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矿井水反渗透系统阻垢剂成分与阻垢机制

工程科学学报 2024年第6期46卷 1004-1011页

作者：李曈徐梦兰赵悦任舒阳王霄郭开祥李从举国家能源集团煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室北京102209 北京科技大学能源与环境工程学院北京100083

矿井水反渗透浓水中阻垢剂可以抑制Ca^(2+)、Mg^(2+)结晶沉淀导致双碱法投药量高、除硬效果差,影响后续蒸发结晶分盐效果.探究反渗透系统中阻垢剂成分及阻垢机制是实现Ca^(2+)、Mg^(2+)脱稳、解决深度除硬与零排放问题的关键.本文首先... 详细信息

矿井水反渗透浓水中阻垢剂可以抑制Ca^(2+)、Mg^(2+)结晶沉淀导致双碱法投药量高、除硬效果差,影响后续蒸发结晶分盐效果.探究反渗透系统中阻垢剂成分及阻垢机制是实现Ca^(2+)、Mg^(2+)脱稳、解决深度除硬与零排放问题的关键.本文首先测定反渗透浓水水质条件,通过超滤分级、傅里叶红外光谱(FT-IR)、紫外可见吸收光谱(UV-Vis)和三维荧光光谱(EEM)分析得出溶解性有机物主要为分子量利用HEDP复配,CO^(2)_(-3)投加量仅增加至1626.3 mg·L^(-1),说明吸附去除的部分有机物具有一定分散作用,可以抑制溶液中Ca^(2+)结晶团聚.HEDP与溶解性有机物的协同阻垢机制,为矿井水反渗透浓水中Ca^(2+)、Mg^(2+)深度去除提供重要理论依据和调控策略.

关键词：反渗透浓水阻垢剂羟基乙叉二膦酸核磁共振阻垢机制

低浓度聚丙烯酰胺含量的检测及溶液离子的影响

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工程科学学报 2024年第6期46卷 1012-1023页

作者：饶博邹文杰赵伟余可馨北京低碳清洁能源研究院煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室北京102211 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

处理后选矿废水中残余的聚丙烯酰胺(PAM)影响回水水质及其回用,本文为建立一种低检出限的低浓度PAM快速检测方法,在190~300 nm波长范围内建立了4种类型及分子量不同PAM的紫外吸收光谱,研究了不同浓度K^(+)和Ca^(2+)对PAM浓度检测的影响... 详细信息

处理后选矿废水中残余的聚丙烯酰胺(PAM)影响回水水质及其回用,本文为建立一种低检出限的低浓度PAM快速检测方法,在190~300 nm波长范围内建立了4种类型及分子量不同PAM的紫外吸收光谱,研究了不同浓度K^(+)和Ca^(2+)对PAM浓度检测的影响,并通过原子力显微镜(AFM)分析了PAM分子构象的变化.结果表明,4种类型的PAM峰值吸光度均在波长194 nm处测得,PAM浓度与吸光度之间具有强线性关系(R^(2)>0.98),检出限均低于0.1 mg·L^(-1),但PAM类型影响其浓度与吸光度的线性关系.随着K^(+)和Ca^(2+)浓度的增加,PAM溶液吸光度特征峰的强度逐渐降低并降速减缓,最大吸收波长不断红移,分别沉积在二氧化硅和金基底的APAM-3与CPAM-12的表面形貌粗糙度分别随K^(+)和Ca^(2+)浓度的增加而增大,说明PAM分子链在溶液中的构象逐渐变卷曲,使紫外光谱特征吸收峰的峰值降低,10、100 mmol·L^(-1) K^(+)与1、10 mmol·L^(-1) Ca^(2+)对PAM构象变化的影响程度基本相同.本研究实现聚丙烯酰胺的快速定量检测,对开展选矿水处理中聚丙烯酰胺的迁移规律研究具有重要意义.

