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膏体充填体假顶稳定性尖点突变分析

采矿与安全工程学报 2024年第4期41卷 741-748页

作者：鲜旭红常庆粮张彪甘肃能化股份有限公司窑街煤电集团有限公司甘肃兰州730080 中国矿业大学矿业工程学院深部煤炭资源开采教育部重点实验室江苏徐州221116

针对窑街三矿“三下”厚煤层压覆资源的安全开采问题,采用了下行分层膏体充填开采方法,通过构建膏体充填体假顶力学计算模型,得到了其厚度与极限强度关系式。利用尖点突变理论的势函数,推导了充填体假顶总势能,探究了充填假定的稳定性... 详细信息

针对窑街三矿“三下”厚煤层压覆资源的安全开采问题,采用了下行分层膏体充填开采方法,通过构建膏体充填体假顶力学计算模型,得到了其厚度与极限强度关系式。利用尖点突变理论的势函数,推导了充填体假顶总势能,探究了充填假定的稳定性。采用FLAC3D数值计算软件,建立了下行分层膏体充填开采数值计算模型,研究了充填体假顶的移动变形特征。研究结果表明:充填体假顶的极限强度与其厚度呈幂函数负相关。充填体假顶厚度为3.2 m时,其极限强度为4.9 MPa,当充填体假顶厚度大于3.2 m后,其极限强度逐渐稳定于2.9 MPa。充填体假顶的总势能满足失稳判别式Δ≥0,不会发生突变失稳破坏。充填体假顶与下分层充填体的最大主应力均为1~2 MPa,小于其极限承载的抗压强度,且塑性区出现在下分层充填体层位,充填体假顶未发生剪切或拉伸破坏,所受的拉应力稳定于0.65 MPa,远小于充填体的许用拉应力。现场实测表明:下分层充填开采时,充填体假顶下沉量与上、下分层充填体的压缩量累计仅为75 mm。因此,在上分层充填体假顶的基础上开采下分层,充填体假顶能够承受上部围岩所施加的覆岩荷载,保证其自身稳定性,不会发生破断失稳,从而保证窑街三矿“三下”厚煤层压覆资源的安全开采。

关键词：厚煤层开采膏体充填分层开采数值模拟充填体假顶

粉末压片-能量色散X射线荧光光谱法测定粗制氢氧化钴中钴铜铁锰钙镁铝

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冶金分析 2024年第3期44卷 30-35页

作者：兰福荫蒙文飞刘杰周宽达陆智国华刚矿业股份有限公司北京100039

粗制氢氧化钴的主要化学成分为钴、铜、铁、锰、钙、镁、铝,其含量是判定粗制氢氧化钴品级的决定性指标。采用能量色散X射线荧光光谱法(ED-XRF)替代化学湿法测定粗制氢氧化钴中钴、铜、铁、锰、钙、镁、铝的含量,可缩短分析周期,实现各... 详细信息

粗制氢氧化钴的主要化学成分为钴、铜、铁、锰、钙、镁、铝,其含量是判定粗制氢氧化钴品级的决定性指标。采用能量色散X射线荧光光谱法(ED-XRF)替代化学湿法测定粗制氢氧化钴中钴、铜、铁、锰、钙、镁、铝的含量,可缩短分析周期,实现各元素的同时、快速测定。实验采用粉末压片法制样,将样品研磨至74μm,以硼酸为粘结剂垫底镶边,在15 t的压力下保压10 s,压制成光滑平整的样片。搜集16个各元素含量具有一定梯度,能覆盖粗制氢氧化钴中各元素含量范围,且由行业标准YS/T 1157—2016定值的粗制氢氧化钴生产样品作为校准样品系列制作校准曲线,并采用经验系数法进行基体校正,建立了能量色散X射线荧光光谱测定粗制氢氧化钴中钴、铜、铁、锰、钙、镁、铝的方法。各元素校准曲线的线性相关系数均大于0.998,方法检出限为0.0014%~0.093%。按照实验方法对同一氢氧化钴样品进行精密度测试,各元素测定结果的相对标准偏差(RSD,n=11)为0.11%~3.9%,另选取4个非校准系列中的粗制氢氧化钴生产样品,分别按照实验方法和行业标准YS/T 1157—2016进行测定,两种方法的差值均满足行业标准YS/T 1157—2016中规定的再现性限要求。

