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宁夏回族自治区碳捕集、利用与封存源汇匹配与集群部署

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煤炭学报 2024年第3期49卷 1583-1596页

作者：刘世奇莫航桑树勋刘统中国矿业大学江苏省煤基温室气体减排与资源化利用重点实验室江苏徐州221008 中国矿业大学碳中和研究院江苏徐州221008 中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221116 中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室江苏徐州221008

“双碳”(碳达峰、碳中和)战略背景下,碳捕集、利用与封存技术(CCUS)是实现化石能源大规模低碳化利用的关键技术之一。近年,CCUS技术呈现出规模化和集群化发展趋势,而科学、合理的源汇匹配是CCUS集群部署工程选址的重要依据,能够建立高... 详细信息

“双碳”(碳达峰、碳中和)战略背景下,碳捕集、利用与封存技术(CCUS)是实现化石能源大规模低碳化利用的关键技术之一。近年,CCUS技术呈现出规模化和集群化发展趋势,而科学、合理的源汇匹配是CCUS集群部署工程选址的重要依据,能够建立高效CO_(2)输运管网、降低减排成本。宁夏是国家能源安全战略布局的重要保障基地,能源结构偏煤、工业结构偏重特征明显,面临着巨大的碳减排压力。针对宁夏CCUS集群部署的源汇匹配问题,调研评估了宁夏工业碳排放源特征和地质碳汇潜力,构建了CCUS源汇匹配模型,在充分考虑源汇性质、捕集-输运-封存成本、CO_(2)运输距离、区域地理条件、土地利用类型、人口密度等因素基础上,应用改进的节约里程法和基于地理信息系统(GIS)的最低成本路径优化法,结合ArcGIS平台和优化求解软件,获得了宁夏CCUS源汇匹配优化和应用方案,并提出宁夏CCUS集群部署建议。结果表明,截止2021年,宁夏工业碳排放源107个,碳排放总量2.26亿t/a,以化工(含自备电厂)和电力行业碳排放为主。宁夏主要封存地质体包括深部咸水层、深部不可开采煤层和油气藏,CO_(2)理论地质封存容量151.55亿t,以深部咸水层封存潜力最大。宁夏CCUS源汇匹配效果较好,在源汇直接相连的情况下,区内年排放量10万t以上的大型工业排放源CCUS集群部署(30 a规划期)总成本约2.45万亿元,并以捕集成本为主,占比83.65%,单位减排成本402.32元/t,共需建设CO_(2)运输管道2 459 km;改进的节约里程法和基于GIS的最低成本路径优化法可大幅降低CCUS集群部署成本,优化后CCUS单位减排成本降至381.76元/t,节约管道建设里程938 km。宁夏应聚焦电力、化工等“两高”(高耗能、高排放)行业,在以宁东能源化工基地为重点的北部、东部地区超前应用CCUS技术,打造宁东能源化工基地、银川—吴忠、石嘴山、中卫和固原5个CCUS特色集群,构建宁夏特色的工程化CCUS全流程技术模式。

关键词：碳捕集、利用与封存源汇匹配管网优化 CCUS集群部署宁夏

京津冀地区城市三生空间碳代谢效率特征及演进模式

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环境科学 2024年第3期45卷 1254-1264页

作者：田超程琳琳邵盈钞中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083

探究城市三生空间系统的碳代谢效率有助于实现区域要素整合和空间优化.基于城市代谢视角,采用物质流分析法构建了京津冀地区三生空间碳代谢效率评估框架,并运用超效率DEA模型和Malmquist指数分析了2000~2020年三生空间碳代谢效率的时空... 详细信息

探究城市三生空间系统的碳代谢效率有助于实现区域要素整合和空间优化.基于城市代谢视角,采用物质流分析法构建了京津冀地区三生空间碳代谢效率评估框架,并运用超效率DEA模型和Malmquist指数分析了2000~2020年三生空间碳代谢效率的时空分布、动态变化及演进模式.结果表明:(1)2000~2020年,京津冀地区三生空间碳代谢效率呈波动增长趋势,各城市碳代谢效率空间分异明显,碳代谢效率水平整体偏低,呈中部高、南北低的分布格局.(2)京津冀地区碳代谢效率全要素生产率呈增加趋势,技术进步变化和纯技术效率贡献作用不显著.超过50%的城市全要素生产率呈改善趋势,仅有38.46%的城市在碳代谢效率改善过程中存在技术进步现象,超过1/2地区的纯技术效率呈下降趋势,大部分城市的技术效率和规模效率变化指数大于1.(3)各城市碳代谢效率呈现不同的类型特征,按照其发展路径划为稳定式、反复式、渐进式和突变式这4种演进模式.各城市应据此采取差异化措施,合理配置三生空间资源,提高技术水平和规模效率,以期提高城市碳代谢效率水平.