关键词：紫外分光光度法聚丙烯酰胺浓度检测溶液离子原子力显微镜(AFM)

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蠕变损伤煤岩分段增幅循环劣化机制试验研究

煤炭科学技术 2024年

作者：李杨杨张士川沈宝堂许亚栋党金铭侯嘉琦山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地山东科技大学能源与矿业工程学院

受开挖影响深部煤岩在高应力长时作用下产生明显的蠕变损伤，在工作面采动作用下已蠕变损伤的煤体突变失稳诱发冲击地压灾害，给深部煤柱安全回采造成了严重威胁。基于长时蠕变-循环载荷-卸围压试验，研究了初始蠕变损伤与循环载荷叠加... 详细信息

受开挖影响深部煤岩在高应力长时作用下产生明显的蠕变损伤，在工作面采动作用下已蠕变损伤的煤体突变失稳诱发冲击地压灾害，给深部煤柱安全回采造成了严重威胁。基于长时蠕变-循环载荷-卸围压试验，研究了初始蠕变损伤与循环载荷叠加作用下煤岩劣化特性的演化规律，分析了循环载荷下不同应力区间煤岩的强度特征及累积损伤特性，探究了循环载荷次数对煤岩蠕变损伤效应的组合作用机制，揭示了蠕变损伤效应下煤岩变形破坏过程中能量的转化机理。试验结果表明：煤岩在循环载荷低应力区间内受蠕变预损伤效应影响较小，随应力水平区间的上升，煤岩的长时损伤越大且非线性劣化越明显，失稳后的破裂程度越剧烈；当蠕变应力处于弹性阶段内，蠕变可使经历周期载荷煤样在强化到劣化之间存在时长不超过16h，在高应力区间内劣化作用才得到显著呈现；循环加卸载后期，加卸载变形模量随循环次数剧烈波动，不可逆形变稳定增加，预示煤样处于即将失稳破坏的“临界点”。基于损伤力学理论创建了蠕变与循环载荷叠加作用损伤演化模型，结合试验结果发现长时蠕变后的煤样因内部劣化程度较高，储存的能量较少，应力释放有所缓和，突变失稳现象不明显；煤样储能能力的大小在蠕变损伤时长方面同样存在“临界点”，较长的蠕变损伤时长可使试样存储的可释放弹性能减小，在一定程度上延缓了弹性能的释放，减小了发生动力灾害破坏的范围。研究成果将对减少遗煤长时蠕变诱冲灾害，提高采空区遗煤回采效率，推动矿区生态文明建设具有重要的工程意义。

关键词：蠕变循环载荷卸围压损伤煤岩非线性劣化

浅埋煤层开采覆岩“梯形”破断参数与裂隙演化分析

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河南理工大学学报（自然科学版） 2024年第3期43卷 50-59页

作者：王朋李瑞程志恒孔德中陈昊熠张宏图贵州大学矿业学院贵州贵阳550025 陕西省神木市能源局陕西神木719300 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083 华北科技学院矿山安全学院河北燕郊101601 煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室北京102209 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000

目的为了探究浅埋煤层开采覆岩“梯形”破断参数与裂隙演化规律间的关联机制,并量化表征覆岩垮落、裂隙分布特征,方法以崖窑峁煤矿为研究对象,采用理论分析、物理相似模拟、数值模拟、现场实测相结合的方法,分析覆岩垮落空间分布形态,... 详细信息

