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高温矿井制冷降温管网解算及优化方法研究

煤炭科学技术 2024年第2期52卷 150-158页

作者：马砺张雅婷刘尚明简俊常秦志华刘恒陈超扬西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 兖煤菏泽能化有限公司赵楼煤矿山东菏泽274705

高温矿井采用井下集中式制冷降温系统受采掘范围的影响,冷冻水输送管网复杂,导致末端冷量供给不足,严重影响系统降温效果。为提高矿井降温系统冷量利用率,以赵楼煤矿井下制冷降温管网为例,基于图论原理建立井下降温管网拓扑模型,采用水... 详细信息

高温矿井采用井下集中式制冷降温系统受采掘范围的影响,冷冻水输送管网复杂,导致末端冷量供给不足,严重影响系统降温效果。为提高矿井降温系统冷量利用率,以赵楼煤矿井下制冷降温管网为例,基于图论原理建立井下降温管网拓扑模型,采用水力基本方程计算管段流量、节点阻力和水力损失,得到降温管网水力特性;通过管网节点温升的计算,确定冷冻水输送过程的冷量损失;结合管网水力、热力特性,对降温管网进行优化。结果表明:赵楼煤矿井下制冷降温管网末端工作面冷冻水流量最小为0.001 m^(3)/s,管网水力损失大的位置为一集轨道下山、7302运输巷和中部辅运大巷。降温系统分别给五采区和七采区共4个工作面供冷,冷量损失为1.22×10^(6) J/s,其中七采区降温系统冷量损失占88.15%,管网摩擦和传热冷量损失分别为5.39×10^(5)、6.805×10^(5) J/s,末端冷冻水最高输水温度为13.9℃。提出管道-泵阀联调优化方法,采用动态平衡阀对南部1号辅助运输大巷和二集辅助巷冷冻水流量恒定在0.022~0.04 m^(3)/s,实现末端空冷器流量稳定;采用静态平衡阀调节管网支路阻力,将工作面冷冻水流量增大至0.005 m^(3)/s;南部1号辅助运输大巷、南部2号辅助运输大巷和二集辅助巷的管径增加至0.325 m,管网总水力损失从30.93 m减少到20.44 m,减少了35%;将离心泵扬程调整为183~195 m、流量为0.085~0.112 m^(3)/s,离心泵高效运行。

关键词：矿井降温制冷降温管网水力损失冷量损失

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密闭采空区不同惰化置换方案效果仿真

中国煤炭 2024年第3期50卷 61-68页

作者：邢震马砺韩安王伟峰王璐中煤科工集团常州研究院有限公司江苏省常州市213015 煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室江苏省常州市213015 天地〈常州〉自动化股份有限公司江苏省常州市213015 西安科技大学陕西省西安市710000

针对密闭采空区瓦斯抽采过程中在负压作用下外界O_(2)通过裂隙进入采空区易引发煤自燃的问题,常采用抽采的同时注惰性气体以置换抽出的瓦斯的方案,此法可平衡气压、防止外界空气进入采空区,达到防治煤自燃的目的。采用数值模拟的方法研... 详细信息

针对密闭采空区瓦斯抽采过程中在负压作用下外界O_(2)通过裂隙进入采空区易引发煤自燃的问题,常采用抽采的同时注惰性气体以置换抽出的瓦斯的方案,此法可平衡气压、防止外界空气进入采空区,达到防治煤自燃的目的。采用数值模拟的方法研究置换过程中相关物理参数流场变化规律,并提出了自由混合置换法、正压置换法、负压置换法、正压-负压置换法4种方案;以O_(2)最大体积分数低于2%为置换达标标准,对比了4种方案下耗费总时长、消耗氮量、通风机运转时间、累计注氮时长等置换成本评价指标,找出可用于置换方案决策的方法,并给出不同地质条件下密闭采空区适用方案。

关键词：密闭采空区惰化置换煤自燃气压数值模拟

Preparation and Swelling Kinetic Analysis of Poly (HPMC-co-AA-co-AM) Super Absorbent Resin

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Journal of Wuhan University of Technology(Materials Science) 2024年第3期39卷 790-799页

作者：马砺 WANG Xin LIU Xixi WEI Gaoming GUO Ying School of Safety Science and Engineering Xi’an University of Science and TechnologyXi'an 710054China Key Laboratory of Coal Fire Disaster Prevention Xi’an University of Science and TechnologyXi'an 710054China School of Energy Engineering Xi’an Uni-versity of Science and TechnologyXi'an 710054China Yanzhou Coal Mining Co. Ltd.Zoucheng 237500China