关键词：能量色散X射线荧光光谱法(ED-XRF) 粉末压片粗制氢氧化钴

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电阻燃烧-红外吸收法测定阴极铜中微量硫

冶金分析 2024年第2期44卷 71-76页

作者：蒙文飞刘杰兰福荫陆智国李首刚周宽达华刚矿业股份有限公司北京100010

阴极铜中硫的含量对铜的电导率、热导率和塑性加工性能有显著影响,因此,其含量的准确测定有重要意义。选择阴极铜光谱与化学标准样品GSB 04-2554-2010系列,以及由这些标准样品混合配制而成的自制参考样品组成硫含量呈一定梯度且有足够... 详细信息

阴极铜中硫的含量对铜的电导率、热导率和塑性加工性能有显著影响,因此,其含量的准确测定有重要意义。选择阴极铜光谱与化学标准样品GSB 04-2554-2010系列,以及由这些标准样品混合配制而成的自制参考样品组成硫含量呈一定梯度且有足够宽跨度的校准样品系列绘制校准曲线,以校准曲线与日校正因子相结合的模式计算未知样品结果,实现了电阻燃烧-红外吸收法对阴极铜中微量硫的测定。对称样量、燃烧温度、积分时间等条件进行了优化,确定称取1.00 g样品,控制燃烧温度和积分时间分别为1 200℃和150 s。对标准样品中硫的释放曲线有拖尾及异常偏高的情况进行分析,结果表明,该现象可能是由空气中的水分引起的,因此选择在测定前加上无水高氯酸镁净化柱以干燥燃烧混合气。氧气流量对测定的干扰影响显著,试验对其优化确定选用氧气流量为2.3 L/min。考察了未经处理和经过处理的瓷舟空白值,结果表明,瓷舟经过处理后能显著降低其空白值,因此选择将瓷舟置于20%盐酸(体积分数)中浸泡过夜,然后于1 200℃马弗炉中煅烧2 h的方式进行处理。在选定的仪器条件下测定校准样品系列,以硫质量为横坐标,其对应的积分面积为纵坐标绘制校准曲线,校准曲线的相关系数为0.999 9,方法检出限和定量限分别为0.1和0.3μg/g。按照实验方法对阴极铜标准样品及不同硫含量水平的生产样品中硫平行测定11次,结果表明,对于标准样品,测定值与标准值一致,相对标准偏差(RSD,n=11)小于2.0%;对于生产样品,实验方法测定值与国家标准GB/T 467—2010中的高频燃烧红外吸收法或燃烧碘量法相吻合,相对标准偏差(RSD,n=11)在1.6%~5.3%之间。

关键词：电阻燃烧红外吸收法阴极铜硫

西部矿区地下水系统水化学过程及其采动激发效应

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煤炭学报 2024年第6期49卷 2769-2784页

作者：梅傲霜曾一凡武强刘志超苗彦平王嗣桐崔雅帅魏华铭任帅锋杨磊中国矿业大学(北京)国家煤矿水害防治工程技术研究中心北京100083 鄂尔多斯市国能神东监理有限责任公司内蒙古鄂尔多斯017000 陕煤集团神木红柳林矿业有限公司陕西神木719300 陕西陕煤曹家滩矿业有限公司陕西榆林719000 矿山水害防治国家矿山安全监察局重点实验室北京100083 矿业大学(北京)内蒙古研究院内蒙古鄂尔多斯017000

煤炭资源开采会破坏含水层结构,扰动地下水系统,产生新的水循环模式。作为煤炭保供生产重心的西部矿区,高强度、规模化的开采加剧了这一扰动,使水岩作用等水化学过程更加剧烈。其背后所蕴含的地下水系统水化学的煤矿开采激发效应,是关... 详细信息

