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煤矸石山斜坡面矸石散体的空气渗流特性研究

煤炭科学技术 2024年第5期52卷 139-151页

作者：王文才王鹏吴周康李扬康杨少晨内蒙古科技大学矿业与煤炭学院内蒙古包头014010 内蒙古自治区矿业工程重点实验室内蒙古包头014010 内蒙古自治区煤炭安全开采与利用工程技术研究中心内蒙古包头014010 内蒙古煤炭绿色开采与绿色利用协同创新中心内蒙古包头014010

煤矸石山斜坡面矸石散体的颗粒偏析现象对其渗透特性有重要影响。为了研究斜坡面的空气渗流特性,基于自主设计的室内渗透率测定装置,结合散体岩土力学理论、通风理论及FLUENT数值模拟,研究了煤矸石山斜坡面不同高度不同深度处矸石散体... 详细信息

煤矸石山斜坡面矸石散体的颗粒偏析现象对其渗透特性有重要影响。为了研究斜坡面的空气渗流特性,基于自主设计的室内渗透率测定装置,结合散体岩土力学理论、通风理论及FLUENT数值模拟,研究了煤矸石山斜坡面不同高度不同深度处矸石散体孔隙率与渗透率的整体分布规律及空气渗流和温度分布特征,并通过现场实测进行验证。结果表明:在研究预设条件下,矸石山斜坡面浅部的孔隙率和渗透率分布特征受到颗粒偏析现象的显著影响,随着高度与深度增大,呈现出非线性负指数衰减规律;随着斜坡面矸石散体的粒径增大,其孔隙率也呈增大趋势,并且其增速逐渐放缓;矸石山顶部覆盖黄土层,导致渗流速度缓慢,氧气质量浓度较低,不利于氧化放热反应的进行,底部孔隙率较大风速过快,积热条件不佳,因此高温区域位于矸石山中上部距坡面2~3 m处,最高可达780 K;风速场在热风压与外界风压的共同影响下,最高风速位于中上部近坡面处,可达0.06 m/s。此外,沿矸石山X方向和Z方向深入,渗流速度与氧气浓度下降速率逐渐减小;整体而言,矸石山斜坡面孔隙率的分布是影响矸石山内部空气渗流特性的一个极为重要的因素。通过对矸石山风速氧气以及温度场的研究,将矸石山大致划分为表层冷却区、聚热易燃区以及内部低温区。研究成果可为我国干燥多风的中西部矿区煤矸石山自燃火区的准确预测和判定提供基础参考。

关键词：煤矸石山渗流渗透率孔隙率热风压

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基于最小分支剩余容量的矿井通风网络极值流算法

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辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2024年第2期43卷 150-155页

作者：贾廷贵韦永盛内蒙古科技大学矿业与煤炭学院内蒙古包头014010

为计算矿井最大通风量,针对最短增广链算法随机选取增广链,造成增广链缺失和极值流偏小的问题,提出一种基于最小分支剩余容量的矿井通风网络极值流算法。该算法在选取增广链时,选择中间分支剩余容量最小的增广链进行增广;每次增广完毕后... 详细信息

为计算矿井最大通风量,针对最短增广链算法随机选取增广链,造成增广链缺失和极值流偏小的问题,提出一种基于最小分支剩余容量的矿井通风网络极值流算法。该算法在选取增广链时,选择中间分支剩余容量最小的增广链进行增广;每次增广完毕后,优先选择与增广完毕的增广链包含相同分支的增广链进行下一次增广。利用Excel Solver解算模型与BA无标度随机网络进行仿真实验,结果表明该算法比最短增广链算法解算时间短,且避免了增广链缺失。研究结论为矿井最大通风量的计算提供理论参考。

关键词：矿井通风网络极值流增广链最小分支剩余容量分层剩余网络

含膦多孔有机聚合物负载氧化镁的制备及其CO_(2)吸附性能

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洁净煤技术 2024年第4期30卷 146-156页

作者：田甜张学奇王玉清于戈文丁健赫文秀内蒙古科技大学化学与化工学院碳捕集与高效利用实验室内蒙古自治区包头014010 内蒙古科技大学内蒙古自治区煤化工与煤炭综合利用重点实验室内蒙古自治区包头014010

MgO吸附剂因其成本低廉、来源广泛、再生能耗低等优势在CO_(2)吸附领域应用广泛,但比表面积低限制了其吸附性能。以高表面积、多级孔结构的含膦多孔有机聚合物POL-PPH_(3)为载体,采用浸渍煅烧法和超声煅烧法制备得到POL-PPH_(3)负载的Mg... 详细信息

