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卤盐阻化剂对煤自燃阻化作用的定量识别及机理

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煤炭科学技术 2024年第6期52卷 132-141页

作者：孟祥宁梁运涛郭宝龙孙勇田富超煤炭科学研究总院北京100013 中煤科工集团沈阳研究院有限公司煤矿安全技术国家重点实验室和煤矿灾害防控全国重点实验室辽宁抚顺113122 山东科技大学安全与环境工程学院山东青岛266590

煤自燃灾害严重影响煤矿安全生产,卤盐阻化是防治煤自燃灾害的主要措施之一。优化阻化工艺、提高阻化效果的前提是掌握阻化剂的物理、化学阻化作用机制。为此,探究卤盐阻化剂对煤自燃的主要抑制方式,明确其物理、化学作用对煤层阻化的... 详细信息

煤自燃灾害严重影响煤矿安全生产,卤盐阻化是防治煤自燃灾害的主要措施之一。优化阻化工艺、提高阻化效果的前提是掌握阻化剂的物理、化学阻化作用机制。为此,探究卤盐阻化剂对煤自燃的主要抑制方式,明确其物理、化学作用对煤层阻化的贡献比显得尤为重要。基于此,提出一种定量识别卤盐阻化剂阻化作用的方法。本次研究卤盐中具有代表性的MgCl_(2)阻化剂,采用超声波清洗器多次反复冲洗阻化煤样和水洗煤样,得到水洗阻化煤样和水洗参考煤样。通过程序升温试验和红外光谱试验研究不同煤样的指标气体浓度、交叉点温度、阻化率和活性基团的变化规律,从宏微观角度研究卤盐阻化剂的物理、化学阻化作用。结果表明:水洗阻化煤样的产气浓度、交叉点温度、阻化率和活性基团含量明显低于原煤样,却高于阻化煤样,这说明MgCl_(2)阻化剂对煤自燃起到协同抑制作用,具有物理化学双重阻化效果。煤氧化反应前期,物理阻化作用大于化学阻化作用,煤氧化反应后期,化学阻化作用占主导地位,明显高于物理阻化作用。MgCl_(2)的化学抑制作用体现在能与煤中活性物质反应生成比较稳定的物质(ROCl)和镁络合物(Mg(OH)Cl),使得煤的活性下降,从而降低了煤的自热风险。MgCl_(2)阻化剂物理、化学阻化作用对平庄褐煤的贡献比分别为56.37%和43.63%,对同忻烟煤的贡献比为57.91%和42.09%,对白芨沟无烟煤的贡献比为59.60%和40.40%。随着煤样变质程度的增加,物理阻化作用贡献比增加,化学阻化作用贡献比减小,平庄褐煤的化学阻化作用是白芨沟无烟煤的1.08倍。该研究有助于丰富卤盐阻化剂的阻化机理,并为优化防灭火工艺提供理论指导。

关键词：煤自燃卤盐阻化剂化学阻化作用物理阻化作用阻化率

榆神矿区中深煤层开采松散含水层地下连续墙侧向截水帷幕可行性分析

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煤炭学报 2024年

作者：赵春虎王世东姬中奎朱开鹏梁向阳中煤科工西安研究院(集团)有限公司煤矿灾害防控全国重点实验室陕西省煤矿水害防治技术重点实验室

榆神矿区是陕北煤炭基地的主力矿区，高强度煤炭资源开发过程中煤层顶板水害与地下水资源流失问题突出，随着黄河流域生态环境保护战略的全面推进，对矿井水防治与水资源保护提出了超前化、主动化、源头化的地质保障要求。文章针对陕北... 详细信息

