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考虑锚-岩界面相对滑移的圆形巷道全长锚固锚杆力学性能研究

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采矿与安全工程学报 2024年第1期41卷 123-133页

作者：李阿康岳中文王鹏任猛姚达中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院北京100083 山西华兴铝业有限公司山西吕梁035300

为了更好地揭示全长锚固锚杆与围岩的相互作用机制,基于圆形巷道弹塑性变形理论,通过考虑锚杆与围岩之间的相对运动,建立了全长锚固锚杆与围岩耦合作用的弹塑性力学模型。基于有限差分法(FDM)提出了一种求解耦合力学模型的简化数值程序... 详细信息

为了更好地揭示全长锚固锚杆与围岩的相互作用机制,基于圆形巷道弹塑性变形理论,通过考虑锚杆与围岩之间的相对运动,建立了全长锚固锚杆与围岩耦合作用的弹塑性力学模型。基于有限差分法(FDM)提出了一种求解耦合力学模型的简化数值程序,利用MATLAB软件编程得出了所提出模型的数值解。通过与现场监测数据的比较,验证了所提出模型的正确性。随后基于该模型分析了岩体的弹性模量、剪胀角以及托盘刚度对锚杆支护性能的影响。最后,为探究锚杆的最佳安装时间分析了不同应力释放率下锚杆的支护性能。结果表明,当应力释放率未超过60%之前,锚杆的支护效果随应力释放速率的增加而线性下降;之后,锚杆的支护效果迅速下降。因此,采用全长锚固锚杆支护时最好在巷道开挖后应力释放率未超过60%之前进行。

关键词：全长锚固锚杆有限差分法剪胀角托盘刚度应力释放率

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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

MILD粉体燃烧技术研究进展与关键问题分析

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煤炭学报 2024年第1期49卷 224-234页

作者：吕俊复冯乐乐吴玉新张海清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084 中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116

MILD燃烧是一种在中度或极度低氧环境下发生的温和燃烧模式,兼具高燃烧热利用率和极低NOx排放的优势,国际燃烧领域认为它是拥有巨大应用潜力的清洁燃烧技术之一。自1990年左右开展相关研究以来,对于实现气体燃料的MILD燃烧的相关技术已... 详细信息

MILD燃烧是一种在中度或极度低氧环境下发生的温和燃烧模式,兼具高燃烧热利用率和极低NOx排放的优势,国际燃烧领域认为它是拥有巨大应用潜力的清洁燃烧技术之一。自1990年左右开展相关研究以来,对于实现气体燃料的MILD燃烧的相关技术已相对成熟,而关于煤粉和生物质等固体燃料的MILD燃烧机制和实现条件的研究仍相对缺乏。基于高动量氧化剂射流来实现内部再循环,不再需要外部高温预热来建立MILD燃烧,极大拓宽了MILD燃烧的应用范围。从颗粒弥散、受热、着火、燃烧、污染物等方面概述了MILD粉体燃料燃烧的基础特性,由于颗粒的不均匀弥散和反应,煤粉等碳基固体燃料的MILD燃烧进程较气体燃料更复杂。高速射流MILD燃烧在增加点火延迟的同时也扩展了点火区和反应区,需要对燃烧各阶段的特征和机理开展系统研究。介绍了固体燃料MILD燃烧理论设计和装备研发领域所取得的研究成果,建议通过高精度数值模拟,改进现有燃煤锅炉燃烧器、调节工艺参数以匹配MILD燃烧模式,增加焦炭颗粒的停留时间以提高燃烬率,提高燃烧稳定性并抑制包括细颗粒物在内的各类污染物排放。基于互联能源系统的整体方法,推进MILD燃烧与各类新型燃烧技术的耦合研究,尤其加强煤粉、生物质与氢、氨等可燃气体共燃特性研究,助力能源转型。探究粉体MILD燃烧中的湍流两相流特征、湍流相间传热作用以及湍流-化学耦合作用是加深对粉体MILD燃烧理解的关键,涉及多变量分析和高精度模拟,是未来研究的重点和难点。

关键词：低氧稀释燃烧(MILD) 高速射流煤燃烧污染物湍流

深部底板水锤突水效应及递进–导升力学模型研究

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岩石力学与工程学报 2024年第8期43卷 1852-1869页

作者：左建平吴根水中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)采矿岩石力学国际创新中心北京100083 湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201

矿井底板水害是影响深部煤矿安全生产的一种重要灾害。为深入研究深部底板复杂的突水现象,首先调查和分析华北地区工作面突水特征,认为大多突水事故是由于扰动应力和水压流固耦合作用综合导致底板的破断。在一定采动条件下,深部底板裂... 详细信息

