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采矿工程专业弹性力学课程教学现状及改革措施——以内蒙古科技大学矿业与煤炭学院为例

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内蒙古教育 2020年第5期 127-128页

作者：段会强内蒙古科技大学

弹性力学是采矿工程专业本科生的必修基础课程,该课程理论性强,要求学生具备较好的数学功底,是一门非常有难度的课程。针对弹性力学教与学过程中存在的一些问题,笔者提出了几项教学方法和措施,以供相关工作者参考。

关键词：采矿工程弹性力学教学改革教学方法

煤岩组合体峰后卸加载力学特性及支护作用机理

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采矿与安全工程学报 2024年第2期41卷 372-383页

作者：段会强王超孙明内蒙古科技大学矿业与煤炭学院内蒙古包头014010

为深入研究煤岩组合体的峰后卸加载力学特性,采用PFC(Particle Flow Code)数值模拟软件对其进行了模拟试验,分析了不同卸载应力水平、卸载速率和支护方案对其强度、弹性模量、峰值轴向应变、冲击能量指数及声发射等特征的影响。结果表明... 详细信息

为深入研究煤岩组合体的峰后卸加载力学特性,采用PFC(Particle Flow Code)数值模拟软件对其进行了模拟试验,分析了不同卸载应力水平、卸载速率和支护方案对其强度、弹性模量、峰值轴向应变、冲击能量指数及声发射等特征的影响。结果表明:煤岩组合体在峰后阶段已经产生损伤,其峰后卸加载强度、弹性模量、冲击能量指数和最大声发射撞击计数均低于峰前常规单轴压缩的结果。在相同的卸载速率下,峰后卸载应力水平越高,煤岩组合体峰后卸加载强度越高。卸载速率对煤岩组合体峰后卸加载有整体强化和局部弱化两方面的作用。在相同峰后卸载应力水平条件下,随卸载速率的增加,煤岩组合体峰后卸加载强度呈“先增大、后减小”的演化特征。支护能够显著提高破碎煤岩组合体的强度和弹性模量,但只有稳定的支护方式才能够有效降低其冲击能量指数。为提高破碎煤岩体的稳定性和降低冲击风险,应当选择具有高强度、高可靠性和大变形能力的支护系统并增加护表面积。工程示例证明研究成果对现场工程实践具有指导意义。

关键词：煤岩组合体峰后力学特性声发射支护

重复采动巷道围岩塑性区叠加扩展形态特征及量化判别方法

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中国矿业大学学报 2024年第1期53卷 46-58,105页

作者：吴祥业王婧雅郭晓菲王二雨曹健庞政内蒙古科技大学矿业与煤炭学院内蒙古包头014010 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083

重复采动巷道围岩破坏问题一直是矿业学科研究的中心问题,其研究关键在于2种应力叠加影响前后巷道围岩塑性区形态间关系.为研究巷道围岩塑性区叠加扩展形态问题,综合运用数值模拟试验及理论分析的方法,研究不同形态塑性区叠加扩展规律... 详细信息

重复采动巷道围岩破坏问题一直是矿业学科研究的中心问题,其研究关键在于2种应力叠加影响前后巷道围岩塑性区形态间关系.为研究巷道围岩塑性区叠加扩展形态问题,综合运用数值模拟试验及理论分析的方法,研究不同形态塑性区叠加扩展规律及形态扩展机理,提出叠加塑性区形态量化判别准则,建立以叠加塑性区形态扩展规律及判别准则为依据的叠加塑性区判别方法流程.结果表明:1)巷道围岩叠加塑性区可看作一次塑性区与二次塑性区形态的叠加;当二次塑性区呈蝶形时,蝶叶位置扩展存在不稳定性.2)揭示叠加塑性区形态扩展机理:一次偏应力产生的前态塑性区存在不可逆性,叠加二次应力后产生的后态塑性区是在已破坏围岩基础上的再破坏形式,叠加前后偏应力大小决定后态塑性区形态;不同主应力角度叠加塑性区扩展偏转位置取决于主应力偏转角.3)提出围岩叠加塑性区形态量化判别公式及判定准则,通过叠加塑性区形态系数量化判别叠加塑性区形态.4)建立叠加塑性区形态量化判别方法流程,并通过采场模型及平面模型联合分析,完善重复采动前后围岩塑性区形成扩展过程,为重复采动巷道围岩稳定性控制提供更加准确的理论依据,并通过工程实例对该方法可靠性进行验证.

