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不同类型表面活性剂对烟煤润湿性能影响的分子模拟及实验

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煤炭学报 2024年第7期49卷 2986-2996页

作者：唐明云金靖艳江丙友郑春山周亮高世强王乐乐安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学安全科学与工程学院安徽淮南232001

喷雾降尘是现阶段矿井使用最广泛的除尘方式之一,水对煤的润湿性能对喷雾降尘效果有着直接的影响,所以在水中加入表面活性剂可提高水对煤的润湿性能。为探究不同类型表面活性剂对烟煤粉尘润湿性能影响,以快渗T、1227、BS-12和APG 4种类... 详细信息

喷雾降尘是现阶段矿井使用最广泛的除尘方式之一,水对煤的润湿性能对喷雾降尘效果有着直接的影响,所以在水中加入表面活性剂可提高水对煤的润湿性能。为探究不同类型表面活性剂对烟煤粉尘润湿性能影响,以快渗T、1227、BS-12和APG 4种类型的表面活性剂为代表,采用分子模拟技术和实验室实验相结合对烟煤的润湿性能进行了研究。一方面,利用分子模拟手段构建了表面活性剂水溶液的界面体系,基于氢键形成数目和径向分布函数理论,对表面活性剂自身的亲水性进行了模拟分析,并开展了4种试剂的表面张力实验,研究发现,快渗T形成氢键的数目最多,为398个,且径向分布函数曲线出现峰值最早在1.99×10^(-10)m处,最易与H_(2)O分子吸附,实验结果也表现为快渗T对水的表面张力削弱最强,即表面张力最小,为24.4 mN/m。另一方面,通过静电势计算,结合构建的表面活性剂/水/烟煤三元吸附体系相互作用能分析,研究了4种表面活性剂对烟煤润湿性影响,并分别开展了烟煤在4种试剂中的沉降实验和接触角实验,结果表明,快渗T与烟煤分子结合后该部位与水分子的电势差最大,为6.8535 eV,其与烟煤间相互作用能也最大,为-2705.12 kJ/mol,实验结果也表现为2种烟煤在快渗T中的沉降时间最小,分别为26.3、10.22 s,接触角最小,分别为25.8°、21.7°,由此表明分子模拟结果均与实验结果一致,均验证得出阴离子型表面活性剂快渗T对烟煤的润湿性能为最好。

关键词：表面活性剂烟煤分子模拟氢键润湿性

基于机器学习的煤与瓦斯突出预测研究进展及展望

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煤炭学报 2024年第2期49卷 664-694页

作者：薛生郑晓亮袁亮来文豪张玉婷安徽理工大学深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学煤炭安全精准开采国家地方联合工程研究中心安徽淮南232001 合肥综合性国家科学中心能源研究院(安徽省能源实验室) 安徽合肥230031 安徽理工大学公共安全与应急管理学院安徽合肥231100 安徽理工大学电气与信息工程学院安徽淮南232001

我国煤矿安全生产形势不断好转,但煤与瓦斯突出事故仍时有发生。煤与瓦斯突出预测不仅能指导防突措施科学的运用、减少防突措施工程量,在一定程度上也可以确保煤矿工人的作业安全。机器学习(Machine Learning, ML)是一门涉及概率论、统... 详细信息

我国煤矿安全生产形势不断好转,但煤与瓦斯突出事故仍时有发生。煤与瓦斯突出预测不仅能指导防突措施科学的运用、减少防突措施工程量,在一定程度上也可以确保煤矿工人的作业安全。机器学习(Machine Learning, ML)是一门涉及概率论、统计学和计算机学等领域的交叉学科,可以挖掘突出事故和指标间的非线性关系。将机器学习用于煤与瓦斯突出预测,已得到相对广泛的关注,并随着人工智能和计算机技术的快速进步,其在突出预测领域将发挥更大作用。因此,对机器学习在煤与瓦斯突出预测中的研究进行了全面的综述,分析其在突出预测中面临的难点并展望其发展方向。首先,简述煤与瓦斯突出假说、发生机理与预测指标选择的研究现状;介绍机器学习在煤与瓦斯突出预测领域的主要研究进展,包括支持向量机(Support Vector Machines,SVM)、人工神经网络(Artificial Neural Network, ANN)、极限学习机(Extreme Learning Machines,ELM)和集成学习(Ensemble Learning, EL)等算法的应用,以及特征选择和缺失数据填补在数据处理等方面的创新,同时也指出了目前基于机器学习的突出预测研究面临的挑战及存在的问题,例如事故与非事故样本的不平衡、数据的指标缺失和机器学习中的小样本等;最后,展望了基于机器学习的煤与瓦斯突出预测的未来发展方向,包括改进算法性能、优化特征工程和增加样本量等。随着计算机性能的提升,有望开发出更为复杂、精准的模型,以提高对突出事故的准确预测能力。