MgO吸附剂因其成本低廉、来源广泛、再生能耗低等优势在CO_(2)吸附领域应用广泛,但比表面积低限制了其吸附性能。以高表面积、多级孔结构的含膦多孔有机聚合物POL-PPH_(3)为载体,采用浸渍煅烧法和超声煅烧法制备得到POL-PPH_(3)负载的MgO吸附剂(MgO/POL-PPH_(3)),用于CO_(2)捕集。探究制备方法、煅烧温度、煅烧时间等制备条件对MgO/POL-PPH_(3)吸附剂上CO_(2)吸附性能的影响。研究发现,浸渍煅烧法优于超声煅烧法,且随着煅烧温度和煅烧时间增加,MgO/POL-PPH_(3)样品上CO_(2)吸附容量逐渐降低。采用浸渍煅烧法,煅烧温度300℃,煅烧时间1 h时,MgO/POL-PPH_(3)-300-1吸附剂上获得最优CO_(2)吸附量,达0.55 mmol/g。在组成为12%CO_(2),其余为氮气的模拟烟道气中,MgO/POL-PPH_(3)-300-1吸附剂上CO_(2)吸附容量达0.02 mmol/g,200℃吸附60 min,370℃脱附15 min条件下,该吸附剂稳定循环使用5次后,CO_(2)吸附容量仍保持不变。结合N 2物理吸附、热重、FT-IR、XRD、SEM-EDX等表征手段,阐明MgO/POL-PPH_(3)吸附剂上吸附CO_(2)的构效关系。动力学模型分析表明采用浸渍煅烧法不同煅烧温度下获得的3种吸附剂上CO_(2)吸附以物理吸附为主,而不同煅烧时间下获得的3种吸附剂包括MgO/POL-PPH_(3)-300-1吸附剂上CO_(2)吸附行为以化学吸附为主。高比表面积及多级孔道结构有利于暴露更多的活性位点及CO_(2)传输与扩散,进而增大MgO/POL-PPH_(3)吸附剂的CO_(2)吸附容量。MgO在载体上高度分散也有利于增强与CO_(2)的接触,以加快CO_(2)吸附速率。

关键词：含膦多孔有机聚合物 MgO吸附剂 CO_(2)捕集 CO_(2)吸附动力学

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裂隙煤岩组合体单轴压缩力学响应及失稳机制

岩土力学 2024年

作者：陈光波唐薇李谭王创业王二雨张国华内蒙古科技大学矿业与煤炭学院山东科技大学能源与矿业工程学院内蒙古科技大学内蒙古自治区矿业工程重点实验室内蒙古科技大学内蒙古自治区煤炭安全开采与利用工程技术研究中心内蒙古科技大学内蒙古煤炭绿色开采与绿色利用协同创新中心黑龙江科技大学

煤岩系统中煤层与岩层之间的层间薄弱带是裂隙分布的主要区域，这些裂隙贯穿于两岩层，严重影响着煤岩系统的力学性质与工程稳定。为探究贯穿裂隙对煤岩系统力学性质的影响，对5种裂隙长度、5种裂隙角度的裂隙煤岩组合体开展轴向加载试... 详细信息

煤岩系统中煤层与岩层之间的层间薄弱带是裂隙分布的主要区域，这些裂隙贯穿于两岩层，严重影响着煤岩系统的力学性质与工程稳定。为探究贯穿裂隙对煤岩系统力学性质的影响，对5种裂隙长度、5种裂隙角度的裂隙煤岩组合体开展轴向加载试验，结果表明：（1）随裂隙长度的增加，抗压强度、弹性模量、峰值能量、冲击能量指数呈线性减小。随裂隙角度的增大，抗压强度、弹性模量、峰值能量、冲击能量指数先减小后增大。（2）试样破坏声发射活动均经历平静期、活跃期、剧烈期3个阶段。随裂隙长度的增加，声发射累计能量先增加后减小。随裂隙角度的增大，声发射峰值能量和累计能量先增大后减小。（3）裂隙长度和角度对翼裂纹、次生倾斜裂纹、次生共面裂纹、斜裂纹、次生衍生裂纹、翼裂纹衍生裂纹、远场裂纹以及剥落现象有一定影响。（4）随裂隙长度的增加，黏聚力和内摩擦角逐渐降低。随裂隙角度的增加，黏聚力和内摩擦角先减小后增大。（5）构建了考虑裂隙长度和裂隙角度的Drucker-Prager强度准则，合理性验证发现：试样误差在1.367%～5.055%合理范围之内。（6）基于耗散结构理论，分析了组合体失稳破坏机制，组合体破坏主要经历了准稳态、亚稳态、失稳、新稳态4个阶段；构建了裂隙煤岩组合体能量运移模型，分析了裂隙煤岩组合体失稳破坏过程中的能量运移规律。裂隙两端是能量积聚的主要区域，煤组分裂隙端破坏时，一部分能量运移到岩石组分裂隙端，以岩石组分破坏或变形的形式释放出去。研究结果可为探究深部煤岩力学性质、揭示煤岩动力灾害发生机制提供有益参考。