关键词：三生空间碳代谢效率演进模式物质流分析超效率DEA模型 Malmquist指数

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二氧化碳相变爆破致裂机理与应用研究进展

煤炭科学技术 2024年第2期52卷 63-78页

作者：袁永陈忠顺梁小康申海生左磊孟朝贵王圣志中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学深部煤炭资源开采教育部重点实验室江苏徐州221116

煤岩体结构改造是解决煤矿许多技术难题的共性核心科学问题,二氧化碳相变爆破因其安全可控、能量易调节等优点成为煤岩体致裂的有效手段之一。为确定二氧化碳相变爆破致裂机理,扩展相变爆破致裂工程应用,分析了二氧化碳相变爆破原理和... 详细信息

煤岩体结构改造是解决煤矿许多技术难题的共性核心科学问题,二氧化碳相变爆破因其安全可控、能量易调节等优点成为煤岩体致裂的有效手段之一。为确定二氧化碳相变爆破致裂机理,扩展相变爆破致裂工程应用,分析了二氧化碳相变爆破原理和致裂器材与装备,统计比较不同方式相变爆破能量计算方式,相较于传统炸药爆破,相变爆破属于一种低能量致裂方式;通过分析二氧化碳相变射流传播特征,探究相变爆破中等应力起裂和高压气体协同作用方式,煤岩体在中等冲击作用下,受到拉应力破坏产生径向初始断裂,并在冲击波和卸载波综合作用下形成多重起裂特征,高压气体在多重裂隙中进一步扩展,驱动裂隙向外扩展,明确了相变爆破应力气体协同致裂过程;进一步研究了泄能方向、煤岩体性质、爆破参数、初始地应力、钻孔布置参数和钻孔切槽特性等因素对相变爆破致裂效果的影响,泄能方向对煤岩体破坏起到直接作用,引发非对称损伤破坏,煤岩体抗压强度和致裂孔间距是影响致裂效果的关键因素,初始地应力、钻孔布置参数和钻孔切槽特性等影响裂纹发育扩展特征;在相变爆破致裂工程应用方面,揭示了相变爆破多重裂隙渗流特征,确定了高瓦斯煤层致裂增透效果,对比了预裂前后煤体截割特征,验证了预裂提升块煤率可行性,并探究了相变爆破预裂顶板垮落特性。针对相变爆破致裂应从多速率冲击破碎、损伤破坏多尺度分析、致裂过程多物理场耦合及延时相变爆破技术等方向进一步扩展研究,拓宽二氧化碳相变爆破应用场景。

关键词：相变爆破动态冲击致裂机理裂隙分布爆破因素

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煤基固废矿化封存CO_(2)技术研究进展

煤炭科学技术 2024年第2期52卷 309-328页

作者：朱磊古文哲宋天奇何志伟刘治成中煤能源研究院有限责任公司陕西西安710054 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083

“碳达峰、碳中和”目标是中国维护全球生态安全的大国责任担当,也是实现高质量发展和生态文明建设的重要途径,CO_(2)减排势在必行。“相对富煤、贫油、少气”的能源资源禀赋格局导致中国主体能源仍以碳排放强度较高的煤炭为主,煤炭作... 详细信息

