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超长柔性悬挂固体充填刮板输送机异常工况表征及自主调控方法

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煤炭学报 2024年第4期49卷 2141-2151页

作者：张强张吉雄宗庭成金子山韩雨杨康张斌傅瑞华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 中国矿业大学孙越崎学院江苏徐州221116 山东新巨龙能源有限责任公司山东菏泽274918 宁夏天地奔牛实业集团有限公司宁夏石嘴山753000

固体充填刮板输送机是固体充填开采技术的关键装备,其高效智能化的程度制约着固体智能充填开采技术的进步,暂难突破超大采长、大功率、高可靠性的瓶颈,运行状态受地质条件、充填工艺等主控因素影响显著,异常工况自主调控问题亟待解决。... 详细信息

固体充填刮板输送机是固体充填开采技术的关键装备,其高效智能化的程度制约着固体智能充填开采技术的进步,暂难突破超大采长、大功率、高可靠性的瓶颈,运行状态受地质条件、充填工艺等主控因素影响显著,异常工况自主调控问题亟待解决。总结了固体充填刮板输送机特征;构建了固体充填刮板输送机位姿形态与运输状态表征方法;通过分析异常工况的形成机理,选取异常工况判别指标,结合位姿与运输状态表征方法,给出了其空间位姿、牵引状态等异常工况判别准则与典型异常工况的调控路径,揭示了多工况状态下固体充填刮板输送机运载调控机制,提出了实时调控充填材料运输量、直线及水平程度组合的异常工况自主调控方法。全国首个260 m工作面长固体充填工程案例表明:通过异常工况自主调控,平均最大水平偏移距每减少100 mm,刮板链牵引力可减少85 kN,输送功率损耗可减少55 kW;平均最大垂直偏移距每减小100 mm时,输送功率损耗可减少7.2 kW;单位长度货载运量每减少100 kN/m,刮板链牵引力可减少31.9 kN,输送功率损耗可减少38.2 kW。所提出的异常工况自主调控方法可显著提升固体充填刮板输送机的输送效能,可助力实现固体智能充填开采。

关键词：固体充填刮板输送机工况表征自主调控工况判别路径解调充填开采

高寒矿区环境材料混施下土壤改良及工程应用研究

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煤炭科学技术 2024年第S1期52卷 299-311页

作者：孔令健张琳任杰曾杨黄占斌中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083

为了解决高寒矿区土地复垦中表层土壤结构差、水土流失和土壤肥力低下等问题,以青海威斯特铜矿为例,通过土壤培养模拟正交设计试验,研究了混施羊板粪(A)、TG改良剂(B)、保水剂(C)3种材料对土壤改良的效果,并筛选出一种效果最佳的混合比... 详细信息

为了解决高寒矿区土地复垦中表层土壤结构差、水土流失和土壤肥力低下等问题,以青海威斯特铜矿为例,通过土壤培养模拟正交设计试验,研究了混施羊板粪(A)、TG改良剂(B)、保水剂(C)3种材料对土壤改良的效果,并筛选出一种效果最佳的混合比例。正交极差结果表明:羊板粪对土壤有机质、土壤密度、孔隙度和全盐含量的影响较强,TG改良剂对pH的影响较强,保水剂对田间持水量的影响较强。综合极差分析和主成分分析结果得,处理1(A含量6 g/kg,B含量1.85 g/kg,C含量0.06 g/kg)为改良土壤理化性能最优组合。通过冗余分析得出,羊板粪和TG改良剂对土壤理化性质的差异性解释最好。有机质、土壤田间持水量和孔隙度与环境材料的相关性较强。有机质与羊板粪呈正相关,孔隙度和田间持水量与保水剂、TG改良剂呈正相关。pH、全盐含量和土壤密度与环境材料的相关性较小。孔隙度和田间持水量正相关性强,二者与有机质呈负相关。综合考虑,土壤有机质最优组合A3B3C2和土壤其他理化性能最优组合A1B1C1,通过中值法得到高寒矿区土壤基质恢复最优配方结果为A2B2C1.5,即A含量12 g/kg,B含量3.7 g/kg,C含量0.09 g/kg为最优配比。通过工程应用,总结出以“边坡修整、挂椰网/铁丝网、挂生态棒、设置排水沟、客土筛分、客土喷播、铺设保水毯、养护管理及监测”为主的技术应用流程,将试验配方研究和工程应用进行了结合。3种环境材料工程应用结果表明,土壤理化性质和生物量也得到明显改善。此研究为解决青藏高海拔矿区土壤肥力和结构的恢复提供参考,对水土保持产生重要意义。