关键词：采动应力巷道围岩蝶形塑性区形态系数量化判别

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不同浸水率煤矸石浸水复干氧化特性研究

煤炭科学技术 2024年第S1期52卷 107-115页

作者：周琛鸿李绪萍张靖任晓鹏姚佳楠李直李天宇内蒙古科技大学矿业与煤炭学院内蒙古包头014010 内蒙古大学生态与环境学院内蒙古呼和浩特010021

露天堆积的煤矸石受雨水浸泡发生变化,在不同降水量区域表现出具有差异性的自燃倾向。为了研究水分对煤矸石氧化自燃的作用和影响,采用内蒙古棋盘井地区易自燃中高硫煤矸石进行研究。首先,对煤矸石进行不同浸水率(0、15%、30%、50%、10... 详细信息

露天堆积的煤矸石受雨水浸泡发生变化,在不同降水量区域表现出具有差异性的自燃倾向。为了研究水分对煤矸石氧化自燃的作用和影响,采用内蒙古棋盘井地区易自燃中高硫煤矸石进行研究。首先,对煤矸石进行不同浸水率(0、15%、30%、50%、100%)的浸泡试验,浸泡45 d后对煤矸石进行自然风干;将干燥后的矸石样品放入自制程序升温试验炉进行升温试验(升温速率设置为3℃/min,升温范围设置为30~390℃),使用集气袋收集煤矸石在各阶段温度点的气体(以每升高15℃为1个阶段),最后将采集气体通入GC-4000A型气相色谱仪。通过对比煤矸石在不同浸水率处理后的O_(2)消耗及CO、CH_(4)、C_(2)H_(4)、C_(2)H_(6)等指标气体生成的体积分数变化,结果表明:煤矸石在浸水率为15%时的低温氧化特性最佳,CO、CH_(4)、C_(2)H_(4)、C_(2)H_(6)等指标气体初始生成温度最低,当温度在390℃时产生各类指标气体体积分数最大;当浸水率超过50%时,在水分的溶解作用下,煤矸石中大量可燃物质被水分携带逸散,导致该浸水率煤矸石升温至390℃时生成的各类指标气体体积分数显著降低,甚至低于未经过浸水复干处理的对照试验组;煤矸石在水分的浸泡作用下,生成各类指标气体的初始温度点均降低约15℃。

关键词：水浸干燥煤矸石氧化自燃程序升温指标气体

基于最小分支剩余容量的矿井通风网络极值流算法

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辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2024年第2期43卷 150-155页

作者：贾廷贵韦永盛内蒙古科技大学矿业与煤炭学院内蒙古包头014010

为计算矿井最大通风量,针对最短增广链算法随机选取增广链,造成增广链缺失和极值流偏小的问题,提出一种基于最小分支剩余容量的矿井通风网络极值流算法。该算法在选取增广链时,选择中间分支剩余容量最小的增广链进行增广;每次增广完毕后... 详细信息

为计算矿井最大通风量,针对最短增广链算法随机选取增广链,造成增广链缺失和极值流偏小的问题,提出一种基于最小分支剩余容量的矿井通风网络极值流算法。该算法在选取增广链时,选择中间分支剩余容量最小的增广链进行增广;每次增广完毕后,优先选择与增广完毕的增广链包含相同分支的增广链进行下一次增广。利用Excel Solver解算模型与BA无标度随机网络进行仿真实验,结果表明该算法比最短增广链算法解算时间短,且避免了增广链缺失。研究结论为矿井最大通风量的计算提供理论参考。

关键词：矿井通风网络极值流增广链最小分支剩余容量分层剩余网络

Ca^(2+)影响辛基异羟肟酸浮选独居石的FTIR、XPS研究

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光谱学与光谱分析 2024年第10期44卷 2959-2967页

作者：刘荣祥杨占峰李解曹钊李强李计川内蒙古科技大学矿业与煤炭学院内蒙古包头014010 包头稀土研究院内蒙古包头014060 内蒙古科技大学稀土产业学院内蒙古包头014010

独居石浮选体系中往往有方解石、萤石、白云石等大量的伴生矿,而这些伴生矿在独居石矿中会解离出大量的Ca^(2+),而Ca^(2+)往往会影响矿浆浮选环境。为此,通过Ca^(2+)的溶液化学计算、独居石浮选试验,以及浮选条件下作用的独居石表面红... 详细信息