关键词：预制裂隙煤岩组合体力学响应能量运移试验研究

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不同变质程度烟煤的自燃特性研究

煤矿安全 2024年第2期55卷 87-98页

作者：贾廷贵张智超郝长胜内蒙古科技大学矿业与煤炭学院内蒙古包头014010

为了研究不同变质程度烟煤的自燃特性变化,根据变质程度由低到高顺序,选用4种不同变质程度烟煤:宁夏灵武不黏煤、宁夏灵武气煤、山西霍州1/3焦煤以及辽宁沈阳瘦煤,分别开展液氮吸附实验、傅里叶红外光谱实验以及TG-DSC同步热分析实验。... 详细信息

为了研究不同变质程度烟煤的自燃特性变化,根据变质程度由低到高顺序,选用4种不同变质程度烟煤:宁夏灵武不黏煤、宁夏灵武气煤、山西霍州1/3焦煤以及辽宁沈阳瘦煤,分别开展液氮吸附实验、傅里叶红外光谱实验以及TG-DSC同步热分析实验。结果表明:随着变质程度的升高,烟煤的内部孔隙的比表面积逐渐增加,孔容积变化趋势与之相同;煤样中的活性官能团比重逐渐减小,化学性质相对稳定的官能团比重逐渐增加;烟煤的临界温度T1与着火点温度T4随着变质程度的加深而逐渐升高,煤样燃烧阶段的放热量逐渐减小。综上所述,随着变质程度的升高,烟煤化学性质趋于稳定,愈发难以自燃;煤样中的活性官能团的影响程度要比孔隙结构的影响程度要大。

关键词：煤自燃 TG-DSC 自燃特性 BET比表面积放热特性含氧官能团

基于280Ah方块电池组风冷热管理单元的仿真研究

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化工进展 2024年

作者：康芳明苏庆宗王亚雄内蒙古科技大学化学与化工学院内蒙古科技大学机械工程学院内蒙古自治区煤化工与煤炭综合利用重点实验室

基于280Ah大容量储能电池所开发一种新型微多孔板风冷热管理单元，通过仿真软件Fluent对比研究“Z”型和“U”型风道结构对电池热管理单元热性能的影响。最终选定以“U”型风道结构探究有无多孔板、不同多孔板厚度、入口风速、环境温度... 详细信息

基于280Ah大容量储能电池所开发一种新型微多孔板风冷热管理单元，通过仿真软件Fluent对比研究“Z”型和“U”型风道结构对电池热管理单元热性能的影响。最终选定以“U”型风道结构探究有无多孔板、不同多孔板厚度、入口风速、环境温度以及放电倍率下电池组温度场和流场分布。结果表明，添加多孔板可有效优化流量分布，提升电池组内部温度分布均匀性；增加多孔板厚度，电池组最高温度显著降低。增大风速可显著改善电池组最高温度和平衡电池组内部温差；电池组最高温度和最大温差均与放电倍率呈现正相关。此外，当多孔板厚度6mm，放电倍率1C，风速为10m/s时，环境温度25℃时，电池组最高温度为36.51℃，最大温差仅为1.55℃，工作性能最佳。本文所开发的新型微多孔板风冷热管理单元能够快速释放方块状电池大倍率工作时产生的热量，从而显著提升储能电池组的使用寿命和安全可靠性。

关键词：计算流体力学风冷微通道湍流电池热管理对流传热数值模拟

冻融循环对不同饱和度红砂岩力学特性和破坏特征的影响

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矿业研究与开发 2024年

作者：于超云黄生辉吴祥业田宇航李俊昆内蒙古科技大学土木工程学院内蒙古科技大学矿业与煤炭学院内蒙古自治区矿业工程重点实验室

在广泛寒区工程中,岩体的冻融破坏是一种无法忽视的自然灾害。为探究冻融环境对寒区岩体工程稳定性的影响,以寒区红砂岩为对象,开展不同冻融次数（0,10,20,30次）和不同饱和度（0、20%、40%、60%、80%、100%）岩石的单轴压缩试验,并对... 详细信息

在广泛寒区工程中,岩体的冻融破坏是一种无法忽视的自然灾害。为探究冻融环境对寒区岩体工程稳定性的影响,以寒区红砂岩为对象,开展不同冻融次数（0,10,20,30次）和不同饱和度（0、20%、40%、60%、80%、100%）岩石的单轴压缩试验,并对岩样进行SEM微观结构分析。研究表明:随着冻融循环次数和饱和度的增加,红砂岩的裂纹闭合应力σcc起裂应力σci、损伤应力σcd、峰值应力σc和抗冻系数Kfm均逐渐降低,内部损伤逐渐加剧;红砂岩试件破坏形态由斜剪破坏和张拉破坏逐渐向“X”形破坏转变,并伴有少量碎块剥落;循环往复的冻融作用致使岩石内部原有微裂隙扩展和新裂纹出现,揭示了砂岩在不同冻融条件下的损伤演化特征。研究成果可为寒区岩体工程的稳定性及岩石的力学性质研究提供一定参考。