榆神矿区是陕北煤炭基地的主力矿区，高强度煤炭资源开发过程中煤层顶板水害与地下水资源流失问题突出，随着黄河流域生态环境保护战略的全面推进，对矿井水防治与水资源保护提出了超前化、主动化、源头化的地质保障要求。文章针对陕北榆神矿区井工煤矿煤层开采影响下近地表富水松散含水层涌（失）水问题，借鉴露天大水矿区地下连续墙的帷幕减渗成功经验，从稳定的补给水源、相对集中补给通道，以及防绕流托底三个方面总结了煤矿区开展地下水连续墙截水帷幕的基本条件；通过建立井工煤矿开采与松散富水含水层帷幕条件下矿井涌水量理论计算模型，得出截水帷幕墙体渗透能力越弱、厚度越大，以及距离采掘范围越近是减少煤层顶板近地表松散含水层涌（失）水的基本原理。以榆神矿区某矿工作面集中涌水问题对研究对象，依据井工煤矿地下水连续墙帷幕减渗基本原理，分析得出工作面集中涌水区段主要水源以近地表松散含水层地下水为主，且具备稳定可观的动态补给，煤层开采形成的导水裂隙突破顶板隔水土层揭露松散层内条带状古河道（古河道内隔水土层变薄、松散层增厚），形成了相对集中的涌水通道，以及在“上含下隔”（上为富水松散含水层，下为相对隔水土层）的防绕流托底组合结构下，认为该区段具有建造侧向截水帷幕墙的可行性。并建立了案例矿井正常开采与侧向帷幕墙建设条件下地下水系统数值模型，模拟结果显示，在工作面外围局部侧向帷幕工况下（侧向帷幕墙体长度600m），帷幕墙体内外松散含水层地下水水位梯度显著加剧，但由于松散含水层良好的渗透性，以及井田地面东高西低地形地貌控水条件，帷幕墙体外围近地表松散层地下水水位整体未发生明显抬升，原来通过薄基岩区、松散层增厚带进入工作面采空区的地下水径流量沿帷幕墙体外围导流至下游，600m长侧向截水帷幕整体减水效率28.43%。文章研究成果为榆神矿区井工煤矿开展基于侧向截水帷幕的顶板水害防治与地下水资源保护可行性分析提供了科学依据。

关键词：顶板水害导水裂隙充水条件截水帷幕保水开采

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脱碳煤气化渣对混凝土强度的影响

西安科技大学学报 2024年第05期 892-900页

作者：李鹏杜阳张军飞中煤科工集团沈阳研究院有限公司煤矿灾害防控全国重点实验室煤矿安全技术国家重点实验室榆林泰发祥矿业有限公司麻黄梁煤矿

为解决煤气化产生高含碳气化细渣引起土地、水体污染及造成资源极大浪费等问题，以脱碳煤气化渣作掺合料，对其微观结构和表面官能团特性进行扫描电子显微镜与傅立叶变换红外光谱技术分析；设计4因素5水平的正交试验，制备掺脱碳煤气化... 详细信息

为解决煤气化产生高含碳气化细渣引起土地、水体污染及造成资源极大浪费等问题，以脱碳煤气化渣作掺合料，对其微观结构和表面官能团特性进行扫描电子显微镜与傅立叶变换红外光谱技术分析；设计4因素5水平的正交试验，制备掺脱碳煤气化渣混凝土试件，分析脱碳煤气化渣掺量对不同龄期混凝土抗压强度的影响，并探讨掺脱碳煤气化渣混凝土最佳配比下硬化产物的水化机理。结果表明：掺脱碳煤气化渣混凝土配比水胶比为0.18、硅灰掺量为20%、粉煤灰掺量为10%、脱碳煤气化渣掺量为5%时，混凝土具有较好性能；10%以内的掺量对混凝土强度具有较为明显的提升作用，可作为掺料用于高强度混凝土制备；水化初期，研磨后脱碳煤气化渣内非晶态矿物质与水泥水化产生的氢氧化钙反应生成大量低结晶性水化硅酸钙凝胶；脱碳煤气化渣表面含有较多的含氧官能团，具有较强亲水性，一定程度上加快了水化反应的进程；水化后期生成了高结晶性钙矾石等针棒状晶体，使其强度得以增强。