“碳达峰、碳中和”目标是中国维护全球生态安全的大国责任担当,也是实现高质量发展和生态文明建设的重要途径,CO_(2)减排势在必行。“相对富煤、贫油、少气”的能源资源禀赋格局导致中国主体能源仍以碳排放强度较高的煤炭为主,煤炭作为电力、钢铁、煤化工等高耗能行业的重要能源与原料,在“双碳”目标实现过程中占有重要地位,煤炭工业通过低碳转型实现碳达峰,既是煤炭工业高质量发展的内在要求,也是落实国家“双碳”战略目标的重要抓手。相对于传统天然矿化原料,煤基固废矿化封存CO_(2)具有原料丰富、产物友好、能耗较低、反应迅速等优点,同时可以产出高附加值产物用于化工、建筑等领域,受到了广泛的关注。介绍了我国主要煤基固废煤矸石、粉煤灰、脱硫石膏、气化渣、炉底渣的特点,分析了我国主要CO_(2)排放源及产生量;回顾了按照矿化封存位置不同的原位和非原位CO_(2)矿化技术及按照矿化机理不同的直接碳酸化和间接碳酸化技术;综述了以煤基固废作为原料进行CO_(2)矿化封存技术的研究进展,发现该技术反应条件苛刻,成本较高,处理规模小,研究尚停留在实验室阶段;简述了以煤基固废作为载体,利用采空区作为储源矿化封存CO_(2)技术,主要包括构筑功能性充填体及制备负碳型充填材料2种技术;分析了煤基固废矿化封存CO_(2)现存问题及未来研究方向。煤基固废为原料的CO_(2)矿化技术,未来应优化工艺流程,降低反应成本,进一步加强工业化推广的研究;针对以煤基固废作为载体,利用采空区作为储源的CO_(2)矿化封存技术,未来应加强对深度矿化机理、封存风险评价及长期稳定性的研究,提高CO_(2)封存规模和长期稳定性。在此基础上,利用煤基固废制备浆体充填材料,以水为载体,以泵为动力,以管路为通道,将充填材料及CO_(2)输送至采空区进行矿化反应,同时结合微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术,封闭岩体采动裂隙,实现CO_(2)矿化封存。

关键词： “双碳”目标碳排放煤基固废矿化封存源头减排

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露天矿不同岩土强度边坡破坏机制对比研究

煤炭学报 2024年

作者：孙书伟李圆胡家冰刘流中国矿业大学(北京)能源与矿业学院

在露天矿工程中，采场边坡的岩土情况是复杂的，不同岩土强度的边坡稳定性和破坏模式存在差异，导致露天矿日常维护难度加大。但对于露天矿边坡岩土强度研究的成果较少且不成熟，尤其缺少露天矿不同岩土强度边坡破坏机制的相关研究。为... 详细信息

在露天矿工程中，采场边坡的岩土情况是复杂的，不同岩土强度的边坡稳定性和破坏模式存在差异，导致露天矿日常维护难度加大。但对于露天矿边坡岩土强度研究的成果较少且不成熟，尤其缺少露天矿不同岩土强度边坡破坏机制的相关研究。为此，运用底摩擦试验方法分析不同岩土强度条件下露天矿边坡的变形破坏过程。基于测点图像追踪技术和单元应变分析程序分别获取边坡位移和应变特征，重点研究了不同岩土强度条件下边坡的稳定性和破坏机制。研究结果表明：(1)随着岩土强度参数的增大，边坡破坏模式由浅层破逐渐转变为深层破坏，其上缘逐渐远离坡顶，滑体的体积逐渐增大。(2)边坡变形可分为三个阶段：第I阶段为均匀变形阶段，测点位移较小；第II阶段为局部变形阶段，部分测点位移加速增大，模型内部滑面逐渐形成；第III阶段为破坏阶段，测点位移发生交叉现象并持续增加。(3)不同岩土强度边坡滑面上部、中部和下部的应变特征及效应指数存在差别。黏土、泥岩和砂岩模型边坡的变形破坏模式分别为“滑裂-牵引-浅层滑移”、“滑裂-挤压-分级滑移”和“滑裂-挤压-深层推移”。研究成果可为露天矿边坡的工程设计和安全评价提供借鉴和指导。

关键词：露天矿岩土强度底摩擦试验破坏机制

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应力波作用下红砂岩复合动态断裂特征研究

矿业科学学报 2024年第1期9卷 42-52页

作者：解北京李晓旭栾铮陈思羽陈铭进梁天宇中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100083

为探究应力波作用下红砂岩的复合动态断裂特性,采用分离式霍普金森压杆和数字图像技术对带预制裂缝的半圆盘三点弯曲试样开展冲击加载实验,分析加载率、波长对红砂岩动态拉伸、断裂特征的影响。结果表明:①红砂岩试样加载率与动态抗拉... 详细信息

为探究应力波作用下红砂岩的复合动态断裂特性,采用分离式霍普金森压杆和数字图像技术对带预制裂缝的半圆盘三点弯曲试样开展冲击加载实验,分析加载率、波长对红砂岩动态拉伸、断裂特征的影响。结果表明:①红砂岩试样加载率与动态抗拉强度、断裂韧度及破坏率均呈一次函数关系;断裂能随加载率增大而增长415.27%。②随着波长增加,动态抗拉强度增长742.14%,其中断裂能增长54.49%,但能量吸收率呈下降趋势;裂纹扩展平均速度增长4.09%,且首尾裂纹应变增长时间出现滞后现象;破坏率增长效应得到强化。③冲击速度8 m/s时试件主裂纹首尾监测点位的应变平均增加84.31%。