独居石浮选体系中往往有方解石、萤石、白云石等大量的伴生矿,而这些伴生矿在独居石矿中会解离出大量的Ca^(2+),而Ca^(2+)往往会影响矿浆浮选环境。为此,通过Ca^(2+)的溶液化学计算、独居石浮选试验,以及浮选条件下作用的独居石表面红外光谱分析(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS),分析研究Ca^(2+)的影响。Ca^(2+)的溶液化学计算显示,在水溶液中,随着pH值的升高,Ca^(2+)分别以离子态、羟基络合物和氢氧化合物的形式存在,当pH值在7~8之间,优势组分为Ca^(2+)和Ca(OH)^(+)。独居石浮选结果表明,不添加Ca^(2+)时,捕收剂OHA不能充分的浮选独居石,回收率为75.37%;而在pH为8±0.5,加入3×10^(-4)mol·L^(-1)的Ca^(2+)剂量,可显著的提高OHA对独居石的浮选性能,回收率达到96.48%。由溶液化学计算可知,Ca(OH)+是活化独居石的优势组分;Ca^(2+)剂量大于3×10^(-4)mol·L^(-1)时浮选回收率下降幅度较大,说明Ca^(2+)剂量的进一步增加,反而抑制独居石浮选,只有一定剂量的Ca^(2+)有效的促进独居石浮选,这可能归因于Ca^(2+)剂量消耗了OHA的浓度,进而影响独居石的浮选。红外光谱分析表明,在Ca^(2+)的作用下,光谱中出现两个关键性的新峰,其一为1454 cm^(-1)处的N—O—H弯曲振动峰,其二为880 cm^(-1)处的O—N拉伸振动峰,而在2974和2928 cm^(-1)的有机峰—CH_(3)和—CH_(2)—峰明显增强,这些基团的出现表明发生了化学吸附且吸附强度大于纯独居石吸附OHA的效果。XPS分析表明,仅使用OHA吸附独居石,独居石表面的N元素相对含量较低,为0.61%,而Ca^(2+)处理后的独居石,OHA吸附独居石时,独居石表面的N元素相对含量较高,达到2.36,由此可以得出,Ca^(2+)会促进OHA吸附到独居石表面。从分峰拟合中可以看出,添加Ca^(2+)在独居石的解理面上氧原子与Ca(OH)^(+)反应形成O—Ca—OH基团,可以作为吸附OHA的新吸附位点,同时独居石的铈原子与OHA上的两个氧原子形成五元螯合物也作吸附位点,得出独居石表面可以有两个吸附位点,独居石表面的Ca和Ce原子的活性位点都能吸附OHA,有利于OHA在独居石表面吸附,形成更均匀更致密的OHA疏水吸附层,这就是Ca^(2+)在OHA浮选独居石的性能得到改善的原因。这项研究有助于丰富矿浆中金属离子的活化理论,也证实了有效的矿物浮选分离不仅仅依赖于捕收剂-矿物相互作用的强度,而在很大程度上依赖于浮选溶液的化学性质。利用或者控制表面反应是开发一种更高效、更经济的浮选工艺的主要技术手段。

关键词：独居石浮选辛基异羟肟酸钙离子红外光谱分峰拟合

光谱技术用于泥炭甲烷发酵残渣腐植酸的影响研究

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光谱学与光谱分析 2024年第4期44卷 1025-1030页

作者：路亚楠马力通李丽萍李冉冉邓雅卉内蒙古科技大学化学与化工学院内蒙古包头014010 生物煤化工综合利用内蒙古自治区工程研究中心内蒙古包头014010 内蒙古科技大学低阶煤炭碳中和实验室内蒙古包头014010

生物甲烷化可能是泥炭低碳转化最有利的方法,为探索泥炭甲烷发酵残渣再利用提取腐植酸,实现泥炭甲烷发酵耦合腐植酸提取新工艺,需要解析碱液对甲烷发酵残渣腐植酸得率、纯度、结构的影响。以草本泥炭为原料,先进行氢氧化钠预处理再甲烷... 详细信息

