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气化灰渣浆液悬浮剂的选型实验研究

煤炭技术 2022年第7期41卷 220-224页

作者：郑学召李腾飞赵炬张铎西安科技大学安全科学与工程学院西安710054 国家矿山救援西安研究中心西安710054

针对我国煤制油产生气化灰渣二次利用的问题,旨在利用气化灰渣制成矿井防灭火材料,充填煤田采空区,然而防灭火材料在实际应用过程中存在输送困难的问题,如堵管、输送距离有限等。为解决此类难题,选择XF1,XF2,XF3,XF4,XF5和XF6共6种悬浮... 详细信息

针对我国煤制油产生气化灰渣二次利用的问题,旨在利用气化灰渣制成矿井防灭火材料,充填煤田采空区,然而防灭火材料在实际应用过程中存在输送困难的问题,如堵管、输送距离有限等。为解决此类难题,选择XF1,XF2,XF3,XF4,XF5和XF6共6种悬浮剂,与气化灰渣配制成悬浮浆液,增强气化灰渣颗粒的悬浮特性和浆液的流动特性。配制水灰比1∶0.4和不同悬浮剂添加量的气化灰渣悬浮浆液,采用对比分析法研究气化灰渣悬浮浆液的悬浮特性和流动特性,从而得出适合气化灰渣的最佳悬浮剂。结果表明:气化灰渣悬浮浆液悬浮率随悬浮剂添加量呈正相关;对比悬浮率和流动参数,在水灰比1∶0.4的情况下,6种悬浮剂中添加XF4的气化灰渣浆液的悬浮效果最好,XF4的最佳添加量为1.75%,悬浮率为81.82%,流动度为22.80 cm。

关键词：悬浮剂浆液悬浮率流动度

基于钻孔救援的UWB雷达波传输衰减研究及展望

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工矿自动化 2023年第4期49卷 42-49页

作者：文虎刘盛铠郑学召蔡国斌黄渊张会西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 国家矿山救援西安研究中心陕西西安710054

快速精准地获取井下受灾人员位置是钻孔救援前期生命信息探测的关键问题。针对在垂直钻孔救援过程中,由于探测区域巷道坍塌或终孔位置偏移,无法快速准确地获取被困人员位置,耽误救援的黄金时间,影响人员生命安全的问题,通过开展UWB雷达... 详细信息

快速精准地获取井下受灾人员位置是钻孔救援前期生命信息探测的关键问题。针对在垂直钻孔救援过程中,由于探测区域巷道坍塌或终孔位置偏移,无法快速准确地获取被困人员位置,耽误救援的黄金时间,影响人员生命安全的问题,通过开展UWB雷达波传输衰减研究,为现场救援指挥人员快速制定救援方案。分析了UWB雷达波应用于矿山钻孔救援的现状和需求,并结合矿山钻孔救援背景,指出UWB雷达波传输衰减规律,从介质的各向同异性分析了介质的特性参数对雷达波传输衰减的影响;从介电常数、电导率、磁导率和时空变化4个方面分析了介质的电性参数对雷达波传输衰减的影响;从雷达频率和极化2个方面分析了雷达特征参数对雷达波传输衰减的影响。根据上述分析,指出目前对UWB雷达波同时穿透煤岩体等各向异性介质的研究和介质传播衰减机理研究较少;在井下复杂多变或模拟受灾后环境的UWB雷达波传输衰减理论与实验较少,相关规律总结较少;UWB雷达波关键参数与影响因素之间的映射关系数据库尚未完善。并给出未来需研究的关键技术:(1)对煤岩体等各向异性介质在宏观与微观上进行研究;(2)搭建灾变环境条件下雷达波传输衰减实验模拟系统;(3)增加灾变后非结构环境下UWB雷达信号传播特性的研究与信道建模数值模拟。

关键词：垂直钻孔救援 UWB雷达波传输衰减雷达特征参数介质电性参数

面向钻孔救援的UWB雷达回波信息处理关键问题研究进展

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煤矿安全 2023年第10期54卷 219-225页

作者：郑学召丁文蔡国斌黄渊寇智哲周博西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 国家矿山救援西安研究中心陕西西安710054

钻孔救援技术作为一种生命通道快速构建的新型救援技术已得到广泛应用。UWB雷达可基于钻孔实现非视条件下的人员生命信息探测,但UWB雷达回波易受井下环境噪声、背景杂波和探测目标运动状态影响,难以从中获得有效的被困人员生命信息。对... 详细信息