Super absorbent resin(SAR)is prepared by aqueous high temperature polymerization using hydroxypropyl methylcellulose(HPMC)as monomer backbone material,acrylic acid(AA)and acrylamide(AM)as the graft copolymer monomer,potassium persulfate(KPS)as the initiator to generate free radicals,and N,N`-methylenebisacrylamide(MBA)as cross-linking agent for cross-linking reaction.Simutaneously,the influence of individual factors on the water absorption is investigated,and these factors are mainly AA,AM,KPS,MBA,HPMC,and reaction temperature.The optimized conditions are obtained by the experiment repeating for several times.The water absorption multiplicity and salt absorption multiplicity under the conditions are 782.4 and 132.5 g/g,respectivity.Furthermore,the effects of different temperatures and salt concentrations on its water absorption,as well as the swelling kinetics of SAR are studied.It is indicated the water-absorbing swelling process is mainly caused by the difference in water osmotic pressure and Na+concentration inside and outside the cross-linked molecular structure of the resin,which is not only consistent with the quasi-secondary kinetic model,but also with the Fick diffusion model.

关键词： super absorbent resin swelling kinetics water absorption graft copolymerization hydroxypropyl methyl cellulose

采空区大掺量粉煤灰无机固化泡沫制备及特性研究

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煤田地质与勘探 2023年第2期51卷 243-251页

作者：马砺杜素张照允王慧赵亮张波西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 山东兖矿能源股份有限公司山东邹城273500

煤矿采空区漏风是引发煤火灾害的重要原因,传统充填堵漏材料易干裂,流动性差,成本高,因此研发出有效充填封堵漏风通道的新型材料十分必要。通过单因素变量法,以材料流动度、初凝时间、抗压强度为指标进行配比优选,研发出大掺量粉煤灰无... 详细信息

煤矿采空区漏风是引发煤火灾害的重要原因,传统充填堵漏材料易干裂,流动性差,成本高,因此研发出有效充填封堵漏风通道的新型材料十分必要。通过单因素变量法,以材料流动度、初凝时间、抗压强度为指标进行配比优选,研发出大掺量粉煤灰无机固化泡沫充填堵漏新材料。同时,利用红外光谱、X射线衍射仪、扫描电镜表征材料的水化过程。结果表明∶基于泡沫均匀度、发泡倍数、半衰期及析水率等参数,优选出十二烷基硫酸钠(SDS)∶辛癸基葡糖苷(APG)=1∶1,黄原胶(XG)∶瓜尔胶(GG)=1∶1的水基泡沫。研发的大掺量粉煤灰无机固化泡沫,其初凝时间与粉煤灰掺量、水灰比、泡沫掺量成正比;流动度与水灰比成正比,与粉煤灰掺量成反比,随泡沫掺量增加先上升后缓慢降低;抗压强度随粉煤灰掺量增加呈先增加后减小趋势,与水灰比和泡沫掺量呈反比关系。综合评价指标确定粉煤灰掺量为60%、水灰比为0.6、泡沫与复合浆液体积比为1∶1时,材料流动度好,为15.9 cm,初凝时间适中,为5 h,抗压强度高,28 d达到1.5 MPa。该材料的水化产物是钙矾石(AFT)以及C-S-H凝胶,由水泥先发生水化反应生成Ca(OH)2,后与粉煤灰反应生成AFT及C-S-H凝胶,提高了大掺量粉煤灰无机固化泡沫抗压强度,能够适应采空区堵漏的要求。

关键词：大掺量粉煤灰无机固化泡沫抗压强度水化反应采空区堵漏

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离子液体对不粘煤煤粉自燃特性的影响

工程科学学报 2022年第12期44卷 2008-2016页

作者：马砺何铖茂魏泽魏高明王洋西安科技大学安全科学与工程学院西安710054 西安科技大学陕西省煤火灾害防治重点实验室西安710054

为了研究煤粉储运过程中堆积煤粉在漏风环境下氧化升温导致其氧化自燃特征,揭示[BMIM][BF_(4)]离子液体抑制煤粉氧化阻燃反应机制.本文选用高效阻化剂[BMIM][BF_(4)]离子液体对红柳煤矿(HL)不粘煤煤粉进行阻化处理,通过煤粉恒温氧化实... 详细信息