煤炭资源开采会破坏含水层结构,扰动地下水系统,产生新的水循环模式。作为煤炭保供生产重心的西部矿区,高强度、规模化的开采加剧了这一扰动,使水岩作用等水化学过程更加剧烈。其背后所蕴含的地下水系统水化学的煤矿开采激发效应,是关系到煤矿安全开采预测预报精度,以及绿色开采地下水环境保护的关键科学问题。鉴于此,以西部榆神矿区曹家滩煤矿为研究实例,利用水文地球化学的原理和方法,从“是什么”、“为什么”和“怎么变”的角度,开展激发效应结果、激发效应过程以及水化学演化趋势3个方面系统性的研究。结果发现:研究区的地下水可以被分为5个聚类,聚类1代表煤矿开采后井田西翼第四系与风化基岩含水层为主的浅层地下水,聚类2代表开采前后地下水的混合,聚类3代表开采前的地下水,聚类4和聚类5主要代表开采后的延安组地下水;煤矿开采后,直罗组、延安组第4段和第5段含水层水样中HCO_(3)–Ca和HCO_(3)–Mg占比上升,井田西翼开采后的浅层地下水水质整体最优,各含水层水质有向好演变的趋势且对煤矿开采的响应不敏感;研究区地下水整体受控于阳离子交替吸附作用,煤矿开采前延安组第4段及以上含水层地下水受控于碳酸盐岩和硅酸盐岩的溶解作用;煤矿开采后的井田西翼浅层地下水受控于碳酸盐岩的溶解作用,直罗组、延安组第4段和第5段含水层地下水主要受控于硅酸盐岩的溶解和FeS2的氧化作用,延安组第1~3段含水层地下水主要受控于蒸发盐的溶解作用;煤矿开采加速了地下水的循环速度、加强了含水层间的水力联系,由此产生的稀释作用与矿井水处理后综合利用的措施是延安组第4段及以上各含水层水化学特征和水质演化的原因;未来应当继续做好矿井水处理后综合利用的工作,并注意直罗组和延安组第5段地下水特征有向浅层地下水演变的趋势,避免今后的涌水水源结果产生误判。

关键词：地下水水化学自组织映射神经网络(SOM) 熵权水质指数(EWQI) 矿山复杂地下水系统榆神矿区侏罗纪煤田

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煤矿区绿色低碳评价指标构建及应用

煤炭科学技术 2024年第4期52卷 131-142页

作者：金向阳李杨于雷李要娜雷兴海王楠鄢明慈夏雪任玉琦中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083 中煤科工集团国际工程有限公司北京100013

煤矿矿区是煤炭生产的重要基地,对当地经济和能源供应具有重要意义。在我国能源开发和环境保护中,矿区规划占据着举足轻重的地位。随着全球能源格局的变化以及我国提出的“碳达峰、碳中和”战略目标,煤矿矿区的规划不再仅仅局限于资源... 详细信息

煤矿矿区是煤炭生产的重要基地,对当地经济和能源供应具有重要意义。在我国能源开发和环境保护中,矿区规划占据着举足轻重的地位。随着全球能源格局的变化以及我国提出的“碳达峰、碳中和”战略目标,煤矿矿区的规划不再仅仅局限于资源的开采,更要注重生态环境的保护与修复,以及矿区经济的可持续发展。因此,有必要将“双碳”规划的内容纳入到矿区总体规划中,以此来引导煤炭行业的可持续发展,并支持国家的“双碳”战略目标。为了进行矿区“双碳”规划,首先需要对矿区的碳排放现状进行详细评估,从而为“双碳”规划提供科学依据。以煤矿矿区为视角,提出了“三步法”构建评价指标,即综合分析法初选指标、社会网络分析法补充指标和模型法校核指标。该指标体系包含7项一级指标和36项二级指标,引入模糊变量隶属度函数,建立模型对二级评价指标量化计算,采用逐层模糊综合评价法,对矿区绿色低碳度进行评价。以宁夏积家井矿区为案例,应用本研究的评价体系进行实证分析。结果表明,积家井矿区在绿色低碳发展方面尚处于较低水平,但同时也显示出巨大的改善潜力。针对评价结果,提出矿区未来应当注重合理利用土地资源,加强土地复垦,强化生态重建与保护措施,为矿区的绿色低碳转型提供了可行的路径。