关键词：煤与瓦斯突出机器学习突出预测特征选择

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井筒提升机数字孪生系统研究

系统仿真学报 2024年第9期36卷 2054-2064页

作者：赵佰亭施建国贾晓芬安徽理工大学电气与信息工程学院安徽淮南232001 安徽理工大学省部共建深部采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽淮南232001

为解决矿井提升系统虚拟化、数字化程度低的问题,提出基于数字孪生的井筒提升机数字化建模三维可视化与虚实交互的方法。面向井筒提升机系统,基于数字孪生五维模型框架,分析设备运行机理,对井筒提升机进行全物理属性的数字化系统建模。... 详细信息

为解决矿井提升系统虚拟化、数字化程度低的问题,提出基于数字孪生的井筒提升机数字化建模三维可视化与虚实交互的方法。面向井筒提升机系统,基于数字孪生五维模型框架,分析设备运行机理,对井筒提升机进行全物理属性的数字化系统建模。构建多维多尺度模型和多维异构数据模型,搭建孪生数字场景,结合虚实映射技术实现虚拟、物理场景两者的动态映射与虚实交互。以Unity3D虚拟引擎来搭建平台,集成上述功能,实现系统的数字化虚实映射与三维可视化。以某井筒提升机为应用对象,设计并开发了井筒提升机数字孪生系统,为井筒提升机数字孪生模型构建方法的实现提供了参考。

关键词：数字孪生矿井提升系统数字化建模虚实映射三维可视化

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单轴压缩下松软煤体波速演化与裂隙分布特征

煤炭科学技术 2024年第4期52卷 288-301页

作者：朱传奇王磊陈礼鹏张宇王安铖安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽淮南232001

为研究松软煤体超声波传播规律与破坏特征,选用型煤代替原煤,设定3条波速传播路径,运用MTS岩石力学实验机、PCI-Ⅱ声发射仪开展单轴压缩条件下煤体多路径波速同步监测试验,引入各向异性指数分析波速演化规律;选定3个横、纵向切面,采用C... 详细信息

为研究松软煤体超声波传播规律与破坏特征,选用型煤代替原煤,设定3条波速传播路径,运用MTS岩石力学实验机、PCI-Ⅱ声发射仪开展单轴压缩条件下煤体多路径波速同步监测试验,引入各向异性指数分析波速演化规律;选定3个横、纵向切面,采用CT扫描设备开展破坏特征观测试验,重构破坏后煤体细观几何结构,对比研究二维横纵切面裂隙分布差异性;探讨波速和三维裂隙体积的关系。结果表明:①随轴向应变的增加,平行、垂直加载方向及煤体平均波速均表现出先平稳后降低再平稳的基本规律,波速各向异性指数具有先平稳后增大再平稳的变化趋势;垂直加载方向波速最先下降,且降幅最大。②与纵向切面相比,破坏后煤体横向切面裂隙谱峰占比和裂隙分形维数均较大,裂隙密度较高,裂隙形态也较为复杂。③随裂隙体积的增大,破坏后煤体平均波速大致呈线性降低,单轴荷载作用下煤体内部裂隙扩展以平行加载方向为主,裂隙竖向线状扩展是造成各方向波速和横纵切面破坏特征差异性的主要原因。④与平行加载方向相比,采用垂直加载方向波速求得的损伤变量较大、评价煤体损伤破坏状态也更为可靠。现场采用声波评价煤体破坏状态时,将声波传播路径设置为垂直煤体受载(最大主应力)方向,有利于提高预测失稳事故的合理性。

关键词：松软煤体损伤破坏裂隙分布各向异性指数 CT扫描

三维尺度下岩桥倾角与矿物结构对煤体损伤破坏影响研究

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岩石力学与工程学报 2024年第9期43卷 2108-2124页

作者：王磊商瑞豪朱传奇刘怀谦袁秋鹏李少波陈礼鹏安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽淮南232001

为探究三维尺度下岩桥倾角与矿物结构对煤体损伤破坏的影响,以原煤预制不同岩桥倾角的双裂隙试样,开展单轴加载试验,借助CT扫描设备对试样压缩破坏过程进行阶段性扫描,采用阈值分割、三维重构等图像处理技术以及数字体积相关方法,分析... 详细信息