目的为了探究浅埋煤层开采覆岩“梯形”破断参数与裂隙演化规律间的关联机制,并量化表征覆岩垮落、裂隙分布特征,方法以崖窑峁煤矿为研究对象,采用理论分析、物理相似模拟、数值模拟、现场实测相结合的方法,分析覆岩垮落空间分布形态,并量化表征上覆岩层垮落“梯形”的分布参数。结果结果表明:上覆岩层受煤层开采扰动影响,沿两侧破断线整体呈“梯形”形态,由于破断角φ,γ不同,故覆岩采动裂隙在空间上呈非对称“斜四边形”裂隙发育体的展布形态,结论基于理论计算得出崖窑峁矿业30204工作面覆岩垮落分布形态,覆岩垮落两侧破断角开切巷处破断角φ∈[58.7°,68.7°],采煤机机头处破断角γ∈[60.8°,67.8°],并根据破断角公式进一步计算,得出开切巷处覆岩垮落长度Lφj=11.5 m;采煤机机头处覆岩垮落长度Lγj=10.4 m。依据现场30204工作面3-1煤层顶板垮落实际监测数据,得出上覆岩层垮落的最佳高度为11~30 m,裂隙发育最佳宽度在距离工作面开切巷5 m和采煤机机头5 m范围内。

关键词：浅埋煤层破断参数覆岩垮落数值模拟相似模拟现场实测

浅埋煤层开采覆岩“梯形”破断参数及裂隙演化分析

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河南理工大学学报(自然科学版) 2024年

作者：王朋李瑞程志恒孔德中陈昊熠张宏图中国矿业大学(北京)能源与矿业学院煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室河南理工大学安全科学与工程学院华北科技学院矿山安全学院贵州大学矿业学院北京科技大学土木与资源工程学院神木市能源局

目的为了探究浅埋煤层开采覆岩“梯形”破断参数及裂隙演化规律之间的关联机制，并量化表征覆岩垮落、裂隙分布特征，方法以崖窑峁煤矿为研究对象，采用理论分析、物理相似模拟、数值模拟、现场实测相结合的研究手段，分析了覆岩垮落... 详细信息

目的为了探究浅埋煤层开采覆岩“梯形”破断参数及裂隙演化规律之间的关联机制，并量化表征覆岩垮落、裂隙分布特征，方法以崖窑峁煤矿为研究对象，采用理论分析、物理相似模拟、数值模拟、现场实测相结合的研究手段，分析了覆岩垮落空间分布形态并量化表征了上覆岩层垮落“梯形”的分布参数，得出了上覆岩层垮落后呈现“非对称斜四边”型，结果结果表明：上覆岩层受煤层开采的扰动影响，沿两侧破断线整体呈现“梯形”形态，由于破断角f，g不同，故覆岩采动裂隙在空间上呈现“非对称斜四边”型裂隙发育体的展布形态，结论基于理论计算得出崖窑峁矿业30204工作面研究覆岩垮落分布形态，覆岩垮落两侧破断角开切眼处破断角f∈[58.7°,68.7°)，采煤机机头处破断角g∈(60.8°,67.8°]，并根据破断角公式进一步计算得出了开切眼处覆岩垮落长度Lfj=11.5m;采煤机机头处覆岩垮落长度Lgj=10.4m。依据现场实测，30204工作面3-1煤层顶板垮落监测数据得出了上覆岩层垮落的最佳高度，为11～30m，裂隙发育最佳宽度在距离工作面开切巷5 m及采煤机机头5 m范围内。

关键词：浅埋煤层破断参数覆岩垮落数值模拟相似模拟现场实测

爆炸冲击波和爆生气体的动态作用演化机制的实验与数值分析

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煤炭学报 2024年第S1期49卷 248-260页

作者：王雁冰孔维文左进京李林青吴宝杨陶志刚国家能源集团煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院北京科技大学土木与资源工程学院

在岩石爆破过程中，爆炸冲击波和爆生气体的波动机理尚不清楚。通过高速纹影系统和超压测试系统并结合AUTODYN数值模拟分析，对爆炸冲击波和爆生气体的波动机理开展研究。设计了不同炸药类型和装药结构下的5种药包，通过纹影照片直观地... 详细信息