关键词：煤矿矿区碳排放绿色低碳评价指标模糊综合评价

深部坚硬顶板充填工作面支架–围岩耦合作用与支护参数优化

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岩石力学与工程学报 2024年

作者：李猛王兆会孙文超吴传平孙少龙曹鹏孙成磊中国矿业大学(北京)能源与矿业学院厚煤层绿色智能开采教育部工程研究中心冀中能源峰峰集团有限公司梧桐庄矿兖矿能源集团股份有限公司山东煤炭科技研究院分公司兖矿新疆矿业有限公司硫磺沟煤矿

充填开采是减缓采场矿压、岩层运动和地表沉陷程度的有效手段。为指导充填工作面支护参数选择，以古城煤矿1123工作面为工程背景，采用现场实测、室内实验、理论分析研究坚硬顶板厚顶煤充填工作面岩层运动特征，揭示厚顶煤充填工作面支... 详细信息

充填开采是减缓采场矿压、岩层运动和地表沉陷程度的有效手段。为指导充填工作面支护参数选择，以古城煤矿1123工作面为工程背景，采用现场实测、室内实验、理论分析研究坚硬顶板厚顶煤充填工作面岩层运动特征，揭示厚顶煤充填工作面支架–围岩耦合作用关系，提出厚顶煤充填工作面支护参数优化方法。结果表明：充填体支撑作用下覆岩采动裂隙最大发育高度位于坚硬顶板下缘，顶板微震事件数量少于底板岩层，最大发育高度30 m。顶板载荷时序曲线以降阻型为主，不存在周期变化特征，表明坚硬顶板呈现连续下沉特征；构建坚硬顶板运动模型，得到“?”形下沉曲线，发现当采空区充实率达到90%，坚硬顶板运动模式由周期断裂转变为连续下沉型；通过单轴和三轴压缩实验，结合CT扫描发现厚顶煤在采空区一侧失去限制后，内部裂隙扩展严重，碎胀系数大，降低了充填效率。提出了厚顶煤充填工作面支架阻力确定方法，从刚度耦合和强度耦合2个方面分析支架–围岩相互作用关系，考虑厚顶煤刚度和强度实现支架参数优化区识别，提出充填工作面支护参数优化原则：将支架阻力曲面划分为高敏感区和低敏感区，提出支架刚度应在高敏感区选择。支架初撑力下限为直接顶及厚顶煤载荷，上限值为厚顶煤残余强度。开展1123工作面支护参数优化工业试验，发现初撑力24 MPa超出支护强度上限，直接导致厚顶煤二次破碎，支架载荷时序曲线全程降阻；初撑力降至10 MPa，载荷时序曲线转变为全程增阻型，控顶区厚顶煤连续下沉，二次破碎和冒顶现象减少，显著提升充填开采效率。

关键词：充填开采坚硬顶板下沉曲线支架-围岩关系支护参数

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嵌入式智能分站技术在煤炭供电系统的应用

洁净煤技术 2024年第S1期 605-608页

作者：丁江明乔国强张宝鹏陕西小保当矿业有限公司

煤炭生产过程中，电路系统的稳定性和安全性对于企业正常生产和工人生命安全至关重要。传统供电系统控制方法存在一定安全隐患，如电路过载、设备短路等问题，不仅会导致经济损失，甚至可能危及工人生命安全。为解决这些问题，采用嵌入... 详细信息

煤炭生产过程中，电路系统的稳定性和安全性对于企业正常生产和工人生命安全至关重要。传统供电系统控制方法存在一定安全隐患，如电路过载、设备短路等问题，不仅会导致经济损失，甚至可能危及工人生命安全。为解决这些问题，采用嵌入式智能分站技术，能够实现对供电系统的有序控制，提高电路系统的稳定性和安全性。通过对井下供电系统实际运行情况进行模拟和分析，验证了基于嵌入式智能分站的供电系统的可行性和优越性。采用该技术可有效降低电路过载、设备短路等问题，减少经济损失，提高生产效率。同时，该技术还可有效保护工人生命安全，减少安全事故的发生，对于保障煤炭正常有序生产具有重要的意义。