关键词：脱碳煤气化渣高强度混凝土抗压强度最佳配比水化机理

来源：博看期刊

冲击地压矿井充填开采工作面采动应力激增与跌落机制

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煤炭学报 2024年第S1期49卷 22-35页

作者：唐岳松孙文超李增强曹鹏王伟郑晓晨张付强陈明振王兆会中国矿业大学(北京)能源与矿业学院山东东山古城煤矿有限公司兖矿能源集团股份有限公司山东煤炭科技研究院分公司济宁市能源局

高应力、多断层是深部矿井冲击地压灾害频率走高的主要原因，充填开采作为降载减冲的最直接手段，依然无法根除冲击地压灾害的发生。为降低冲击地压对冲击倾向性煤层安全开采的影响，采用现场实测、理论分析和室内试验手段研究深部充填... 详细信息

高应力、多断层是深部矿井冲击地压灾害频率走高的主要原因，充填开采作为降载减冲的最直接手段，依然无法根除冲击地压灾害的发生。为降低冲击地压对冲击倾向性煤层安全开采的影响，采用现场实测、理论分析和室内试验手段研究深部充填开采条件下采动应力激增与跌落机制，探究坚硬顶板预裂爆破与大直径钻孔协同卸压效果。在高应力、多断层、不等宽煤柱和开采扰动多因素叠加影响下，充填开采工作面采动应力存在集中、激增与跌落现象，集中程度小于2.0，非断层影响区超前采动影响范围达到30 m，断层影响下增加至50 m，断层与煤柱叠加影响下增加至70 m；断层活化和围岩破坏引起应变能瞬间释放，转变为破坏煤岩动能，转换率达到17%；揭示了动载应力波产生原理，动载应力波与静态应力场叠加引起采动应力状态骤变；叠加前后若煤岩始终处于破碎状态，则它呈现压实硬化力学行为，发生应力激增现象；若煤岩由完整过渡至破碎状态，则它呈现脆性松脱力学行为，发生应力跌落现象；若煤岩始终处于完整状态，则它呈现弹性回弹力学行为，发生动载冲击现象。微震监测未发现105 J以上的大能量事件，表明充填体支撑下坚硬顶板未发生大范围破断；断层导致微震事件非对称分布，进风巷侧呈现高频低能分布模式，回风巷侧呈现低频高能分布模式，因此，回风巷发生2次冲击地压监测预警，进风巷发生1次冲击地压监测预警；提出了坚硬顶板爆破预裂与大直径钻孔协同卸压技术，顶板岩层形成了大尺度爆破裂隙，有效控制了应力集中程度和应力增长速度，降低了深部开采冲击地压灾害风险。

关键词：冲击地压充填开采采动应力断层构造微震监测

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陕西省煤矿典型水灾隐患特征及治理技术

煤炭学报 2024年第2期49卷 902-916页

作者：董书宁樊敏郭小铭刘英锋郭康姬中奎李超峰薛小渊煤炭科学研究总院北京100013 中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077 陕西省煤矿水害防治技术重点实验室陕西西安710077

陕西省煤炭资源丰富,2022年煤炭产量达7.46亿t,是我国主要产煤省份之一。由于全省煤矿区地质及水文地质条件差异明显,煤矿水灾类型多样,随着近年煤炭开采强度的增大,水灾事故时有发生,防治水形势较为严峻。以煤炭赋存条件为基础,系统总... 详细信息