关键词：冻融循环饱和度力学特性破坏特征红砂岩

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巷道围岩劣化“双阶段”协同预警方法研究

岩石力学与工程学报 2024年第S01期43卷 3450-3463页

作者：吴祥业廖大林张玉江陈世江李建伟迟学海内蒙古科技大学矿业与煤炭学院内蒙古包头014010 内蒙古自治区矿业工程重点实验室内蒙古包头014010 内蒙古自治区煤炭安全开采与利用工程技术研究中心内蒙古包头014010 内蒙古煤炭绿色开采与绿色利用协同创新中心内蒙古包头014010 太原理工大学矿业工程学院山西太原030024 六盘水师范学院矿业与机械工程学院贵州六盘水553004 黑龙江科技大学矿业与工程学院黑龙江哈尔滨150022

采用核磁共振技术、数值模拟和能量理论相结合方法,研究岩石加载过程中小、中、大孔径孔隙及裂隙向宏观破坏逐级转化的孔隙演化规律,以及孔隙演化过程中伴随的能量演化规律,阐明“孔隙演化阶段”与“能量演化阶段”“双阶段”的统一性关... 详细信息

采用核磁共振技术、数值模拟和能量理论相结合方法,研究岩石加载过程中小、中、大孔径孔隙及裂隙向宏观破坏逐级转化的孔隙演化规律,以及孔隙演化过程中伴随的能量演化规律,阐明“孔隙演化阶段”与“能量演化阶段”“双阶段”的统一性关系,建立岩石微观结构与巷道围岩劣化程度定量表征。研究结果表明:获取了试样单轴加载中孔隙率演化分布特征曲线,将孔隙率演化分布特征划分为孔隙压密阶段、弹性变形阶段、弹塑性变形阶段和塑性屈服阶段四个演化阶段。揭示了室内与数值模拟孔隙演化过程中孔隙演化阶段特征存在差异性机制,该差异是由室内试验卸载过程中试样已产生的弹性变形恢复所致。阐明了“孔隙演化阶段”与“能量演化阶段”两者协同演化过程具有一致性特点,“双阶段”协同演化过程曲线呈现归一化值基本一致特征,其两者存在微宏观跨尺度统一性关系。构建出基于微-宏观跨尺度岩石结构协同演化的巷道围岩劣化破坏预警方法,对围岩劣化程度进行综合评判,给出相应区域岩层的预警等级,为现场相应安全隐患防控工作提供了理论基础。

关键词：岩石力学孔隙演化能量演化围岩劣化定量表征协同预警

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花岗岩及细粒花岗岩声发射时频域特征分析

地下空间与工程学报 2024年

作者：王创业隋青瑞游茹韩天宇刘城成内蒙古科技大学矿业与煤炭学院内蒙古自治区矿业工程重点实验室内蒙古自治区煤炭安全开采与利用工程技术研究中心内蒙古煤炭绿色开采与绿色利用协同创新中心

为进一步研究不同粒度花岗岩内部裂纹演化特征,对花岗岩及细粒花岗岩进行单轴压缩声发射实验。结果表明:对比事件率、累积事件数、能率、累积能量可知细粒花岗岩在裂纹不稳定扩展阶段裂纹萌生能力弱于花岗岩,在峰后破坏阶段表现出较强... 详细信息

为进一步研究不同粒度花岗岩内部裂纹演化特征,对花岗岩及细粒花岗岩进行单轴压缩声发射实验。结果表明:对比事件率、累积事件数、能率、累积能量可知细粒花岗岩在裂纹不稳定扩展阶段裂纹萌生能力弱于花岗岩,在峰后破坏阶段表现出较强的脆性特征;花岗岩高幅值声发射(AE)信号占比约为细粒花岗岩的两倍,花岗岩高幅值声发射信号占比更多,破坏更剧烈;主破裂发生之前细粒花岗岩的平均频率(AF)值高于花岗岩,细粒花岗岩在主破裂发生之前孕育更高占比的张拉裂纹;对试样求取主频熵值,发现主频熵值的“波动升高波动降低”的拐点可作为试样的临界破坏前兆点;试样内部各阶段不同类型AE信号演化规律进行分析,发现在裂纹稳定扩展阶段中花岗岩出现大量低幅值中主频的声发射信号,说明花岗岩在此阶段会积累更多的损伤。

关键词： RA-AF值主频熵值时频域归一化频谱图