限最主要的原因为通风系统缺陷和通风系统设计。通过敏感性分析可知，通风系统缺陷和电气故障这两因素最为敏感。通过关键致因链分析可知，路径为电气故障→通风系统缺陷→通风措施→瓦斯控制措施→瓦斯超限和路径为电气故障→电火花→点火源的组合导致瓦斯爆炸发生可能性最大，相比于正常情况下，瓦斯爆炸发生的概率增加了301.5%。同时基于博弈论组合赋权法在提升指标权重的客观性和准确性上具有综合优点，评估结果符合煤矿实际情况。评估方法可为决策者有效管理煤矿瓦斯爆炸风险提供技术指导。

关键词：瓦斯爆炸贝叶斯网络博弈论组合赋权风险评估

基于多项Logistic的危化品槽罐车火灾类型判别

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中国安全科学学报 2024年第1期34卷 231-237页

作者：刘勇李肖施式亮鲁义王正武施星宇湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201 湖南科技大学公共安全与应急管理研究院湖南湘潭411201 长沙理工大学交通运输工程学院湖南长沙410114 长沙理工大学电气与信息工程学院湖南长沙410114

为有效防控危化品槽罐车火灾事故,准确判别槽罐车火灾类型,运用Python统计我国2013—2020年危化品槽罐车道路火灾案例;在确定火灾事故特征的基础上,将3种危化品槽罐车火灾类型(喷射火灾、池火灾与沸腾液体膨胀蒸气爆炸火灾(BLEVE))作为... 详细信息

为有效防控危化品槽罐车火灾事故,准确判别槽罐车火灾类型,运用Python统计我国2013—2020年危化品槽罐车道路火灾案例;在确定火灾事故特征的基础上,将3种危化品槽罐车火灾类型(喷射火灾、池火灾与沸腾液体膨胀蒸气爆炸火灾(BLEVE))作为被解释变量类别,确定空间与道路特征、时间与气象特征、人员因素、车辆及设备因素以及危化品因素5个方面共15项火灾因子;构建基于多项Logistic危化品槽罐车火灾类型判别模型;开展准确性检验和显著性检验以及实例应用,获得3种火灾类型的发生概率,并提出相应的火灾防治措施。结果表明:实例中液化天然气(LNG)罐车最有可能发生池火灾,其概率为0.55;其次为喷射火灾,BLEVE火灾的概率最小。采取提高危化品容器机械强度、减小碰撞强度等措施,可避免容器出现较大尺寸的泄漏孔,减少池火灾发生概率;采取减缓泄漏速度、控制泄漏范围、迅速合理灭火等应急措施可以减少LNG池火灾危害后果。

关键词：多项Logistic 危化品槽罐车火灾类型判别道路运输

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基于CNN的化工园区火灾火焰图像识别研究

中国安全科学学报 2024年第1期34卷 179-186页

作者：张术琳张亚楠田超严翔鲁义施式亮湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201 重庆大学资源与安全学院重庆400044

为及时发现化工园区火灾事故,降低事故损失,利用卷积神经网络(CNN)建立化工园区火灾实时检测系统。基于CNN-YOLOv5算法训练化工园区火灾数据集和普通火灾数据集,分析对比2个数据集的损失值、召回率、精度和类别平均精度。其中,化工园区... 详细信息

为及时发现化工园区火灾事故,降低事故损失,利用卷积神经网络(CNN)建立化工园区火灾实时检测系统。基于CNN-YOLOv5算法训练化工园区火灾数据集和普通火灾数据集,分析对比2个数据集的损失值、召回率、精度和类别平均精度。其中,化工园区火灾数据集的损失值和召回率略低,但精度和类别平均精度高于普通火灾数据集,证明通过CNN检测化工园区火灾的可行性。结果表明:基于火灾检测结果,借助PyQt5程序框架设计化工园区火焰图像识别软件系统,可实现对化工园区火灾火焰图像和视频的识别应用,扩大该方法适用范围。基于CNN的YOLOv5目标检测算法可以实时检测化工园区火灾,其检测方法具有便携性、检测结果具有可靠性,可提高化工园区的安全管理水平。

关键词：化工园区火灾火焰图像识别卷积神经网络(CNN) YOLOv5算法火灾数据集

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基于煤心原位体积复原的免封孔测压实验研究

煤炭科学技术 2024年

作者：吴宽王兆丰施式亮崔永杰王龙陈勇湖南城市学院土木工程学院河南理工大学安全科学与工程学院湖南科技大学资源环境与安全工程学院国家能源神东煤炭集团布尔台煤矿湘潭大学环境与资源学院中煤科工集团重庆研究院有限公司