陕西省煤炭资源丰富,2022年煤炭产量达7.46亿t,是我国主要产煤省份之一。由于全省煤矿区地质及水文地质条件差异明显,煤矿水灾类型多样,随着近年煤炭开采强度的增大,水灾事故时有发生,防治水形势较为严峻。以煤炭赋存条件为基础,系统总结区域水文地质结构特征,界定典型水灾类型及各类水灾影响区域分布,论述典型水灾的形成机理及特征,并提出了相应的防控技术。研究表明:(1)陕西省主要煤炭产区分为陕北、黄陇、渭北三大区,陕北侏罗纪煤田主要有顶板松散沙层水灾隐患、厚层砂岩水灾隐患、溃水溃沙灾害,局部区域分布有烧变岩对煤矿造成水灾隐患;黄陇煤田主要受顶板巨厚砂岩水灾隐患、离层溃水隐患、泥砂溃涌灾害隐患威胁;陕北石炭—二叠纪煤田和渭北煤田,主要受到煤层底板奥陶系灰岩水灾隐患威胁。(2)陕北侏罗系煤田顶板水灾隐患主要为顶板含水层受开采导水裂隙带扰动形成,导水裂隙波及砂岩含水层或松散沙层可形成持续大流量涌水,部分区域充水强度较大,在短时间水量较大超过排水系统能力时造成顶板水灾,在薄基岩区域垮落带直接导通松散沙层时可转变为溃水溃沙灾害,导水裂隙带影响到烧变岩富水区域时可形成瞬时水量大且持续的烧变岩水灾;黄陇煤田顶板巨厚砂岩含水层受采动导水裂隙带波及形成高强度持续涌水并可能形成顶板水灾,当含水层下部隔水层厚度较大时,可能形成离层溃水灾害,当近煤层顶板岩层松软遇水易崩解时可转变为泥砂溃涌灾害;陕北石炭—二叠纪煤田和渭北煤田,煤层开采底板扰动破坏带或断层等构造导通奥陶系灰岩含水层时,会引发极为严重的底板突水灾害,该类灾害具突发性强、瞬时水量大的特征。(3)各区域的顶板水灾隐患治理技术主要包括钻孔疏泄、注浆治理、开采参数控制等,底板水灾隐患治理技术主要包括区域注浆加固及封堵等;烧变岩水灾隐患主要采取帷幕注浆与钻孔探放有机结合的防治技术。

关键词：陕西省煤矿溃水溃沙烧变岩水灾离层溃水泥砂溃涌底板奥灰水灾

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蒙陕接壤区煤层顶板涌水水源智能判别方法

煤田地质与勘探 2024年第4期52卷 76-88页

作者：王皓孙钧青曾一凡尚宏波王甜甜乔伟煤炭科学研究总院北京100013 中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077 陕西省煤矿水害防治技术重点实验室陕西西安710077 中国矿业大学(北京)国家煤矿水害防治工程技术研究中心北京100083

蒙陕接壤区煤炭高强度开采诱发的煤层顶板水害问题日益凸显,高效智能地判别煤层顶板涌水水源是顶板水害防治的关键。以蒙陕接壤区3个典型矿井为研究对象,将无机指标K^(+)+Na^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)、Cl^(-)、SO_(4)^(2-)、HCO_(3)^(-)、... 详细信息

蒙陕接壤区煤炭高强度开采诱发的煤层顶板水害问题日益凸显,高效智能地判别煤层顶板涌水水源是顶板水害防治的关键。以蒙陕接壤区3个典型矿井为研究对象,将无机指标K^(+)+Na^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)、Cl^(-)、SO_(4)^(2-)、HCO_(3)^(-)、TDS和有机指标UV_(254)、TOC、溶解性有机质(DOM)的荧光光谱作为判别指标,利用主成分分析法(PCA)对80组地下水水样数据进行主成分提取,提出一种人工鱼群算法(AFSA)改进随机森林(RF)的PCA-AFSA-RF顶板涌水水源智能判别方法。首先,建立PCA-RF判别模型,其准确率(A_(c))、精确率(P_(r))、召回率(R_(c))和F-measure指数(f_(1))分别达到了83.00%、83.17%、80.42%和79.57%;其次,通过AFSA对PCA-RF判别模型中决策树数目、树深和内部节点分裂所需的最小样本数进行寻优,在AFSA中引入遗传机制以避免陷入局部最优,建立基于PCA-AFSA-RF的煤层顶板涌水水源智能判别模型,该模型A_(c)、P_(r)、R_(c)、f_(1)分别达到92.18%、91.11%、87.58%和88.82%,较PCA-RF分别提高9.18%、7.94%、7.16%和9.25%,回代准确率达到97.50%;最后,利用该模型对12个矿井水水样进行判别,结果与现场实际相一致,表明AFSA改进后的PCA-RF模型具有更好的准确性和泛化能力。研究结果可为煤层顶板涌水水源的准确判别提供新方法。

