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海藻酸钠改性垃圾焚烧底灰-矿渣基胶凝堵漏材料研究

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煤炭学报 2024年第3期49卷 1475-1487页

作者：窦国兰简赫达仲晓星秦波涛刘根张恬中国矿业大学煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116

针对传统矿用水泥基堵漏材料存在的收缩开裂、高能耗及高碳排放的问题,探索采用海藻酸钠(SA)交联金属离子,制备SA改性垃圾焚烧底灰(MSWI-BA)-粒化高炉矿渣(GBFS)基胶凝堵漏材料(SWM)。通过抗压强度和凝结时间的测试,确定了最佳水固比为... 详细信息

针对传统矿用水泥基堵漏材料存在的收缩开裂、高能耗及高碳排放的问题,探索采用海藻酸钠(SA)交联金属离子,制备SA改性垃圾焚烧底灰(MSWI-BA)-粒化高炉矿渣(GBFS)基胶凝堵漏材料(SWM)。通过抗压强度和凝结时间的测试,确定了最佳水固比为0.4。通过胶凝材料在不同温度下的抗压强度、收缩率及裂缝形貌的分析,探究了SA改性对胶凝材料的耐高温性能的影响,结果表明SA改性后,胶凝材料的耐高温性得到了改善,受热后改性胶凝材料表面裂缝明显减少,收缩率较改性前最大降低了26.5%,在400℃受热后,剩余抗压强度仍高达17.25 MPa。结合微观形貌、孔结构性能和热分析实验,探究了SA改性胶凝材料的形成机理,结果表明,SA改性MSWI-BA-GBFS基胶凝堵漏材料通过SA与底物中的Ca^(2+)/Al^(3+)的配位交联与碱激发底物形成的硅铝酸盐共价网络协同作用,细化孔径,减小孔容,在受热后保持基体结构的完整性,从而改善胶凝材料的抗收缩开裂性。堵漏风模拟实验结果表明,水固比0.4的SA改性MSWI-BA-GBFS基胶凝堵漏材料的堵漏性能优于矿用水泥基材料,表现出较好的堵漏性能。SA改性MSWI-BA-GBFS基胶凝堵漏材料的研制不仅为城市垃圾焚烧底灰的资源化利用提供了有效途径,还提供了一种抗压强度高、抗收缩开裂且耐高温的可以完全替代传统矿用水泥基堵漏材料的环保防灭火材料。

关键词：海藻酸钠垃圾焚烧底灰胶凝材料堵漏风防灭火

一种改进的星载GNSS-R森林生物量反演方法

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北京航空航天大学学报 2024年第8期50卷 2619-2626页

作者：周勋郑南山丁锐章恒一何佳星中国矿业大学环境与测绘学院徐州221116 中国矿业大学自然资源部国土环境与灾害监测重点实验室徐州221116

基于Tau-Omega模型提出一种涉及地面土壤湿度修正的星载全球导航卫星系统反射测量(GNSS-R)森林地上生物量反演方法。选择SMAP卫星的土壤湿度作为辅助数据,运用Tau-Omega模型对旋风卫星导航系统(CYGNSS)反射率做出改正,提高建模参数的准... 详细信息

基于Tau-Omega模型提出一种涉及地面土壤湿度修正的星载全球导航卫星系统反射测量(GNSS-R)森林地上生物量反演方法。选择SMAP卫星的土壤湿度作为辅助数据,运用Tau-Omega模型对旋风卫星导航系统(CYGNSS)反射率做出改正,提高建模参数的准确性。将SMAP卫星提供的植被光学深度(VOD)和地上植被生物量(AGB)地图作为生物量参考数据,比较了改正前后观测值与参考数据的相关性变化。结果表明,改正后相关系数提升明显,改正后参数较反射率与VOD的相关系数从0.54提升到了0.67,与AGB的相关系数从0.46提升到了0.56。随后通过人工神经网络分别基于改正后的参数和反射率建立GNSS-R VOD和AGB反演模型。结果表明,所提方法能够有效提高VOD和AGB的反演精度,且在生物量水平较低的地区改进效果更优。对于VOD反演,改进后相关系数从0.70提升到了0.83,RMES从0.21降低到了0.17;对于AGB反演,改进后相关系数从0.61提升到了0.71,RMES从74 t/hm^(2)降低到了65 t/hm^(2)。