关键词：高寒矿区土壤密度土壤有机质 TG改良剂保水剂

双重活化多孔碳氮材料实现流动电极电容去离子高效矿井水脱盐

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煤炭学报 2024年

作者：贺琼琼彭海森孟振苗真勇万克记许恩乐高明强黄少萌中国矿业大学炼焦煤资源绿色开发全国重点实验室中国矿业大学化工学院中国矿业大学环境与测绘学院

严格的环保法规驱动下，煤矿在高盐矿井水回收处理上面临的挑战不断升级，因此迫切需要研发高效的深度脱盐技术，以突破行业困境并实现非常规水资源的利用。虽然流动电极电容去离子（FCDI）技术在脱盐领域内崭露头角，但仍存在电极材料... 详细信息

严格的环保法规驱动下，煤矿在高盐矿井水回收处理上面临的挑战不断升级，因此迫切需要研发高效的深度脱盐技术，以突破行业困境并实现非常规水资源的利用。虽然流动电极电容去离子（FCDI）技术在脱盐领域内崭露头角，但仍存在电极材料性能造成的脱盐能力壁垒。本研究提出了一种双重活化多孔碳氮电极材料制备的新方法，以蔗糖为碳源，三聚氰胺为氮源，整合了双模板法、水蒸气活化、酸浸氧化及氮掺杂的优点，改善了材料的润湿性和导电性，同时使得电极材料具备独特整齐排列的柱状结构、更大的比表面积(1039.76 m2/g)、更丰富的孔结构(0.32 cm3/g)、更多的氮氧电负性点位和更好的润湿性能，以此实现高效，低能耗的矿井水脱盐。该材料(H2O（g）-HNO3/CN)应用于FCDI装置中且经过电压、活性材料含量、处理液初始浓度及pH的工艺优化后对1 g/L的NaCl溶液脱盐5 h，除盐率高达100%，平均脱盐速率、脱盐量、电荷效率及标准脱盐量能耗分别为0.00952 mg/(min·cm2)，37.08 mg/g，24.02%和481.98 J/mol，即使经过七次循环吸脱附实验，除盐率仍能达到95.71%。为了探究H2O（g）-HNO3/CN的吸附除盐机理，进行了电化学性能、吸附动力学及等温线的分析。结果表明其比电容高达99.38 F/g，内电阻极小；对Na+离子的吸附更符合伪二阶动力学模型和Langmuir等温线模型，对Na+离子的饱和吸附量为4.30 mg/g，饱和吸附时间为120 min。本研究为FCDI电极材料的制备及优化提供了一种新的思路，并探究了其脱盐性能和机理，为高盐矿井水的绿色回收处理开辟了一条新的路径。

关键词：双重活化多孔碳氮材料流动电极电容去离子高盐矿井水脱盐

基于相似理论的悬索桥火灾温度场试验及数值模拟研究

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中国公路学报 2024年

作者：张宗星徐宇轩温杰邓薇叶继红陈伟李毅倪雅中国矿业大学力学与土木工程学院广东湾区交通建设投资有限公司广东省公路建设有限公司江苏中矿大正表面工程技术有限公司

为揭示火灾下悬索桥缆索体系的空间温度分布规律，开展了基于相似理论的真实火灾下缆索体系温度场试验（缩尺比为1:4），研究了不同火源功率、火源位置及环境风速下火焰形态及温度分布规律，并结合钢丝高温力学性能曲线，确定了最不利... 详细信息

为揭示火灾下悬索桥缆索体系的空间温度分布规律，开展了基于相似理论的真实火灾下缆索体系温度场试验（缩尺比为1:4），研究了不同火源功率、火源位置及环境风速下火焰形态及温度分布规律，并结合钢丝高温力学性能曲线，确定了最不利火灾场景及火灾设防高度。然后，采用火灾动力学软件FDS对桥梁缆索火灾温度场进行数值模拟，并与试验结果对比分析，初步验证了相似原理在桥梁火灾研究的适用性及试验结果准确性。最后，基于火灾下缆索空间温度分布特征，提出经济合理的缆索体系火灾分级防护方法。结果表明：当温度超过300 ℃，高强钢丝力学性能显著下降，400 ℃时极限强度仅为常温下53%，建议将缆索钢丝抗火设防温度定为300 ℃。最不利火灾场景为环境风速1.5m/s的应急车道200 MW火灾，对应缆索火灾设防高度为20.8 m（≥300 ℃）。随着吊索高度增加，其表面温度呈先升高后降低趋势。当吊索高度为12.8 m时表面温度显著下降，建议将高度12.8 m作为吊索不同厚度防火材料的分级防护高度。