关键词：蒙陕接壤区顶板涌水无机-有机指标机器学习智能判别

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基于非稳态扩散的复合煤体能量失稳致灾研究

煤炭科学技术 2024年第7期52卷 126-138页

作者：秦玉金苏伟伟卢守青李铭杰中煤科工集团沈阳研究院有限公司煤矿安全技术国家重点实验室辽宁沈阳113122 煤炭科学研究总院北京100013 青岛理工大学安全科学与工程系山东青岛266520

在我国由于地质构造作用的影响,导致煤层中多存在原生结构煤和构造煤分层的现象;而构造煤的存在导致复合煤层突出危险性急剧增加,这严重制约我国煤矿安全生产。根据软硬复合煤体瓦斯的扩散状态,模拟分析了非稳态扩散复合煤体的力学失稳... 详细信息

在我国由于地质构造作用的影响,导致煤层中多存在原生结构煤和构造煤分层的现象;而构造煤的存在导致复合煤层突出危险性急剧增加,这严重制约我国煤矿安全生产。根据软硬复合煤体瓦斯的扩散状态,模拟分析了非稳态扩散复合煤体的力学失稳规律;建立了非稳态扩散的吸附瓦斯膨胀能计算模型,探讨了稳态扩散和非稳态扩散对于吸附瓦斯膨胀能的影响,从能量角度分析了吸附瓦斯膨胀能对突出的控制作用,阐释了非稳态扩散复合煤体的突出失稳致灾机制。结果表明:复合煤层中构造煤的存在能够增加其邻近原生结构煤的塑性破坏程度,提高了原生结构煤塑性区内的瓦斯运移速度,进而增加煤与瓦斯突出危险性;非稳态扩散条件下原生结构煤和构造煤的吸附瓦斯膨胀能是稳态扩散条件的0.50~0.57倍和3.36~3.38倍,复合煤层中由于构造煤的存在导致原生结构煤内部裂隙-基质系统间产生巨大的瓦斯浓度差,使得原生结构煤基质内部的吸附瓦斯迅速解吸,增加邻近原生煤中吸附瓦斯膨胀能,进而使得复合煤层的突出危险性显著增加。

关键词：非稳态扩散原生结构煤构造煤复合煤层煤与瓦斯突出

纳米氧化铟锡诱导大鼠肺损伤模型的建立及病理特征的探讨

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中华结核和呼吸杂志 2024年第9期47卷 815-826页

作者：曲晓雨李纬康赵燕姿林殷乔李小然陈晓阳关毅蔚岩薛玲刘楠华北理工大学公共卫生学院河北省煤矿卫生与安全重点实验室唐山063210

目的研究纳米氧化铟锡(Nano-ITO)致大鼠肺损伤模型中的动态病理学特征,指导临床和基础科研进一步探索肺间质损伤和肺泡蛋白沉积症(PAP)的机制。方法建立大鼠非暴露式气管灌注染毒Nano-ITO模型,进行剂量反应(1.2、3、6 mg·kg^(-1)·bw^(... 详细信息