关键词：嵌入式智能分站供电系统煤炭井下生产安全性电路过载与短路控制

基于CNN-LSTM的二阶段辊式淬火过程板形预测方法

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金属热处理 2024年第10期 295-300页

作者：刘艾张廷虎王忠亮鹤庆北衙矿业有限公司

钢板的板形是淬火过程的关键质量指标，针对钢板在淬火过程中板形预测的问题，提出一种基于卷积神经网络-长短时记忆网络(CNN-LSTM)的二阶段辊式淬火过程板形预测方法。该方法分为两个阶段，首先，利用CNN提取板形特征，捕捉板形的空间... 详细信息

钢板的板形是淬火过程的关键质量指标，针对钢板在淬火过程中板形预测的问题，提出一种基于卷积神经网络-长短时记忆网络(CNN-LSTM)的二阶段辊式淬火过程板形预测方法。该方法分为两个阶段，首先，利用CNN提取板形特征，捕捉板形的空间信息。其次，以淬火过程参数、历史板形特征为输入，采用LSTM建立板形预测模型。最后将两个阶段串联，使预测模型能够同时考虑板形的空间信息和时间信息。基于实际生产数据进行试验，其结果表明，预测误差的均方值从0.0471降低到了0.0264,即预测误差降低了43.9%,达到了提高板形预测精度的目标。

关键词：辊式淬火板形预测卷积神经网络长短时记忆网络

重载变速冲击工况下MoDDP/CaB复合润滑油添加剂的润滑性能

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中国表面工程 2024年第2期37卷 248-259页

作者：王小勇张慧峰郭佳毫姜宇姜雨辰陕西小保当矿业有限公司榆林719000 中煤科工机器人科技有限公司深圳518052 中国矿业大学机电工程学院徐州221116

为解决机械设备在恶劣工况下由润滑失效而导致的设备故障甚至安全生产事故问题,进一步提升机械设备的运行稳定性和安全性,研究纳米硼酸钙(CaB)和二烷基二硫代磷酸钼(MoDDP)单一润滑油添加剂和复合润滑油添加剂的减摩抗磨效果,并探究其... 详细信息

为解决机械设备在恶劣工况下由润滑失效而导致的设备故障甚至安全生产事故问题,进一步提升机械设备的运行稳定性和安全性,研究纳米硼酸钙(CaB)和二烷基二硫代磷酸钼(MoDDP)单一润滑油添加剂和复合润滑油添加剂的减摩抗磨效果,并探究其润滑作用机制。研究结果表明,重载、变速、冲击工况条件下1.5 wt.%MoDDP/3.0 wt.%CaB复合润滑油添加剂具有良好的减摩抗磨效果,与基础油相比,在不同转速下可最大降低65.1%的摩擦因数和80%的磨痕深度,施加50 N冲击载荷时,可分别降低66.7%的摩擦因数和76.5%的磨痕深度。MoDDP/CaB复合润滑油添加剂在润滑过程中能生成包含C-C、Fe_(2)O_(3)、FeB和MoS_(2)的金属化合物层,添加剂中的CaB和MoDDP能够相互促进彼此反应,增加FeB/MoS_(2)润滑膜的生成量,对比单一的添加剂和基础油,复合添加剂具有更好的自修复性能和协同功效,形成具有高承载力的润滑油膜,提高了复合润滑油的抗磨减摩性能。MoDDP/CaB复合润滑油添加剂的制备可以充分综合利用抗氧化剂与极压耐磨剂的稳定、优异润滑特性,研究结果可为复合添加剂的广泛应用提供数据支持和理论支撑。

关键词： MoDDP/CaB复合润滑油添加剂减摩抗磨变速、重载、冲击