基于“状态复原”的免封孔测压技术是通过将瓦斯压力测试煤样由井下原始煤体赋存状态被剥离出来装入实验煤样罐后进行漏失瓦斯量补偿、煤心体积复原、人工模拟煤体储层温度来复原原始煤体赋存状态下的煤层瓦斯压力的实验测压新技术，是... 详细信息

基于“状态复原”的免封孔测压技术是通过将瓦斯压力测试煤样由井下原始煤体赋存状态被剥离出来装入实验煤样罐后进行漏失瓦斯量补偿、煤心体积复原、人工模拟煤体储层温度来复原原始煤体赋存状态下的煤层瓦斯压力的实验测压新技术，是准确快速获取预抽煤层残余瓦斯压力的可行性新技术，该技术不受井下测压地点和封孔质量的限制。煤心体积的准确复原是该方法准确测定预抽煤层残余瓦斯压力的关键环节。为了探究合适的煤心体积复原方式，依托团队自主研发的免封孔煤层瓦斯压力测定仪，开展了加载轴压煤心体积复原、接触注液(水/油)煤心体积复原、加压与注液结合的煤心体积复原实验研究。结果发现：设定加载轴压依次为5.00、10.00、15.00······65.00MPa进行煤心体积复原时，由于煤样颗粒之间相互支撑抵抗作用，导致因取样破碎煤体而新生的裂隙无法完全“愈合”，单纯通过加压的方式复原煤心体积在理论和技术上均难以实现；设置初始吸附平衡压力(P0)为0.31、0.53、0.74、1.00、1.50 MPa进行接触注水、接触注硅油、加压/注液结合的煤心体积复原实验，接触注水的煤心体积复原方式实验误差为40.67%～116.13%，接触注硅油的煤心体积复原方式实验误差为29.33%～87.10%，加压/注液结合的煤心体积复原方式的实验误差在2.67%～9.68%之间，且误差随吸附平衡压力的增大而减小；对比三种煤心体积复原方式的实验效果，最终确定以上腔加压与下腔注硅油结合的方式复原煤心原位体积。为基于“状态复原”的免封孔测压技术的实现提供了一种可靠途径，为煤矿准确快速获取预抽煤层残余瓦斯压力值提供了一种新方法，为煤层瓦斯抽采效果检验与达标评判提供了技术支撑。

关键词：残余瓦斯压力测定煤心体积复原免封孔加压注液

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磷石膏基自产气膨胀浆体防灭火性能研究

中国安全科学学报 2024年第3期34卷 148-154页

作者：吴芳华施式亮鲁义谷旺鑫谭嘉乐刘蔚廷湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201

为防治煤矿顶煤和上分层遗煤自燃等高位火源灾害,以工业固废物磷石膏为基料,加入碳酸氢钠和聚丙烯酰胺等成分,制备出一种自产气膨胀浆体。首先,应用热重(TG)分析仪研究浆体在不同升温速率下的热稳定性;然后,采用自行搭建的隔热性能测试... 详细信息

为防治煤矿顶煤和上分层遗煤自燃等高位火源灾害,以工业固废物磷石膏为基料,加入碳酸氢钠和聚丙烯酰胺等成分,制备出一种自产气膨胀浆体。首先,应用热重(TG)分析仪研究浆体在不同升温速率下的热稳定性;然后,采用自行搭建的隔热性能测试系统测试浆体的隔热性;最后,通过灭火试验研究浆体的灭火降温性能。结果表明:磷石膏基自产气膨胀浆体在160℃以下时存在35%~46%的质量损失,当温度大于160℃时,浆体的质量分数不再发生改变;浆体堆积厚度达到30 mm时,有效隔热时间超过139 min,可实现对煤自燃危险区域较好的覆盖;浆体通过在煤堆裂隙中膨胀扩散,自下而上完全包裹碎煤,隔绝氧气,具有良好的降温灭火性能,注浆36 min后,各点位温度已全部降低至50℃以下,未出现复燃现象。