矿井底板水害是影响深部煤矿安全生产的一种重要灾害。为深入研究深部底板复杂的突水现象,首先调查和分析华北地区工作面突水特征,认为大多突水事故是由于扰动应力和水压流固耦合作用综合导致底板的破断。在一定采动条件下,深部底板裂隙岩体通道内会形成由势能转变为动能(使运动的水获得加速度)的动水锤效应,对采场围岩有不同程度的损伤或者破坏,定义为水锤突水效应。深部岩体水锤效应形成本质是水体在裂隙通道的流动被瞬时截断,由此导致水体在通道里面反复循环冲击,裂隙通道围岩发生损伤,当该反复循环运动水体的能量积聚到一定状态,进而导致裂隙导升破裂,由此引发突水灾害。基于此思想,建立水锤影响下深部底板水的递进–导升力学模型,揭示裂隙岩体在水锤影响下可能促进突水通道形成。理论和数值研究结果综合表明,裂隙岩体通道中水流速度越快,通道瞬时截断形成水锤压强越大;受水锤效应影响,水楔作用将进一步地驱动岩体裂隙递进–导升破坏。最后,以华北型煤田为工程背景,对底板岩体水锤影响下突水类型进行分类:裂隙岩体水锤–水楔导升突水、隐伏断层应力潜蚀–断裂突水和大构造断层导通突水,并对受水锤影响下深部底板突水提出控制建议方法。水锤突水效应是笔者对煤矿底板突水现象提出的一个新的机制,目前还处于初步讨论阶段,以期为认识深部底板突水机制和防控提供一定的指导。

关键词：采矿工程水锤突水效应递进–导升水楔作用断裂力学突水控制

基于STM32的煤田火区远程智能分级注水系统及应用

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煤炭工程 2024年第7期56卷 92-97页

作者：郭丰齐史波波齐海宁中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116

传统的注水方法不科学,注水作业工程量巨大且效率低,造成了大量的水资源浪费,为了解决该技术难题,研究了煤田火区远程智能配注技术,将温度参数采集模块、电路控制模块、流量控制阀集成在智能配注器内并长期置于地面,结合无线通信技术及... 详细信息

传统的注水方法不科学,注水作业工程量巨大且效率低,造成了大量的水资源浪费,为了解决该技术难题,研究了煤田火区远程智能配注技术,将温度参数采集模块、电路控制模块、流量控制阀集成在智能配注器内并长期置于地面,结合无线通信技术及自动调整算法,形成了包括智能配注器、智能测控充电一体仪及地面通信控制主机的智能配注工艺。开发了监测系统远程调整注水流程和测温流程的作业时间,从而控制注水流量,实现了注水流量2 L/s、1 L/s、0.5 L/s的分级调控。新疆三道坝火区的现场试验表明,煤田火区智能分级注水技术可为煤火区智能化灭火提供技术支持。

关键词：煤田火区注水钻孔智能分级节水

基于迁移学习的矿用主扇风机滚动轴承故障诊断方法

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煤炭科学技术 2024年第S01期52卷 280-287页

作者：崔巍孟国营万星炜中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083

矿用主扇风机滚动轴承的状态监测与故障诊断研究对煤矿生产安全具有重要意义。现有的滚动轴承故障诊断方法在实际工况中进行直接应用时存在训练不足、故障诊断准确率不足的问题,且矿用主扇风机滚动轴承长期处于正常运行状态,正常样本的... 详细信息

矿用主扇风机滚动轴承的状态监测与故障诊断研究对煤矿生产安全具有重要意义。现有的滚动轴承故障诊断方法在实际工况中进行直接应用时存在训练不足、故障诊断准确率不足的问题,且矿用主扇风机滚动轴承长期处于正常运行状态,正常样本的数量远多于故障样本,即存在样本不平衡问题。因此,提出一种基于迁移学习的矿用主扇风机滚动轴承故障诊断方法(TLCNN+加权交叉熵损失)。该方法将常规滚动轴承数据作为源域数据,将矿用主扇风机滚动轴承数据作为目标域数据。首先利用对称极坐标(SDP)方法将振动信号转换为SDP图像;然后利用充足的源域图像样本对常规滚动轴承故障诊断模型进行训练,训练完成后将诊断模型的参数迁移至矿用主扇风机滚动轴承故障诊断模型中;其次迁移过程中对低层网络进行锁定并通过目标域图像样本对模型的高层网络进行微调,便可得到参数权重优化后的矿用主扇风机滚动轴承故障诊断模型。最后,为了解决样本不平衡问题,在模型中添加了加权交叉熵损失函数进行训练,使诊断模型对作为少数类的故障样本赋予更高的权重并在诊断过程中更加关注故障样本,从而提高诊断准确率。为了验证提出方法的有效性,通过常规滚动轴承故障试验台与实际工况中的矿用主扇风机滚动轴承数据进行了试验验证。结果表明所提方法可以对矿用主扇风机滚动轴承的运行状态进行准确识别分类,准确率达99.28%。

关键词：矿用主扇风机滚动轴承故障诊断迁移学习加权交叉熵损失

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不同含水率红陶土的SHPB动力学性能实验

科学技术与工程 2024年第22期24卷 9529-9534页

作者：解北京武博文刘天乐栾铮张景顺于瑞星中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100089

为研究动态加载下红陶土的动态力学特性,利用分离式霍普金森压杆系统,开展了含水率分别为5%、7%、9%、11%、13%和15%,冲击速度分别为6、8、10 m/s,分析了不同含水率和应变率条件下红陶土的动力学特性。结果表明:随着冲击速度的增大,红... 详细信息