为了研究煤粉储运过程中堆积煤粉在漏风环境下氧化升温导致其氧化自燃特征,揭示[BMIM][BF_(4)]离子液体抑制煤粉氧化阻燃反应机制.本文选用高效阻化剂[BMIM][BF_(4)]离子液体对红柳煤矿(HL)不粘煤煤粉进行阻化处理,通过煤粉恒温氧化实验测定5%、10%、15%质量分数的[BMIM][BF_(4)]处理煤粉的自燃临界参数,即煤粉临界自燃温度T_(m)和着火延迟时间t_(i),分析[BMIM][BF_(4)]对煤粉加热、自热反应的影响;测试同一高温环境下(各煤粉均被点燃)[BMIM][BF_(4)]对煤粉的宏观阻化特性;通过FT-IR实验表征[BMIM][BF_(4)]对煤粉的微观阻化特征,验证煤粉自燃临界参数变化规律.结果表明:[BMIM][BF_(4)]能够抑制煤粉自热反应并提高煤粉T_(m)和t_(i)值,降低煤粉自燃危险性,且其质量分数越大,煤粉自燃临界参数越大,其中15%质量分数的[BMIM][BF_(4)]处理煤粉的T_(m)为156℃,较原煤粉冗余度提高+26℃,t_(i)为80 min,较原煤粉着火延迟32 min.在同一环境温度T_(a)下(T_(a)>T_(m)),[BMIM][BF_(4)]处理煤粉的中心点温度、耗氧速率、CO产生量均小于原煤粉,且[BMIM][BF_(4)]的阻化效果随质量分数的增大而增大.[BMIM][BF_(4)]的阻化作用体现在强电负性氟原子与煤中羟基氢原子形成较强的氢键,溶解破坏煤中羟基基团,阻断煤氧链式反应.

关键词：煤粉自燃离子液体临界自燃温度着火延迟时间活性官能团

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矿井淋水井筒风温PSO-SVR预测方法

西安科技大学学报 2022年第3期42卷 476-483页

作者：高佳南吴奉亮马砺贺雁鹏西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安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

矿井进风井筒风温的准确预测对于井下风流的热计算至关重要。为提高矿井井筒风温预测精度,在结合矿井生产特点和参考有关淋水井筒风温预测研究的基础上,采用粒子群算法(PSO)对支持向量回归(SVR)参数进行优化,建立矿井淋水井筒风温PSO-SV... 详细信息

矿井进风井筒风温的准确预测对于井下风流的热计算至关重要。为提高矿井井筒风温预测精度,在结合矿井生产特点和参考有关淋水井筒风温预测研究的基础上,采用粒子群算法(PSO)对支持向量回归(SVR)参数进行优化,建立矿井淋水井筒风温PSO-SVR预测模型,并与利用同样的训练和测试样本建立的常规SVR预测模型和多元线性回归(MLR)预测模型进行比较。结果表明:对于训练和测试样本,MLR预测模型的预测与观测值散点分散于标准线四周,相比于MLR预测模型,常规SVR预测模型的散点较集中于标准线周围,而经过PSO优化后的SVR预测模型的散点均紧密分布在标准线附近,说明PSO-SVR预测模型具有更好的预测精度,更强的泛化性;MLR预测模型、常规SVR预测模型和PSO-SVR预测模型的测试样本预测结果的平均绝对百分比误差分别为3.43%,1.27%和0.37%,常规SVR预测模型较MLR预测模型的预测结果改进比约63%,PSO-SVR预测模型较常规SVR预测模型的预测结果改进比约71%,表明PSO-SVR预测模型的预测效果显著优于MLR预测模型和常规SVR预测模型,该模型适用于矿井淋水井筒风温的预测。

关键词：淋水井筒风温预测粒子群优化算法支持向量回归

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高温矿井制冷降温管网解算及优化方法研究

煤炭科学技术 2023年

作者：马砺张雅婷刘尚明简俊常秦志华刘恒陈超扬西安科技大学安全科学与工程学院兖煤菏泽能化有限公司赵楼煤矿

高温矿井采用井下集中式制冷降温系统受采掘范围的影响，冷冻水输送管网复杂，导致末端冷量供给不足，严重影响系统降温效果。为提高矿井降温系统冷量利用率，本研究以赵楼煤矿井下制冷降温管网为例，基于图论原理建立井下降温管网拓扑... 详细信息