钻孔救援技术作为一种生命通道快速构建的新型救援技术已得到广泛应用。UWB雷达可基于钻孔实现非视条件下的人员生命信息探测,但UWB雷达回波易受井下环境噪声、背景杂波和探测目标运动状态影响,难以从中获得有效的被困人员生命信息。对基于钻孔救援的UWB雷达回波信息处理研究现状进行归纳总结:从杂波滤除方法、算法和模型3个方面对杂波的滤除现状进行梳理总结;从时域/频域分析方法、时频分析方法、数字处理技术和其他处理方式4个方面对有效特征提取的研究现状进行归纳;得出当前在钻孔救援中UWB雷达回波信息处理存在的主要问题:杂波滤除技术和滤除种类比较单一且缺乏滤波后信息验证、缺乏多类型的微多普勒特征提取、矿井灾害环境下UWB雷达回波信息处理研究较少、现有信息处理设备不能满足矿山钻孔救援需求。提出UWB雷达回波信息处理在钻孔救援中的发展趋势:(1)结合时频分析方法和多域处理进行杂波滤除研究;(2)利用神经网络模型研究基于钻孔救援的UWB雷达回波成分,并与地面环境对比;(3)运用ICA算法提取多种微多普勒特征,利用同步挤压短时傅里叶变换提取运动特征,基于互相关的联合多距离门信号的体征提取算法加强心跳信号提取;(4)研发融合多领域技术设备满足钻孔救援需求,扩充井下回波数据训练集,建立深度自学习的有效特征数据库。

关键词：钻孔救援技术 UWB雷达回波信息处理杂波滤除有效特征提取

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气化灰渣凝胶制备及其对煤自燃阻化性能研究

煤矿安全 2022年第1期53卷 24-30页

作者：郑学召吴佩利张嬿妮张铎郭行西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 国家矿山救援西安研究中心陕西西安710054

针对凝胶防灭火技术现场使用成本高,难以大范围使用等问题,以廉价的煤化工固废料-气化灰渣作为基料,并添加羟丙基甲基纤维素凝胶剂(HPMC),制备出一种新型气化灰渣凝胶材料。同时,以褐煤为研究对象,借助煤自燃程序升温-气相色谱联用实验... 详细信息

针对凝胶防灭火技术现场使用成本高,难以大范围使用等问题,以廉价的煤化工固废料-气化灰渣作为基料,并添加羟丙基甲基纤维素凝胶剂(HPMC),制备出一种新型气化灰渣凝胶材料。同时,以褐煤为研究对象,借助煤自燃程序升温-气相色谱联用实验和FTIR傅里叶变换光谱仪,比较分析CaCl_(2)阻化剂、气化灰渣凝胶的煤自燃阻化性能。结果表明:随煤温不断升高,CaCl_(2)阻化剂和气化灰渣凝胶的煤样中CO与C_(2)H_(4)释放体积分数明显低于原煤,且CO抑制率在煤温110℃时分别达到46%、67.5%;气化灰渣凝胶可使30~200℃温度范围内的煤氧活化能增长25.2%;气化灰渣凝胶能够显著降低C-O、C=C官能团含量,有效阻断自由基链式反应,其阻化性能更佳。

关键词：气化灰渣凝胶 CaCl_(2)阻化剂煤自燃标志气体活性官能团防灭火

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微晶结构与矿物元素对煤体电阻率的影响

科学技术与工程 2021年第34期21卷 14523-14527页

作者：郑学召吴佩利张铎童鑫李腾飞西安科技大学安全科学与工程学院西安710054 国家矿山救援西安研究中心西安710054

为分析不同煤体的电阻率变化规律,通过X射线衍射和矿物元素测定方法研究了芳香结构、矿物质种类、含量对电阻率的影响。结果表明:随煤变质程度的升高,002半峰宽收窄,峰形趋于尖锐,说明芳香片层间距d_(002)逐渐减小,芳香结构的石墨化程... 详细信息

为分析不同煤体的电阻率变化规律,通过X射线衍射和矿物元素测定方法研究了芳香结构、矿物质种类、含量对电阻率的影响。结果表明:随煤变质程度的升高,002半峰宽收窄,峰形趋于尖锐,说明芳香片层间距d_(002)逐渐减小,芳香结构的石墨化程度逐渐提高,电阻率则相应下降。芳香片层延展度L_(a)、堆砌高度L_(c)和堆砌芳香片数N随煤级提高也逐渐增大,最终趋于稳定,说明煤结构周边原子集团可能发生脱落,使煤大分子结构表现出高度缩合性和有序性,造成导电性能加强,电阻率降低。不同变质程度煤中矿物元素种类越多,反映离子含量越高,发生离子热运动的可能性增强,其电阻率相应减小。