关键词： CYGNSS GNSS-R 森林生物量 SMAP卫星土壤湿度植被光学深度

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煤系共伴生矿产地质成因与成矿过程

采矿与安全工程学报 2024年第1期41卷 15-28页

作者：韩晓克黄炳香王长申赵兴龙吴占伟陈大勇中国矿业大学煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221116

目前,关于煤系共伴生矿产地质成因与成矿过程的研究多分散针对单一矿产,系统化研究仍较为缺乏。文章系统性地总结论述煤系共伴生矿产的成矿有利条件、地质成因及成矿过程等。按照主控成矿作用,煤系共伴生矿产地质成因可以分为变质作用... 详细信息

目前,关于煤系共伴生矿产地质成因与成矿过程的研究多分散针对单一矿产,系统化研究仍较为缺乏。文章系统性地总结论述煤系共伴生矿产的成矿有利条件、地质成因及成矿过程等。按照主控成矿作用,煤系共伴生矿产地质成因可以分为变质作用成矿、沉积作用成矿和后生作用成矿三大类。以聚煤盆地形成演化为主线,煤系形成前期,铝、铁率先在盆地基底沉积成矿。随后煤系油页岩、高岭土等沉积型矿床多因成煤环境改变而与煤层交替沉积成矿,镓、锗等金属元素多由含矿流体携带富集于成煤沼泽之内,煤成气、富油煤及煤系石墨则是煤系有机质在各种条件下的变质分化产物。在煤系演化后期,砂岩型铀矿和各种稀有金属元素则会后生成矿于煤系内。煤系共伴生矿产成矿的主控因素主要包括适当的地质构造活动、充足的物质来源、湿热的古地理气候以及煤系内丰富的有机质等,受这些因素影响,各大聚煤期内煤系矿产资源的成矿特征存在明显差异。

关键词：煤系共伴生矿产地质成因成矿作用成矿过程

基于CT扫描的三维重构煤体加载损伤演化特征及尺寸效应

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矿业科学学报 2024年第3期9卷 413-425页

作者：张村方尚鑫贾胜王永乐王方田白庆升中国矿业大学(北京)共伴生能源精准开采北京市重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)厚煤层绿色智能开采教育部工程研究中心北京100083 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 中国地质大学(北京)地质安全研究院北京100083

煤体是一种包含孔隙结构和矿物成分的多孔材料,具有明显的各向异性和尺寸效应。为研究煤体各向异性及尺寸效应对破坏特征的影响,本文提出了一种基于CT扫描、核磁共振和X衍射等技术手段的煤样内部孔隙、矿物成分表征和三维重构模拟方法... 详细信息

煤体是一种包含孔隙结构和矿物成分的多孔材料,具有明显的各向异性和尺寸效应。为研究煤体各向异性及尺寸效应对破坏特征的影响,本文提出了一种基于CT扫描、核磁共振和X衍射等技术手段的煤样内部孔隙、矿物成分表征和三维重构模拟方法。在此基础上,反演实验室单轴压缩获得了三维重构模型煤基质和矿物成分的模拟参数,进一步模拟分析了不同宽高比煤体的强度损伤特征。模拟结果表明:①在加载过程中,塑性区首先在孔隙和矿物成分周边逐渐向外扩展连通。在空间分布上,塑性区前期由加载端垂直向内部扩展,后期转变为由四周水平向内部扩展,最终模型破坏的非塑性区形成“双圆台结构体”。②随着宽高比的增加,煤样的抗压强度(p)、达到屈服强度时的应变(ζ)以及弹性模量(K)均会增加,其中ζ和K呈线性增加,而p增幅逐渐减小。③在煤样单轴加载过程中总能量和弹性能呈指数增加,耗散能呈线性增加。随着宽高比增加,煤体内积聚的弹性能增加,破坏时释放的能量增大,更容易诱发动力冲击相关灾害。研究结果为冲击矿压地区区段煤柱尺寸的合理选择提供参考。