在岩石爆破过程中，爆炸冲击波和爆生气体的波动机理尚不清楚。通过高速纹影系统和超压测试系统并结合AUTODYN数值模拟分析，对爆炸冲击波和爆生气体的波动机理开展研究。设计了不同炸药类型和装药结构下的5种药包，通过纹影照片直观地显示爆生产物的动态作用演化过程。对比分析5种情况下爆炸冲击波和爆生气体在流场中的波动变化，将数值模拟结果与纹影实验结果进行对比并反演了炸药内部爆轰波动过程。结果表明：爆炸冲击波与爆生气体一开始伴随扩展，并以起爆点为中心向外以球形传播。在传播过程中，爆炸冲击波与爆生气体逐渐分离，爆炸冲击波传播速度大于爆生气体的传播速度。在不同的装药结构情况下，爆炸冲击波和爆生气体的分离特征不同，分离的时间随药包外壳约束作用的增强而缩短。在不同的炸药类型情况下，爆炸冲击波和爆生气体的波动形态基本相同，但因炸药材料本身物理力学参数不同，所以爆炸冲击波和爆生气体传播过程中的速度和压力变化会有差异。当存在切口时，爆炸冲击波和爆生气体会优先从切口处向外传播，然后向其他方向进行绕流，切口方向的压力和速度都会变大，切口方向能量集中且管壁优先破坏，达到定向破坏的效果。数值模拟中爆炸冲击波和爆生气体的波动变化形态与纹影实验结果在形态上较为吻合。

关键词：爆炸冲击波爆生气体高速纹影动态演化 AUTODYN

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煤岩孔裂隙结构特征对其损伤演化规律影响研究

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煤炭科学技术 2024年

作者：赵怡晴秦文静金爱兵曹志国刘金博秦琨北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京科技大学土木与资源工程学院煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室

煤岩孔裂隙发育扩展是造成煤岩损伤，从而导致瓦斯突出、冲击地压、煤柱失稳等矿山灾害的主要原因，探究煤岩压裂过程中裂隙破裂演化规律及煤岩损伤演化规律是预测煤岩动力灾害的前提。裂隙倾角分布、孔隙率为影响煤岩裂隙破裂规律的重... 详细信息

煤岩孔裂隙发育扩展是造成煤岩损伤，从而导致瓦斯突出、冲击地压、煤柱失稳等矿山灾害的主要原因，探究煤岩压裂过程中裂隙破裂演化规律及煤岩损伤演化规律是预测煤岩动力灾害的前提。裂隙倾角分布、孔隙率为影响煤岩裂隙破裂规律的重要因素，本文采用单轴压缩、CT电子扫描和核磁共振试验对煤岩力学性能和孔裂隙结构进行分析，通过煤岩裂隙分形维数和裂隙倾角分布特征，表征煤岩内部裂隙结构；同时结合数值模拟对不同裂隙倾角煤岩裂隙扩展和损伤演化规律进行分析。研究结果表明：(1)裂隙倾角分布特征为影响煤岩力学特性的主要因素，孔隙率为影响煤岩力学性质的次要因素。(2) 结合室内试验和数值模拟，单一裂隙煤岩抗压强度高于复杂裂隙煤岩抗压强度；且当煤岩裂隙倾角以单一裂隙为主时，急倾煤岩抗压强度＞缓倾煤岩抗压强度＞倾斜煤岩抗压强度。(3) 单一裂隙煤岩相较于复杂裂隙煤岩，复杂程度较低，煤岩初始损伤较低，在裂纹加速扩展阶段，储存的应变能急速剧烈释放，宏观表现为破碎程度较高的剪切破坏。(4) 基于裂隙发育数量建立包含峰后阶段的煤岩损伤变量，煤岩损伤演化过程呈指数型增长，分为近似无损、初始损伤、损伤稳定发展阶段、损伤加速发育阶段、残余损伤阶段，该损伤规律可为矿山灾害预测提供理论支撑。