关键词：电阻率微晶结构 X射线衍射煤体矿物元素

面向钻孔救援的超宽带雷达技术研究现状与方向

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工矿自动化 2021年第8期47卷 20-26页

作者：郑学召孙梓峪张嬿妮张铎徐承宇西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 国家矿山救援西安研究中心陕西西安710054

针对目前基于视音频的钻孔生命信息识别技术在矿山救援过程中所面临的视频遇障失效和声波衰减速度快的问题,研究了能穿透煤岩体、砖墙等障碍物进行非接触式测量,实现生命信息识别的超宽带(UWB)雷达技术。从UWB电磁波的传输衰减特性、杂... 详细信息

针对目前基于视音频的钻孔生命信息识别技术在矿山救援过程中所面临的视频遇障失效和声波衰减速度快的问题,研究了能穿透煤岩体、砖墙等障碍物进行非接触式测量,实现生命信息识别的超宽带(UWB)雷达技术。从UWB电磁波的传输衰减特性、杂波的滤除与优化、目标生命识别方法3个方面分析了UWB雷达技术在矿山钻孔救援中应用的现状和存在的问题:①UWB电磁波可对障碍物后人员生命信息进行识别与定位,其衰减与电场强度、磁场强度、频率和介质有关,但目前针对UWB电磁波传输衰减特性的研究缺乏对不同温度、探测频率、变质程度下各种煤岩体与UWB电磁波传输衰减之间的关系研究,对UWB电磁波的频率、入射角、极化形式等关键参数及变化特征与UWB电磁波衰减的关系研究较少。②采用经验模态分解法、MUSIC算法等方法可以对UWB电磁波中的杂波进行滤除,但缺乏对杂波滤除后有效波特征和信息的准确提取和科学表征,难以提高生命信息特征提取与识别的速度与精度。③UWB电磁波可以实现对障碍物后多目标人员生命体征如呼吸或心跳的捕捉,采用多雷达观测点可以提高低信噪比环境下生命信息探测的准确性,但目前的研究缺乏对呼吸、心跳、胸腔起伏、体温等多方位、多角度的系统识别与量化分析,缺乏对生命信息识别模型的优化方法。针对存在的问题,指出了UWB雷达技术在矿山钻孔救援应用中的研究方向:①研究不同条件下各煤岩体自身性质和电磁波相关参数对UWB电磁波在煤岩体中传输衰减的影响,得出其传输衰减规律。②研究适用于矿井环境下杂波的滤除优化与回波特征提取算法,利用回波中的有效特征建立学习样本数据库。③构建适用于矿井环境的人员生命信息识别模型,结合样本数据库对模型不断优化,以提高生命信息识别的精度和速度。

关键词：矿山钻孔救援钻孔垂直救援超宽带雷达生命信息识别 UWB电磁波传输衰减杂波滤除 UWB

松散煤体准多孔介质声速—煤温映射关系模型研究

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煤炭学报 2023年

作者：郭军陈昌明金永飞蔡国斌文虎李帅西安科技大学安全科学与工程学院国家矿山救援(西安)研究中心西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室

采空区等隐蔽空间煤温的精准判识一直是亟待解决的世界性难题，研究声学测温技术对精准探测松散煤体温度具有重要的实际意义，而声速与煤温之间映射关系的科学准确构建是声学法测煤温的关键。为此，本文考虑松散煤体自燃进程特征参数对... 详细信息

采空区等隐蔽空间煤温的精准判识一直是亟待解决的世界性难题，研究声学测温技术对精准探测松散煤体温度具有重要的实际意义，而声速与煤温之间映射关系的科学准确构建是声学法测煤温的关键。为此，本文考虑松散煤体自燃进程特征参数对声波传播的影响，建立了松散煤体准多孔介质的声速—煤温映射关系模型；设计搭建了松散煤体声学测温实验系统，通过开展多种粒径（0.6-1.5cm、1-3cm、3-5cm）松散煤体的声波测温试验，研究了不同粒径煤样低温氧化阶段（30～50℃）所产生的气体组分、浓度对声传播的影响规律，确定了等效路径转换因子λ；基于实测声速与等效路径转换因子间的关系，提出并确定了气体组分介质修正系数φ，验证了声速—煤温映射关系模型的可行性。结果表明：松散煤体声波传播路径受煤体粒径、温度及气体组分介质变化量等特征参数的影响，构建出声速—煤温映射关系模型；常温下声波在松散煤体准多孔介质中的传播路径主要受煤样颗粒间孔隙的影响，在煤样粒径为0.6-1.5cm、1-3cm、3-5cm中的声波传输等效路径转换因子λ分别为1.4261、1.3711及1.3152，与粒径呈负相关关系；煤温对声波传播的影响表现为煤自燃进程中气体组分介质变化对实测声速结果的改变，验证了声速与煤温之间映射关系的可行性；模型反演的煤温与实验煤温误差在6.46%范围内，平均误差2.52℃，能够很好地反映煤体温度。研究成果对探索一种新型煤温探测技术具有一定的理论价值，在煤火精准探测领域有良好的应用前景。