关键词： CT扫描三维重构孔隙结构矿物成分尺寸效应

基于冲能吸能平衡效应的冲击地压巷道分级支护研究

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岩土力学 2024年第1期45卷 38-48页

作者：高明仕俞鑫徐东贺永亮赵世帆中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学冲击岩爆巷道支护研究中心江苏徐州221116 东京大学地震研究所日本东京太原科技大学安全与应急管理工程学院山西太原030024

冲击地压是煤炭开采过程中发生的一种动力灾害,主要是由积聚在煤岩中的弹性变形能突然急剧释放造成的,约90%发生在巷道中。巷道冲击破坏不仅与冲击能量直接相关,还与冲击距离远近紧密相关,提出能距比的概念,即冲击震源释放能量与其至巷... 详细信息

冲击地压是煤炭开采过程中发生的一种动力灾害,主要是由积聚在煤岩中的弹性变形能突然急剧释放造成的,约90%发生在巷道中。巷道冲击破坏不仅与冲击能量直接相关,还与冲击距离远近紧密相关,提出能距比的概念,即冲击震源释放能量与其至巷道距离的比值。根据冲击地压动静载叠加机制和冲能吸能平衡理论,综合考虑冲击震源能距比量级、巷道破坏程度、支护构件吸能、弱结构吸能等特性,建立了巷道围岩冲击矿震稳定性控制模型,分析了冲能、吸能的构成和计算过程,搭建了冲击地压能级与巷道支护强度之间的对应关系,确定了“四高锚网+”为主导技术的煤矿巷道防冲抗震支护体系。根据能距比量级大小,将冲击地压巷道支护安全可靠性分为P1~P4级别,分级对应采取不同支护强度的“四高锚网+”组合支护技术。“四高”锚网支护可对应能距比为102量级的无冲击巷道,“四高锚网+1”(O型钢棚、吸能防冲单元架、围岩弱结构)对应能距比为103量级的冲击地压,“四高锚网+2”对应能距比为104量级的冲击地压,“四高锚网+3”对应能距比为105量级的冲击地压,106及以上量级的冲击危险必须停产、撤人远场处理。结合工程实例进行了巷道防冲支护方案和参数设计,初步验证了理论研究成果的可行性和实用性。研究成果可为我国煤矿冲击地压巷道支护理论研究和工程实践提供一定的参考指导。

关键词：冲击地压巷道围岩控制冲能吸能平衡能距比分级支护

能源强国目标下煤炭安全保供及高效降碳效力研究

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中国工程科学 2024年第4期26卷 40-51页

作者：葛世荣刘淑琴刘金昌王兵安小雅向玲中国矿业大学(北京)机械与电气工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083

煤炭安全保供及高效降碳效力研究可为能源强国目标下煤炭领域发展规划提供有力的决策支撑。本文从安全保供和高效降碳两个角度入手,研究了煤炭在能源强国目标下继续保持主体能源地位的潜力、能力和实力,着重通过构建煤炭安全保供的系统... 详细信息

煤炭安全保供及高效降碳效力研究可为能源强国目标下煤炭领域发展规划提供有力的决策支撑。本文从安全保供和高效降碳两个角度入手,研究了煤炭在能源强国目标下继续保持主体能源地位的潜力、能力和实力,着重通过构建煤炭安全保供的系统动力学模型预测了煤炭安全保供的效力,分析了2060年前煤炭领域的降碳效力。研究结果表明:我国煤炭的可采储量和资源分布是安全保供的基本保障,结合近20年煤炭供应和消费关系可知,我国煤炭资源具备稳定、安全、坚实的保供能力;未来煤炭的安全保供效力在波动中逐渐趋向于动态的柔性平衡;传统煤炭能源向煤基能源过渡效力是构建能源强国目标下新型能源体系的重要环节。我国煤炭领域在清洁转化与利用中体现出显著的降碳潜力,未来随着煤炭地下气化和富油煤开发利用等技术的发展应用将展现出较强的降碳效力,至2060年总体的降碳效力约为1×10^(9)t。