目的研究纳米氧化铟锡(Nano-ITO)致大鼠肺损伤模型中的动态病理学特征,指导临床和基础科研进一步探索肺间质损伤和肺泡蛋白沉积症(PAP)的机制。方法建立大鼠非暴露式气管灌注染毒Nano-ITO模型,进行剂量反应(1.2、3、6 mg·kg^(-1)·bw^(-1))和时间效应(3、7、14、28、56、84 d)研究,分析支气管肺泡灌洗液(BALF)中炎症因子和氧化应激指标水平,HE、PAS、Masson、油红O、天狼星红染色观察肺组织病理形态的改变,透射电镜观察肺组织细胞超微结构,免疫组化测定IL^(-1)β、HO^(-1)、SP-A蛋白变化,免疫荧光检测α-SMA蛋白表达情况,PAS染色BALF细胞蜡块切片。结果气管内灌注Nano-ITO,通过在暴露后第3天诱发急性炎症、第14天诱发肉芽肿(结节)形成和胶原增生、第56天诱发PAP和脂滴积累引起肺毒性。肺组织病理学特征包括典型的肺泡内渗出物、纤维细胞性结节、肺泡脂肪滴融合变大、胆固醇结晶肉芽肿和肺泡蛋白沉积症。Nano-ITO暴露第84天组大鼠肺组织的透射电镜发现,肺泡内嗜酸性物质(多层、格子状和髓鞘样结构)显示异常的板层体(肺泡Ⅱ型上皮细胞的特征)和丰富的粗面内质网和线粒体(成纤维细胞的特征)。细胞病理学光镜观察可见,Nano-ITO暴露28 d后,BALF中出现大量无定形PAS染色阳性物质,肺泡巨噬细胞内可见粉红色颗粒蛋白样物质。结论急性炎症、肉芽肿(结节)形成和胶原增生、肺泡蛋白沉积是Nano-ITO诱导大鼠肺损伤过程中的3个特征性发展阶段,为铟肺病的致病机理研究提供了可参考的特征模型。

关键词：纳米氧化铟锡肺泡蛋白沉积症铟肺病组织病理学细胞病理学

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我国煤矿快速掘进20a发展与展望

煤炭学报 2024年第2期49卷 1199-1213页

作者：王虹陈明军张小峰中国煤炭科工集团太原研究院有限公司山西太原030006 煤炭科学研究总院有限公司北京100013 煤矿采掘机械装备国家工程实验室山西太原030006

针对煤矿智能化快速发展,煤矿掘进面临新的机遇和挑战,笔者对我国煤矿快速掘进20 a的发展进行全面综述,以期理清掘进工艺、关键工序的技术及装备、成套装备的发展脉络及趋势,以便更好地推动掘进智能化的高速健康发展。在掘进工艺方面,... 详细信息

针对煤矿智能化快速发展,煤矿掘进面临新的机遇和挑战,笔者对我国煤矿快速掘进20 a的发展进行全面综述,以期理清掘进工艺、关键工序的技术及装备、成套装备的发展脉络及趋势,以便更好地推动掘进智能化的高速健康发展。在掘进工艺方面,双巷掘进开辟了截割、支护在不同巷道同时作业的新途径;掘锚同步工艺,时间-空间多维同步快速掘进工艺打破了先掘后支、及时全部支护的传统,创立了掘锚同步、迎头必要支护与多维空间永久支护动态匹配的分区支护方法。在掘进装备方面,形成了以纵轴、全宽横轴截割滚筒为主,全断面截割滚筒为辅的截割滚筒结构形式,并且在高功率密度减速器及整机设计理念不断突破的基础上,成功研制纵轴截割功率达315 kW、全宽横轴截割功率达560 kW的系列高效截割系统。在锚护装备方面,由传统的单体锚杆钻机发展出锚杆钻机、一键操作流程化钻机、钻机集群等,在有限空间内钻机的数量和作业安全性得到大幅提升,作业流程得到大幅简化,锚孔识别、锚护路径自动规划等智能化技术已进入工业性试验阶段。柔性运输系统的发明解决了掘进面短距离高效转载难题。在成套装备配置上,形成了以连续采煤机、掘锚一体机、掘锚机(掘进机+机载锚杆钻机)、煤矿全断面掘进机为龙头的四大类快速掘进系统,在四大快速掘进系统下,又分别形成了不同的作业线,实现了对不同地质条件巷道快速掘进的全覆盖。掘进工程系统层级上实现了具有成套装备的远程控制、集中控制、视频监测、闭锁联动、人员接近预警等智能化功能。回顾快速掘进的发展历程,提出完善时间-空间多维同步快速掘进理论、以智能掘进搜集透明地质的基础大数据、加强掘进巷道辅助作业工艺及设备研究、加强装备的智能化核心技术研发等智能掘进的发展方向。

关键词：快速掘进智能掘进截割锚护掘进成套装备