为探究三维尺度下岩桥倾角与矿物结构对煤体损伤破坏的影响,以原煤预制不同岩桥倾角的双裂隙试样,开展单轴加载试验,借助CT扫描设备对试样压缩破坏过程进行阶段性扫描,采用阈值分割、三维重构等图像处理技术以及数字体积相关方法,分析受载煤样内部裂隙动态演化规律及变形损伤特性,并结合PFC3D模拟程序,探究试样加载全程不同阶段的内部应力分布特征。研究结果表明:随着岩桥倾角的增加,煤样宏观强度呈现出逐渐减小的趋势;受预制裂隙的影响,煤样X,Y,Z向位移场演化特征存在差异,X向位移场中的局部高位移区随着加载由岩桥区域向端部转移,Y向位移场加载全过程中局部高位移区始终徘徊在岩桥区域及预制裂隙周围,Z向位移场在各加载阶段均呈现出明显的分层现象,位移量小且均匀;不同岩桥倾角双裂隙煤样主要包括3种裂纹扩展类型及4种贯通模式,根据裂纹的扩展路径及破坏面上受力特征,得到0°和90°岩桥倾角煤样破坏模式为张拉破坏,30°和60°岩桥倾角煤样破坏模式为拉剪复合破坏;新生裂纹扩展与矿物赋存状态的关系主要包括包裹型扩展、绕砾型扩展以及穿砾型扩展3种形式,其中,穿砾型扩展出现次数最多,包裹型扩展最少;通过模拟试验可知,含双裂隙煤样各个方向的受力特征在峰值阶段存在差异,当切片位置由试样外部向试样内部延伸时,Y,Z向及总应力数值均呈现出逐渐增大的趋势,而X向应力数值则呈现出先减小后增加的现象。

关键词：岩石力学岩桥倾角矿物结构 CT扫描颗粒流模拟损伤破坏

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爆破扰动高应力巷道围岩力学响应特征研究

煤炭科学技术 2024年第6期52卷 1-13页

作者：常聚才齐潮殷志强史文豹吴博文王拓高翔安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学矿业工程学院安徽淮南232001 安徽理工大学安徽省煤矿安全采掘装备制造业创新中心安徽淮南232001

为研究深井厚硬顶板采场巷道围岩在高静载和强动载耦合作用下的力学响应,基于相似模拟试验分析原岩应力、采动应力及爆破扰动三阶段的巷道围岩应力场与位移场,结合光纤环向应变场研究巷道围岩破坏特征,探索爆破扰动应力波在不同煤岩体... 详细信息

为研究深井厚硬顶板采场巷道围岩在高静载和强动载耦合作用下的力学响应,基于相似模拟试验分析原岩应力、采动应力及爆破扰动三阶段的巷道围岩应力场与位移场,结合光纤环向应变场研究巷道围岩破坏特征,探索爆破扰动应力波在不同煤岩体中的传播规律及巷道动力响应机制。研究结果表明:巷道开挖后顶底板卸压明显,两帮产生应力集中区,采动应力阶段应力集中区范围增加50%,爆破后顶板围岩沿垮落角大范围卸压,应力沿巷道左肩窝逆时针逐渐增大;浅部巷道围岩呈现向自由面膨胀–变形,受巷道肩窝处剪切滑移错动影响,锚杆、锚索支护场产生相反的位移量,应力波扰动后,巷道左帮产生拉伸裂纹并与锚杆支护场连成宏观裂纹,裂纹发育高度大于锚杆支护场高度;巷道围岩顶底板呈现明显的张拉破坏特征,左右肩角呈现张拉及剪切复合破坏形式;应力波由小阻抗介质进入大阻抗介质的衰减速度最快,在同种介质中衰减速度次之,由大阻抗介质进入小阻抗介质中应力波峰值反而增大,应力波峰值强度衰减后仍大于巷道顶板极限抗拉强度,导致巷道围岩大变形失稳并产生一定程度的动力响应。基于应力波连续穿过层状岩体理论模型,结合动静载叠加理论,可优化爆破参数从而实现减冲抗冲主被动联合支护。

关键词：高静载强动载巷道围岩爆破扰动高应力

低温-浸水复杂条件下催化燃烧式甲烷探测器响应特性

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清华大学学报（自然科学版） 2024年第6期64卷 965-974页

作者：何庆聂士斌张红刘小勇郭贤徐良骥安徽理工大学安全科学与工程学院淮南232001 合肥综合性国家科学中心能源研究院(安徽省能源实验室) 合肥230000 安徽理工大学公共安全与应急管理学院合肥231131 清华大学合肥公共安全研究院合肥230601

甲烷气体泄漏会导致火灾爆炸事故的发生,恶劣的环境条件(如低温和浸水)会影响甲烷泄漏的精准检测。该研究系统分析了浸水和低温-浸水复杂条件下催化燃烧式甲烷探测器的响应特性及其影响机制。研究结果表明:浸水会显著降低甲烷探测器的... 详细信息