高温矿井采用井下集中式制冷降温系统受采掘范围的影响，冷冻水输送管网复杂，导致末端冷量供给不足，严重影响系统降温效果。为提高矿井降温系统冷量利用率，本研究以赵楼煤矿井下制冷降温管网为例，基于图论原理建立井下降温管网拓扑模型，采用水力基本方程计算管段流量、节点阻力和水力损失，得到降温管网水力特性；通过管网节点温升的计算，确定冷冻水输送过程的冷量损失；结合管网水力、热力特性，对降温管网进行优化。结果表明：赵楼煤矿井下制冷降温管网末端工作面冷冻水流量最小为0.001 m3·s-1，管网水力损失大的位置为一集轨道下山、7302运输顺槽和中部辅运大巷。降温系统分别给五采区和七采区共四个工作面供冷，冷量损失为1.22×106J·s-1，其中七采区降温系统占88.15%，管网摩擦和传热冷量损失分别是5.39×105J·s-1和6.805×105J·s-1，末端冷冻水最高输水温度为13.9 ℃。提出管道—泵阀联调优化方法，采用动态平衡阀对南部1#辅助运输大巷和二集辅助巷冷冻水流量恒定在0.022～0.04 m3·s-1范围，实现末端空冷器流量稳定；采用静态平衡阀调节管网支路阻力，将工作面冷冻水流量增大至0.005 m3·s-1；南部1#辅助运输大巷、南部2#辅助运输大巷和二集辅助巷的管径增加至0.325 m，管网总水力损失从30.93 m减少到20.44 m，减少了35%；将离心泵扬程调整为183～195 m、流量为0.085～0.112 m3·s-1，离心泵高效运行。

关键词：矿井降温制冷降温管网水力损失冷量损失优化设计

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基于组合赋权雷达图的矿井热环境评价

安全与环境学报 2023年第9期23卷 3180-3187页

作者：高佳南李树刚吴奉亮李文福马砺贺雁鹏西安科技大学安全科学与工程学院西安710054 西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室西安710054 陕西彬长孟村矿业有限公司陕西咸阳713600

为科学评价矿井热环境,采用层次分析(Analytic Hierarchy Process,AHP)、熵权和改进雷达图模型相结合的方法对矿井热环境进行综合评价。在矿井热环境评价及人体热舒适度分级标准研究成果基础上,以风温、相对湿度、风速等气候环境作为影... 详细信息

为科学评价矿井热环境,采用层次分析(Analytic Hierarchy Process,AHP)、熵权和改进雷达图模型相结合的方法对矿井热环境进行综合评价。在矿井热环境评价及人体热舒适度分级标准研究成果基础上,以风温、相对湿度、风速等气候环境作为影响矿井热环境的主要因素,构建矿井热环境评价体系。将AHP和熵权法耦合以确定各评价指标权重,并基于改进的雷达图模型确定矿井热环境各评价等级的评估区间和评价对象的评估值。最后,以孟村煤矿401101采煤工作面上隅角为实例进行热环境评价,得到401101采煤工作面上隅角热环境综合评价值为0.2050,评价等级属于“等级Ⅴ很不舒适”,评价结果与现场情况相符。基于组合赋权雷达图的矿井热环境评价模型能够准确、定量、直观地展示矿井热环境状况,可为矿井优化井下热环境提供参考。

关键词：安全工程矿井热环境层次分析(AHP) 熵权法组合赋权雷达图

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钠盐微胶囊制备及其阻化性能研究

煤矿安全 2022年第9期53卷 94-99页

作者：马砺马武阳魏泽何铖茂拓龙龙西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 陕西省煤火灾害防治重点实验室陕西西安710054 山西紫金矿业有限公司山西州034300 石拉乌素煤矿内蒙古鄂尔多斯017212

微胶囊包裹技术可以保护芯材并使芯材缓慢释放。为提高盐类阻化剂阻化效果,基于微胶囊包裹技术,采用融化分散冷凝法制备出微胶囊阻化剂;优选出常温下吸湿率最低的壁芯比,利用程序升温实验系统对添加不同质量分数阻化剂的不黏煤进行阻化... 详细信息

微胶囊包裹技术可以保护芯材并使芯材缓慢释放。为提高盐类阻化剂阻化效果,基于微胶囊包裹技术,采用融化分散冷凝法制备出微胶囊阻化剂;优选出常温下吸湿率最低的壁芯比,利用程序升温实验系统对添加不同质量分数阻化剂的不黏煤进行阻化性能测试。结果表明:随着添加微胶囊阻化剂质量分数的增大,煤样耗氧速率和CO释放速率先降低后增加,且在质量分数为15%时阻化效果最优;110℃时达到最大阻化率83%,整个温度范围内的平均阻化率为67%;相同质量分数下微胶囊阻化剂的阻化性能优于钠盐阻化剂;微胶囊阻化剂壁材在煤样升温过程中吸收热量,相变熔融后包裹在煤样表面并缓慢释放出芯材,能在煤温较高时保持优良的阻化效果。

关键词：微胶囊自然发火阻化剂耗氧速率阻化率