关键词：煤岩孔裂隙结构破裂裂隙复杂度损伤演化

基于3D打印的粗糙结构面模型表征及渗流特性试验研究

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岩土力学 2024年第3期45卷 725-736页

作者：王培涛黄浩张博王路军杨毅北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 国能神东煤炭集团有限责任公司煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室北京102201 北京低碳清洁能源研究院北京100011 核工业北京地质研究院北京100029

基于Weierstrass-Mandelbrot(W-M)分形函数开展三维粗糙结构面表征,讨论了W-M典型几何参数对三维曲面形态影响,分析确定对应于典型Barton节理JRC轮廓线的二维与三维W-M几何参数。基于自主设计结构面渗流测试系统,结合3D打印开展不同分... 详细信息

基于Weierstrass-Mandelbrot(W-M)分形函数开展三维粗糙结构面表征,讨论了W-M典型几何参数对三维曲面形态影响,分析确定对应于典型Barton节理JRC轮廓线的二维与三维W-M几何参数。基于自主设计结构面渗流测试系统,结合3D打印开展不同分形参数和开度的裂隙渗流试验,试验结果表明:随着水力梯度和粗糙度的增加,流体的流动表现出明显的非线性,Forchheimer方程的系数A与B都随着裂隙粗糙度的增加而增大,随着裂隙开度的增加而减小;随着裂隙粗糙度的增加,临界雷诺系数Rec趋于减小,说明流体流动趋于非达西流动。光滑表面流体的流场流速比较均匀;粗糙裂隙表面流场更加复杂,整个粗糙面上存在多个高流速区域和低流速区域。研究成果可为裂隙渗流特性研究提供了可靠的分析方法和模型。

关键词：岩石裂隙渗流试验分形维数粗糙度 3D打印

单一粗颗粒影响下的松动体形态演化特征试验研究

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中南大学学报（自然科学版） 2023年第4期54卷 1531-1542页

作者：金爱兵尹泽松孙浩贾俊泽韦立昌煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室北京100011 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

在崩落矿岩颗粒流动过程中,粗颗粒的存在会影响散体的运移特性和规律。针对现有放矿研究中未充分考虑粗颗粒影响的问题,基于自主设计的矿岩颗粒体系非接触式放矿监测与分析系统开展一系列放矿试验,对比手动圈绘与Image Pro Plus(简称IPP... 详细信息

在崩落矿岩颗粒流动过程中,粗颗粒的存在会影响散体的运移特性和规律。针对现有放矿研究中未充分考虑粗颗粒影响的问题,基于自主设计的矿岩颗粒体系非接触式放矿监测与分析系统开展一系列放矿试验,对比手动圈绘与Image Pro Plus(简称IPP)软件圈绘这2种方式所得松动体(IMZ)形态及松动体高度与最大半径的关系,从定性和定量两个方面验证IPP圈绘在放矿试验中的可靠性,并探究粗颗粒对松动体形态及其四周细颗粒运移特性的影响。研究结果表明:IPP软件可更高效、便捷地自动圈绘松动体。粗颗粒会对四周局部细颗粒位移产生显著影响,且相较于上方细颗粒,粗颗粒对下方细颗粒的影响更大。当松动体经过粗颗粒时,粗颗粒上方局部区域颗粒位移由幂律分布转变为Logistic分布,粗颗粒下方局域区域颗粒位移由幂律分布转变为波动的无规律分布。单个粗颗粒会对松动体局部形态产生显著影响。当松动体边界经过粗颗粒时,松动体局部形态出现凹陷及不连续弯曲现象。当模型中普通颗粒粒径为3~8 mm时,粗细颗粒粒径比dc/df大于6.0的粗颗粒会引起松动体的形态发生变化。粗颗粒的存在会提高四周细颗粒达到放矿口的速度,其上、下方局部区域分别有17.02%和31.42%的颗粒提前达到放矿口。

关键词：粗颗粒放矿模型试验松动体运移特性图像识别