甲烷气体泄漏会导致火灾爆炸事故的发生,恶劣的环境条件(如低温和浸水)会影响甲烷泄漏的精准检测。该研究系统分析了浸水和低温-浸水复杂条件下催化燃烧式甲烷探测器的响应特性及其影响机制。研究结果表明:浸水会显著降低甲烷探测器的灵敏度,浸水后探测器报警浓度增长90.3%。相比于室温浸水,低温-浸水使报警浓度降低23.3%,响应时间的重复性能提升,平均标准差降低65.16%。浸水后传感器表面的水膜会阻碍甲烷气体进入传感器内部,使得传感器内甲烷含量降低;浸水还会导致催化剂的比表面积降低和催化剂水中毒,减少了甲烷气体的吸附位点,因此浸水后探测器需要更高浓度的甲烷才能触发报警状态。低温环境下探测器铂丝加热器电阻变化更为显著,吸收较少的催化燃烧反应热就能达到报警所需的电阻变化量,降低了探测器报警所需的甲烷浓度,因此低温环境有效减弱了浸水对探测器的不利影响。该文为进一步研究低温-浸水复杂条件对甲烷探测器性能的影响提供了实验依据,有利于提高甲烷泄漏的精准检测。

关键词：甲烷泄漏甲烷探测器低温-浸水复杂条件报警浓度响应时间

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安徽省关闭煤矿资源调查及其综合利用研究

煤田地质与勘探 2024年第6期52卷 1-11页

作者：刘飞跃陈澫赟杨科段敏克刘钦节杨凌越安徽理工大学深部煤炭资源智能绿色开采安徽省联合共建学科重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学安徽省关闭/废弃矿井资源开发利用工程研究中心安徽淮南232001

【目的】在煤炭资源持续高强度开发与能源供给侧结构性改革的背景下,安徽省关闭了一批资源枯竭、产能落后的煤矿,而关闭煤矿仍赋存有地下空间、遗煤、瓦斯、矿井水、土地与基础设施设备等资源,开展关闭煤矿资源再利用具有现实的工程价... 详细信息

【目的】在煤炭资源持续高强度开发与能源供给侧结构性改革的背景下,安徽省关闭了一批资源枯竭、产能落后的煤矿,而关闭煤矿仍赋存有地下空间、遗煤、瓦斯、矿井水、土地与基础设施设备等资源,开展关闭煤矿资源再利用具有现实的工程价值和经济效益。【方法】统计自2013年以来安徽省59座关闭煤矿基础信息和再利用现状,分析关闭煤矿分布特征、遗留资源与再利用潜力;构建安徽省关闭煤矿数据库与WebGIS云平台,实现关闭煤矿信息查询分析与可视化;以潘一矿与石台煤矿为例,分别介绍遗留瓦斯抽采与半地下抽水蓄能的关闭煤矿再利用方案。【结果和结论】结果表明:安徽省关闭煤矿主要集中分布在两淮矿区,部分关闭煤矿关闭时间较短、遗留资源丰富、产权隶属清晰,再利用潜力较大;潘一关闭煤矿综合使用封闭墙压管抽采、原抽采钻孔抽采和地面钻井抽采的立体化遗留瓦斯抽采技术,实施关闭煤矿采空区“排水-抽采-利用”的一体化工程,3年内累计抽采瓦斯量4 840万m^(3)、发电8 590万kW·h、直接经济效益5 120万元,同时保障了相邻矿井的安全生产;石台关闭煤矿拟建设半地下抽水蓄能电站,地下空间可提供有效库容30万m^(3)、装机容量35 MW。案例分析表明安徽省部分关闭煤矿资源再利用在技术经济上具有合理性,但仍需开展进一步深入研究。

关键词：关闭煤矿 WebGIS云平台瓦斯抽采抽水蓄能安徽省

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高低温试验箱数字孪生系统构建方法

系统仿真学报 2024年

作者：陈清华梁作友关维娟季家东刘萍安徽理工大学机电工程学院安徽理工大学环境友好材料与职业健康研究院(芜湖) 安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽理工大学数学与大数据学院

高低温试验箱主要用于航空航天器、新能源汽车动力电池等设备的极端环境适应性检测，对保证其安全运行至关重要，其极端环境模拟能力则决定了检测结果的可靠性。高低温试验箱长时宽温域运行时，其工作性能随时间动态演变，实现全气候、... 详细信息

高低温试验箱主要用于航空航天器、新能源汽车动力电池等设备的极端环境适应性检测，对保证其安全运行至关重要，其极端环境模拟能力则决定了检测结果的可靠性。高低温试验箱长时宽温域运行时，其工作性能随时间动态演变，实现全气候、全生命周期设备管理，对于保障其安全可靠运行至关重要。因此，针对高低温试验箱数字孪生系统构建需求，采用以MQTT为通信协议的EMQX服务器进行数据传输，在实时数据驱动下，实现物理实体和虚拟模型实时动态交互映射，并利用神经网络模型和遗传算法对设备运行状态进行评估、预测及提供系统调整策略，实现工作人员全气候、全寿命、全工况了解设备运行状态，有效保障高低温试验箱的安全可靠运行。

关键词：数字孪生高低温试验箱动态映射虚实交互综合监测