关键词：分离式霍普金森杆半圆盘三点弯曲应力波复合断裂数字图像相关

24Model与LCM原因因素定义对比研究

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中国安全科学学报 2024年第1期34卷 27-34页

作者：袁晨辉傅贵吴治蓉赵金坤中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100083

为探究损失致因模型(LCM)原因因素定义与事故致因“2-4”模型(24Model)存在的异同和优缺点,梳理2个模型各层面原因和结果的定义,对比定义内容及其对事故原因分析等安全实务的指导作用,并以一起瓦斯爆炸事故为例加以实证分析,获得二者分... 详细信息

为探究损失致因模型(LCM)原因因素定义与事故致因“2-4”模型(24Model)存在的异同和优缺点,梳理2个模型各层面原因和结果的定义,对比定义内容及其对事故原因分析等安全实务的指导作用,并以一起瓦斯爆炸事故为例加以实证分析,获得二者分析结果之间的差异。研究结果表明:LCM是首个将管理因素纳入事故致因分析的一维事件序列模型,可明确各层面原因因素的定义和因素间的逻辑关系,但部分定义存在交叉重复的问题,并没有揭示安全工作指导思想等深层次事故致因因素;24Model作为系统性事故致因模型,对各类因素的定义均以组织为主体,描述事件、事故、安全的概念内涵,划分个体安全动作、安全能力和组织安全管理体系的类别并给出含义解析,探究组织安全文化层面的问题并以32个元素体现;2个模型的事故原因分析方法均建立在对各层级原因因素定义的基础上,并适用于模型理论体系本身。

关键词： “2-4”模型(24Model) 损失致因模型(LCM) 事故致因模型原因因素定义对比研究

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对安全科学研究对象的探讨

中国安全科学学报 2024年第1期34卷 35-42页

作者：李啸傅贵中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100083

为探究实践视角下安全科学适宜的研究对象,基于逻辑分析和演绎推理方法,构造评判学科研究对象的6个标准,分析11种主要观点的提出预设与优缺点,论证实践中事故是安全科学合适的研究对象。结果表明:实践中研究对象应具备独特性、清晰性、... 详细信息

为探究实践视角下安全科学适宜的研究对象,基于逻辑分析和演绎推理方法,构造评判学科研究对象的6个标准,分析11种主要观点的提出预设与优缺点,论证实践中事故是安全科学合适的研究对象。结果表明:实践中研究对象应具备独特性、清晰性、概括性、全面性、成熟性、演绎性的特征;主要观点均无法满足实践中学科研究对象应具备的特性;事故明确定义的提出使大安全观的需求得到解决;安全科学的本质问题是事故预防。

关键词：安全科学研究对象事故研究预设实践视角

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水凝胶对三元锂电池热失控抑制效果研究

中国安全科学学报 2024年第5期34卷 186-194页

作者：刘淳元张国维杨林欧阳晨亮张作睿中国矿业大学深圳研究院广东深圳518057 中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116 北京市海淀区消防救援支队北京100080

为快速有效扑灭锂离子电池火灾,解决灭火时间长、耗水量大等消防领域关注的难题,探究水凝胶灭火剂对大容量锂离子电池热失控的抑制效果。首先,借助环境扫描电镜,分析水凝胶在高温下微观结构的变化;然后,搭建锂电池燃烧试验平台,开展水... 详细信息

为快速有效扑灭锂离子电池火灾,解决灭火时间长、耗水量大等消防领域关注的难题,探究水凝胶灭火剂对大容量锂离子电池热失控的抑制效果。首先,借助环境扫描电镜,分析水凝胶在高温下微观结构的变化;然后,搭建锂电池燃烧试验平台,开展水凝胶灭火试验;最后,以车用135 Ah方形铝壳三元锂电池组为试验对象,采用电加热的方法诱导其发生热失控,探究水凝胶对锂电池的降温抑制效果。结果表明:水凝胶受热后,内部孔状结构被破坏,有利于其黏附在物体表面持续降温;使用水凝胶灭火降温时,电池表面最大降温速率是水的2倍,水凝胶喷放结束后,锂电池温度回升速率较为缓慢,升温速率仅为水的一半;与水相比,水凝胶延缓相邻电池发生热失控的时间更长,这可以为救援逃生带来更长的安全时间。

关键词：水凝胶热失控三元锂电池抑制效果降温速率安全时间