关键词：松散煤体声学测温煤温反演等效路径准多孔介质

基于伪随机序列的松散煤体声学测温方法及应用研究

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煤炭科学技术 2023年

作者：郭军高文静蔡国斌刘荫王凯旋西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室西安科技大学安全科学与工程学院国家矿山救援(西安)研究中心

长期以来，采空区、煤堆、煤仓等空间的煤自燃火灾时有发生，受限于工作区域的复杂环境和火源探测技术瓶颈等因素，较难实现煤自燃灾害高温点的快速量化识别。而声学测温技术具有测量精度高、测温范围宽、测量空间大等特点，可实现采空... 详细信息

长期以来，采空区、煤堆、煤仓等空间的煤自燃火灾时有发生，受限于工作区域的复杂环境和火源探测技术瓶颈等因素，较难实现煤自燃灾害高温点的快速量化识别。而声学测温技术具有测量精度高、测温范围宽、测量空间大等特点，可实现采空区等隐蔽火源位置精准探测且极具发展前景。目前该技术在松散煤体温度测量领域尚处于基础研究和实验室研究阶段，仍需开展大量研究。基于伪随机序列的优越性能，将其引入作为声源信号，并根据声学测温原理和伪随机序列声源信号产生原理，搭建了松散煤体声波测温实验系统。系统主体部分包括声学测试系统、程序升温系统、隔音系统和煤样箱体，结合试验测试和仿真模拟方法，验证了系统的准确性。利用理论分析、Matlab仿真和实验测试相结合的方法，开展伪随机序列声源信号的失真特性研究，确定了该信号的最佳处理方法，成功将其应用于松散煤体测温中。结果表明：伪随机序列可以作为采空区、煤堆、煤仓等空间的松散煤体声学测温的声源信号，但需运用二次相关PHAT-β算法对伪随机序列声源信号发生频率区间（1000～3000 Hz）进行处理，使频带变窄，能量集中；运用伪随机序列声源信号测量声波在松散煤体中飞渡时间，发现不同距离下声波飞渡时间误差结果误差小于5%，并通过了对比验证；伪随机序列作为松散煤体的测温声源信号时，所反演温度与不同粒径的煤样温度之间的平均绝对误差为2.051℃，平均误差率5.293%，能够较为精准、可靠地反演煤温。

关键词：声学测温松散煤体伪随机序列声源信号声波飞渡时间

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矿山钻孔垂直救援技术的思考及发展趋势

煤矿安全 2024年第4期55卷 245-250页

作者：肖明国张彪林中湘朱泽斌周博郑学召黄渊国家矿山应急救援大地特勘队北京100040 北京大地高科地质勘查有限公司北京100040 中煤地质集团有限公司北京100040 西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 国家矿山救援西安研究中心陕西西安710054

矿山钻孔垂直救援技术是一种快速高效的矿井应急救援手段,在以往矿山事故救援中起着关键性作用。阐释了矿山钻孔垂直救援技术原理,得出该技术具有远距离、高效率以及非接触式等优势;归纳分析了王家岭煤矿透水事故、山东平邑石膏矿事故... 详细信息

矿山钻孔垂直救援技术是一种快速高效的矿井应急救援手段,在以往矿山事故救援中起着关键性作用。阐释了矿山钻孔垂直救援技术原理,得出该技术具有远距离、高效率以及非接触式等优势;归纳分析了王家岭煤矿透水事故、山东平邑石膏矿事故的主要救援经过和主要成功要素。对现有的快速成孔方法和人员定位探测技术的局限性展开了一定的思考,展望了钻孔垂直救援技术的发展前景,指出未来我国矿山钻孔救援技术研究的重点研究方向主要包括:打造长距离、高精度、高效率的灾变矿山井下被困人员定位系统,深入研究矿山钻孔救援的快速精准安全成孔技术与灾变矿山井下穿墙探测技术,完善矿山钻孔救援方案,普及救援求生知识。

关键词：钻孔垂直救援事故分析高效成孔穿墙探测应急救援