关键词：桥梁结构真实火灾相似理论温度场分布设防标准数值模拟

单列滤筒脉冲清灰过程粉尘分布与喷吹控制研究

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煤炭学报 2024年

作者：耿凡冯馨悦李世航李林林杨琨中国矿业大学低碳能源与动力工程学院中国矿业大学碳中和研究院

滤筒除尘技术应用广泛，其清灰效果直接影响除尘效率。为了解决滤筒表面清灰不均等问题，以单滤筒除尘器脉冲喷吹清灰过程为研究对象，将实验研究与数值模拟方法相结合，分析脉冲喷吹清灰过程的气流分布特征并优化了流场，实验与模拟研... 详细信息

滤筒除尘技术应用广泛，其清灰效果直接影响除尘效率。为了解决滤筒表面清灰不均等问题，以单滤筒除尘器脉冲喷吹清灰过程为研究对象，将实验研究与数值模拟方法相结合，分析脉冲喷吹清灰过程的气流分布特征并优化了流场，实验与模拟研究结果一致性较好，二者均发现安装散流器有利于提高滤筒上部区域的清灰效率，安装散流器后，底部测点的峰值和谷值压力绝对值较安装前分别减小了约20%和27%，减缓了高速气流对滤筒底部的冲击，有利于保护滤筒。基于所得散流器的优化结果，构建了由五个滤筒构成的单列滤筒的三维物理模型，将CFD-DPM方法、多孔介质模型和脉冲喷吹作用相结合，开展了单列滤筒脉冲喷吹清灰过程及其喷吹模式的研究，可视化分析了滤筒除尘器脉冲喷吹过程中粉尘从滤筒侧壁剥离、在滤筒周围扩散到沉积的全过程；再次吸附现象明显，基于自主开发的后处理程序，定量分析了不同滤筒再次吸附的强弱。同时，为了优化喷吹控制，比较了同时喷吹、顺序喷吹和跳序喷吹三种不同脉冲喷吹模式对再次吸附与PM2.5分布的影响规律，发现处于中间位置的滤筒C表面的细微颗粒PM2.5的清灰效果均相对较差；跳序喷吹可有效抑制剥落粉尘的“再次吸附”，整体清灰效果优于同时喷吹和顺序喷吹；获得了跳序喷吹的优化控制方案，提高了滤筒除尘器的清灰效率。为提高细微粉尘的清灰效率提供了指导，对改善滤筒除尘器脉冲喷吹控制具有重要的实际意义。

关键词：滤筒除尘器脉冲清灰粉尘分布 CFD-DPM方法喷吹控制

复杂地形瞬变电磁三维正演模拟与地形效应分析

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煤田地质与勘探 2024年第4期52卷 137-151页

作者：屈少波朱姣姜志海李毛飞何治隆中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 山西宁武榆树坡煤业有限公司山西忻州036700 中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221116

目前,地面瞬变电磁法凭借其优势已被广泛用于煤矿水文地质勘查中,然而,在野外实际勘探中,复杂地形环境常导致发射源几何形状的改变与信号接收偏差,降低了勘探精度。为此,采用理论分析、数值模拟和实际地形数据分析相结合的方式,系统研... 详细信息

目前,地面瞬变电磁法凭借其优势已被广泛用于煤矿水文地质勘查中,然而,在野外实际勘探中,复杂地形环境常导致发射源几何形状的改变与信号接收偏差,降低了勘探精度。为此,采用理论分析、数值模拟和实际地形数据分析相结合的方式,系统研究了复杂地形条件下电性源与磁性源瞬变电磁场的响应特征。首先,基于二阶后退欧拉离散的矢量有限元正演模拟技术,详细探讨了山峰和山谷地形位于接收点和发射源位置时,对两种源系统的影响规律。结果表明:电性源系统会出现响应变号现象,源导线位置高于周围地形时响应增强,反之则被削弱;而磁性源无变号现象,但响应变化规律与电性源类似。其次,利用实测地形数据,采用四面体网格建立与实际地形高度吻合的三维正演模型。模拟结果显示:早期响应曲线能够清晰反映地形细节,曲线形态与地形特征一致;而晚期响应则逐渐趋于平缓,体现了深部背景的影响。研究成果可为复杂地形条件下瞬变电磁法的勘探装置布设、数据采集、处理和解释提供理论指导,对提高煤矿水文地质勘探精度具有重要意义。