生物甲烷化可能是泥炭低碳转化最有利的方法,为探索泥炭甲烷发酵残渣再利用提取腐植酸,实现泥炭甲烷发酵耦合腐植酸提取新工艺,需要解析碱液对甲烷发酵残渣腐植酸得率、纯度、结构的影响。以草本泥炭为原料,先进行氢氧化钠预处理再甲烷发酵,残渣采用碱溶酸析法提取腐植酸,分别采用氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂和焦磷酸钠萃取,对得到的腐植酸样品进行产率、纯度分析和紫外-可见光谱、红外光谱、荧光光谱表征。结果表明,不同萃取剂萃取、氢氧化钠预处理甲烷发酵均对泥炭腐植酸产率、纯度、结构有明显影响。氢氧化锂萃取氢氧化钠预处理甲烷发酵与对照组残渣腐植酸产率、纯度均最高,产率分别达43.59%、41.07%、纯度分别是70.4%、70.6%。焦磷酸钠萃取泥炭腐植酸中羟基、甲基、亚甲基、醚键含量较多,芳构化程度较低;氢氧化钠萃取泥炭腐植酸酮、醛、羧酸和苯环等结构含量丰富,芳构化程度较高。氢氧化钠预处理甲烷发酵残渣腐植酸羟基、甲基、亚甲基、醚键含量均降低,羰基、苯环含量较高,芳构化程度增大。甲烷发酵残渣提取泥炭腐植酸的变化特征研究表明,氢氧化钠预处理甲烷发酵对碱溶酸析法提取泥炭腐植酸的结构有明显影响,泥炭甲烷发酵残渣再利用提取腐植酸工艺可行。

关键词：泥炭残渣再利用腐植酸甲烷发酵碱液

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不同变质程度烟煤的自燃特性研究

煤矿安全 2024年第2期55卷 87-98页

作者：贾廷贵张智超郝长胜内蒙古科技大学矿业与煤炭学院内蒙古包头014010

为了研究不同变质程度烟煤的自燃特性变化,根据变质程度由低到高顺序,选用4种不同变质程度烟煤:宁夏灵武不黏煤、宁夏灵武气煤、山西霍州1/3焦煤以及辽宁沈阳瘦煤,分别开展液氮吸附实验、傅里叶红外光谱实验以及TG-DSC同步热分析实验。... 详细信息

为了研究不同变质程度烟煤的自燃特性变化,根据变质程度由低到高顺序,选用4种不同变质程度烟煤:宁夏灵武不黏煤、宁夏灵武气煤、山西霍州1/3焦煤以及辽宁沈阳瘦煤,分别开展液氮吸附实验、傅里叶红外光谱实验以及TG-DSC同步热分析实验。结果表明:随着变质程度的升高,烟煤的内部孔隙的比表面积逐渐增加,孔容积变化趋势与之相同;煤样中的活性官能团比重逐渐减小,化学性质相对稳定的官能团比重逐渐增加;烟煤的临界温度T1与着火点温度T4随着变质程度的加深而逐渐升高,煤样燃烧阶段的放热量逐渐减小。综上所述,随着变质程度的升高,烟煤化学性质趋于稳定,愈发难以自燃;煤样中的活性官能团的影响程度要比孔隙结构的影响程度要大。

关键词：煤自燃 TG-DSC 自燃特性 BET比表面积放热特性含氧官能团

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硬厚顶板破断结构演化及冲击危险区分析

煤矿安全 2024年第8期55卷 108-115页

作者：吕鹏飞崔学凯苗壮路康斌耿伊健内蒙古科技大学矿业与煤炭学院内蒙古包头014010

针对硬厚顶板破断及结构演化对工作面冲击显现的影响,以东滩煤矿63上05工作面硬厚顶板条件为背景,运用理论分析和数值模拟分析了硬厚顶板破断失稳的临界条件及其结构演化过程,并划分工作面冲击危险区域。结果表明:顶板厚度和强度与块体... 详细信息

针对硬厚顶板破断及结构演化对工作面冲击显现的影响,以东滩煤矿63上05工作面硬厚顶板条件为背景,运用理论分析和数值模拟分析了硬厚顶板破断失稳的临界条件及其结构演化过程,并划分工作面冲击危险区域。结果表明:顶板厚度和强度与块体破断时端部垂直载荷成正比,直接顶与基本顶的结构形态由“V”形演化成“U”形;顶板初次和周期跨落步距相较于常规情况明显增大,且基本顶结构演化较直接顶具有迟滞性;顶板垂直应力以应力拱形式演化,开采过程中在采空区中形成多处应力集中。基于研究结果,划分63上05工作面冲击危险区域并利用微震监测技术验证准确性。

关键词：冲击地压硬厚顶板顶板结构覆岩破断危险区划分