关键词：能源强国煤炭领域安全保供高效降碳效力预测

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煤矿地下空间定位技术研究进展

工程科学学报 2024年第10期46卷 1713-1727页

作者：王国庆赵鑫杨春雨马磊代伟中国矿业大学信息与控制工程学院徐州221116

我国以煤为主的能源结构决定了煤炭资源的高效开采事关国家能源安全,煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的必由之路.地下空间定位技术是实现煤矿智能化的基础,准确的定位信息可用于保障矿工生命安全,优化采矿作业,提高设备利用率,降低运行... 详细信息

我国以煤为主的能源结构决定了煤炭资源的高效开采事关国家能源安全,煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的必由之路.地下空间定位技术是实现煤矿智能化的基础,准确的定位信息可用于保障矿工生命安全,优化采矿作业,提高设备利用率,降低运行成本.矿井中卫星导航信号不可用,作业空间封闭受限,电磁环境复杂,光照条件不良,这对于定位技术提出了新要求.围绕煤矿井下特殊场景的定位问题,首先系统介绍了基于距离交会、基于数据库匹配、基于航位推算以及多源信息融合的四类基本定位技术,随后对于这四类定位技术的具体实施方案进行了详细评述,分析并归纳了煤矿地下定位系统面临绝对定位方式误差增大、推算式定位校正困难、多源融合式定位方法性能下降、缺乏全面的标准指导等挑战.未来可以考虑采用多系统协同提高定位能力,引入类脑仿生导航探索新的定位方案,提升无缝定位、应急定位能力,加强定位信息的隐私保护.

关键词：煤矿智能化煤矿地下定位受限空间导航定位卫星拒止环境

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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

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基于多区组合煤体的煤与瓦斯突出动力学机制

煤田地质与勘探 2024年第5期52卷 12-24页

作者：李峰王琛琛王博荆亚东闫正旭张民波中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100083 武汉工程大学兴发矿业学院湖北武汉430205

煤与瓦斯突出(以下简称“突出”)严重影响煤炭安全开采,其背后涉及的众多科学问题仍未解决。为降低煤体力学性质各向异性对突出研究的困扰,构建多区组合煤体模型;基于上覆岩层应力分布特征及应力波传播机制确定“弱区”煤体位置,将研究... 详细信息

煤与瓦斯突出(以下简称“突出”)严重影响煤炭安全开采,其背后涉及的众多科学问题仍未解决。为降低煤体力学性质各向异性对突出研究的困扰,构建多区组合煤体模型;基于上覆岩层应力分布特征及应力波传播机制确定“弱区”煤体位置,将研究对象由“突出中心体”具体为“弱区”。由于外部动载扰动是导致突出的激发条件,采用冲击试验研究应力波在层状组合煤岩体中的传播规律,构建组合煤岩体应力-应变本构模型。进而明确卸载波作用下,煤体轴向多层层裂是煤体质点内撞击形成加载冲击波在自由面反射形成拉应力波导致的;煤体径向平面,由于泊松效应形成卸载波追赶塑性加载波的情形,生成多个径向裂隙及环向裂隙,得到煤体层裂片厚度动态演化规律。从而明确在外部动载扰动下,煤体“弱区”最先破坏,轴向产生多层层裂、径向平面产生多个径向及环向裂隙的三维损伤路径。基于此,提出一种基于多区组合煤体的突出动力学机制,将突出划分为准备、启动、发展、终止四个阶段。突出准备阶段,煤体上覆岩层应力转移、集中,高瓦斯压力梯度形成,为后续煤体失稳破坏创造条件;突出启动阶段,煤体受外部动载扰动,轴向“弱区”煤体最先发生破坏、形成多层层裂,径向平面形成多个径向及环向裂隙;突出发展阶段,吸附态瓦斯解吸与游离态瓦斯积聚形成高压瓦斯抛出煤体,导致突出继续向深部煤体发展,形成二次损伤;突出终止阶段,积聚形成的瓦斯压力低于煤体抗拉强度,形成稳定的纺锤形突出腔体,突出终止。该机制初步解释了突出过程中“响煤炮”“口小腔大”突出孔洞等动力现象成因,为矿井防突工作提供了新思路。

关键词：煤与瓦斯突出多区组合煤体模型弱区应力波层裂突出动力学机制