关键词：瞬变电磁法起伏地形有限元正演数值模拟电性源磁性源

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高压泡沫涨裂破岩特性试验研究

岩土工程学报 2024年

作者：刘送永崔松顾聪聪中国矿业大学机电工程学院中国矿业大学智能采矿装备技术全国重点实验室

针对钻爆法和机械法在岩石破碎工程中的弊端，基于泡沫的高粘性和可压缩性，提出了高压泡沫涨裂破岩技术。首先设计高压泡沫涨裂破岩装置，理论分析高压泡沫瞬间释放冲击岩石涨裂孔过程，搭建高压泡沫涨裂力测试装置并开展涨裂力影响试... 详细信息

针对钻爆法和机械法在岩石破碎工程中的弊端，基于泡沫的高粘性和可压缩性，提出了高压泡沫涨裂破岩技术。首先设计高压泡沫涨裂破岩装置，理论分析高压泡沫瞬间释放冲击岩石涨裂孔过程，搭建高压泡沫涨裂力测试装置并开展涨裂力影响试验，建立高压泡沫涨裂破岩试验系统，探讨不同空气体积分数时的泡沫涨裂特性，揭示高压泡沫涨裂破岩机理。研究表明：高压泡沫释放时，能够在涨裂孔内产生比泡沫初始压力更高的涨裂力，但涨裂力随泡沫空气体积分数增加而先增大后减小，高压泡沫涨裂破岩经历了裂纹初生、裂纹扩展、涨裂抛掷、涨裂结束四个阶段，破岩重量随泡沫空气体积分数的增加而先增大后减小，当空气体积分数为60%时，由高压泡沫冲击涨裂孔产生的压应力波在岩石上表面反射形成的拉应力造成岩石破坏形式为涨裂坑，空气体积分数为70%-90%时，泡沫涨裂形式为大块岩石分离，这主要是由孔底直角处应力集中效应造成。

关键词：高压泡沫涨裂破岩裂纹扩展涨裂力

难浮煤−极性捕收剂相互作用研究新视角:分子对接与诱导契合效应

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煤炭科学技术 2024年第3期52卷 283-290页

作者：蘧鹏程夏阳超薛志刚邢耀文桂夏辉田佳中国矿业大学化工学院江苏徐州221116 中国矿业大学国家煤加工与洁净化工程技术研究中心江苏徐州221116 中南大学资源加工与生物工程学院湖南长沙410083

研究煤泥与浮选药剂间的相互作用将是浮选过程强化的热点和难点,针对难浮煤表面强亲水的化学结构特性,将生物医药领域诱导契合效应引入到难浮煤−极性捕收剂的相互作用研究中。基于煤样性质检测结果,构建了3D煤分子结构,采用原型分子(Pro... 详细信息

研究煤泥与浮选药剂间的相互作用将是浮选过程强化的热点和难点,针对难浮煤表面强亲水的化学结构特性,将生物医药领域诱导契合效应引入到难浮煤−极性捕收剂的相互作用研究中。基于煤样性质检测结果,构建了3D煤分子结构,采用原型分子(Protomol)技术搜索并表示煤分子活性口袋,在活性口袋中搜索极性捕收剂与难浮煤的分子对接最优构象,根据极性药剂与煤分子相互作用最优构象的结合能大小,分析分子对接和诱导契合效应研究结果与浮选结果之间的对应性关系。结果表明分子对接结果与难浮煤可燃体回收率均呈现出十二醇大的相互作用,煤分子活性区域对十二酸甲酯的诱导效应、包裹性更强,因而在浮选过程中效果更好。采用分子对接和诱导契合效应研究煤分子与药剂相互作用,可为浮选捕收剂的快速筛选提供技术途径和科学指导。

关键词：难浮煤极性捕收剂分子对接对接打分方法诱导契合

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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