关键词：磷石膏基自产气膨胀浆体煤自燃热稳定性隔热性能灭火降温有效隔热时间

采空区煤自燃耦合热浮力环境瓦斯运移规律研究

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煤炭技术 2024年第7期 164-168页

作者：吴振超施式亮季鹏湖南科技大学资源环境与安全工程学院

为了探讨煤自燃过程多场耦合之间协同动态变化规律的机制，准确划分瓦斯与煤自燃共生灾害区域，采用数值模拟的方法研究了采空区煤自燃区域热浮力作用下瓦斯运移过程。分析了温度场、瓦斯浓度场、气体密度和采空区风流运动特征的分布规... 详细信息

为了探讨煤自燃过程多场耦合之间协同动态变化规律的机制，准确划分瓦斯与煤自燃共生灾害区域，采用数值模拟的方法研究了采空区煤自燃区域热浮力作用下瓦斯运移过程。分析了温度场、瓦斯浓度场、气体密度和采空区风流运动特征的分布规律，划分了瓦斯与煤自燃共生灾害区域。模拟结果表明：瓦斯积聚是由热浮力影响下的上升气流、漏风风流和煤自燃点附近的卷吸气流共同作用形成的；入口风速增加时，共生灾害区域面积呈现先增大后减小的趋势，煤自燃区域向采空区中深部移动，瓦斯积聚浓度随着煤自燃温度升高而增加；煤自燃区域产生的热量积聚于小范围区域，与周围区域有较大的温度梯度；模拟得出的采空区煤自燃耦合热浮力作用下瓦斯运移规律，为采空区煤自燃灾害防治提供了参照依据。

关键词：煤自燃热浮力作用瓦斯运移瓦斯积聚风流运动共生灾害

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高压气液两相射流冲击破煤特性

湖南科技大学学报（自然科学版） 2024年第1期39卷 11-17页

作者：郭晴宜李贺施式亮鲁义路洁心王正徐超平湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201

目前,水力割缝技术已经成为治理煤矿瓦斯灾害,实现煤层卸压增透的主要手段之一.高压气液两相射流作为一种新型高效的多介质强力射流,在冲蚀破岩性能上优于传统单介质射流.为了提高高压气液两相射流的破煤性能和卸压增透效果,通过改变高... 详细信息

目前,水力割缝技术已经成为治理煤矿瓦斯灾害,实现煤层卸压增透的主要手段之一.高压气液两相射流作为一种新型高效的多介质强力射流,在冲蚀破岩性能上优于传统单介质射流.为了提高高压气液两相射流的破煤性能和卸压增透效果,通过改变高压气液两相射流的含气率、射流压力、冲击靶距以及喷嘴直径等基本参数,并结合超声波系统,探究了关键参数对两相射流冲击破煤的影响.结果表明:高压气液两相射流的冲击侵蚀破煤比传统纯水射流效果更显著,并且当含气率F_(a)=30%,射流压力P_(w)=10 MPa,冲击靶距D_(s)=300 mm,喷嘴直径D_(n)=3.5 mm时,气液两相射流冲击破煤的效果更好.试验研究结果对于含气率、射流压力、冲击靶距及喷嘴直径等关键参数的选择提供了合理的参考,有效地提高了高压气液两相射流冲击破煤的效果.

关键词：高压气液两相射流破煤特性含气率射流压力冲击靶距喷嘴直径

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煤层瓦斯抽采钻孔封孔材料研究进展与展望

安全 2024年第5期45卷 44-51页

作者：李大芳郭鑫鲁义施式亮李贺湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201 湖南科技大学公共安全与应急管理研究院湖南湘潭411201

为提高煤层瓦斯抽采钻孔封孔技术,降低矿井爆炸风险,首先,通过对比传统封孔材料和新型封孔材料,总结两者的优点及不足,得出新型无机—有机复合浆液既弥补了聚氨酯类有机材料成本高、阻燃性差和毒性大等缺点,又提升了水泥基材料的强度和... 详细信息

为提高煤层瓦斯抽采钻孔封孔技术,降低矿井爆炸风险,首先,通过对比传统封孔材料和新型封孔材料,总结两者的优点及不足,得出新型无机—有机复合浆液既弥补了聚氨酯类有机材料成本高、阻燃性差和毒性大等缺点,又提升了水泥基材料的强度和粘结性能等;然后,基于封孔材料煤界面粘结机理,总结研究人员对水泥基材料进行的一系列改性实验,讨论不同外加剂、纳米材料对水泥基材料水化特性、凝结时间、强度等性能的影响以及存在的问题;最后,从性能全面提升、外加剂组合优化、成本控制3个方面提出建议和展望。

关键词：瓦斯抽采封孔材料封孔性能水泥基材料无机材料