为研究动态加载下红陶土的动态力学特性,利用分离式霍普金森压杆系统,开展了含水率分别为5%、7%、9%、11%、13%和15%,冲击速度分别为6、8、10 m/s,分析了不同含水率和应变率条件下红陶土的动力学特性。结果表明:随着冲击速度的增大,红陶土应变率效应显著;在冲击荷载作用下,红陶土的动态应力-应变关系曲线随加载应变率提高呈现2种曲线类型,分别为脆-塑性破坏和脆性破坏,随着应变率的增加,红陶土破坏过程由塑-脆性破坏逐转变为脆性破坏;红陶土的抗压强度、动态弹性模量均随应变率的增大而增加,并随着含水率的增大先减小后增大。

关键词：红陶土动态力学特性冲击荷载 SHPB(split Hopkinson pressure bar)

水耦合介质定向断裂爆破裂纹动态扩展机理研究

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采矿与安全工程学报 2024年第1期41卷 134-141页

作者：郭东明李杨宋耀王雁冰中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院北京100083 大连交通大学交通运输工程学院辽宁大连116021

为研究水耦合介质在定向断裂爆破过程中对爆生裂纹动态扩展机理的力学影响,基于焦散线理论,采用数字激光动态焦散线试验系统,开展单炮孔切缝有机玻璃(PMMA)试件在3种不耦合系数(1.25,1.67,2)下水耦合及空气耦合定向爆破试验,对比研究水... 详细信息

为研究水耦合介质在定向断裂爆破过程中对爆生裂纹动态扩展机理的力学影响,基于焦散线理论,采用数字激光动态焦散线试验系统,开展单炮孔切缝有机玻璃(PMMA)试件在3种不耦合系数(1.25,1.67,2)下水耦合及空气耦合定向爆破试验,对比研究水耦合装药下试件爆后分形计盒维数D的分布规律,及爆生裂纹在动态扩展过程中的动态应力强度因子K^(d)_(Ⅰ)与扩展速度v随时间的变化规律。结果表明:相较空气介质,水耦合装药试件爆后的次裂纹数目明显减少,定向致裂效果较好,爆生裂纹在扩展过程中的K^(d)_(Ⅰ)与v值随时间的波动程度明显减弱,该种装药模式下的爆破更易为试件爆生裂纹中后期动态扩展提供稳定、持续的能量;不耦合系数对水耦合装药试件裂纹尖端动态起裂韧度K^(d)_(Ⅰc)值的影响具有正相关性,较低的不耦合系数更易引起水耦合装药试件的动态起裂。

关键词：水耦合爆破不耦合系数动态焦散线裂纹扩展

煤层群采动下围岩应力演化规律及协同控制技术研究

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煤炭科学技术 2024年第3期52卷 24-37页

作者：吴少康张俊文徐佑林宋治祥张杨范文兵董续凯张际涛陈志松中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083 贵州理工学院矿业工程学院贵州贵阳550003 贵州黔诚力锦科技有限公司贵州贵阳550081 湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201 贵州大学矿业学院贵州贵阳550003

针对煤层群开采过程中巷道支护困难问题,以贵州土城矿212回风石门为工程背景。综合采用现场调研、数值模拟、相似模拟及现场试验等手段,揭示了212回风石门应力演化规律,并提出了“卸−转−固”协同控制技术。研究结果表明:212回风石门遭... 详细信息

针对煤层群开采过程中巷道支护困难问题,以贵州土城矿212回风石门为工程背景。综合采用现场调研、数值模拟、相似模拟及现场试验等手段,揭示了212回风石门应力演化规律,并提出了“卸−转−固”协同控制技术。研究结果表明:212回风石门遭受破坏的主要原因是煤层群采动过程中存在的地质力学问题导致了围岩失稳。巷道底板及两帮在采动过程中产生不同程度的应力集中。当遭受垂直应力挤压时,巷道底部承受的挤压力较大,而顶部围岩承受的拉伸力较大,由于力学不平衡导致围岩的破坏。基于此提出了“卸−转−固”协同控制技术。通过爆破卸压的方式,利用爆破产生的冲击波引起围岩的震动和应力波动,使表层围岩中原本集中的应力分散到更深的围岩区域,降低表层围岩的应力集中程度。同时,利用爆轰和封孔工艺进一步加固卸压孔周围的围岩,形成两个承载结构。即由巷道支护体形成的内承载体和由深部围岩形成的外承载体。两者相互作用有效承受巷道浅部及深部围岩的应力,并转移到支护结构,起到保护和稳定围岩的作用。利用该技术在212回风石门现场试验,结果显示:使用该技术区域应力长期趋于稳定甚至缓慢降低,巷道顶底板及两帮移近速率分别降低了74.49%及47.67%,底鼓量降低了77.2%。而未使用该技术区域应力出现不同程度的上升,表面位移收敛严重。由此可得,围岩控制效果显著。该技术已成功推广到贵州其他不同地质环境的煤矿,均取得了显著效果。

关键词：煤层群采动应力底鼓巷道支护 “卸−转−固”协同控制技术